发射加速与着陆：一群科学家的奥林帕斯探索之旅

Posted 2022-01-18 脑极体

有一个关于科学的基本分类，世界上有“已知的已知事物”，即我们知道自己已经了解的事物，比如万有引力；有“未知的未知事物”，也就是那些我们不知道自己是否了解的事物，比如暗物质。还有一种是“已知的未知事物”，即那些我们知道自己尚未了解的事物，比如存储。

石头、绳结、纸张、打孔卡、磁盘、硬盘、闪存……时代的发展不断推动着人类开发和应用更多更先进的数据存储技术。随着数字经济的加速到来，传统存储受限于介质、架构、协议等因素，越来越无法满足业务需求。

从这个角度看，数据存储是现代社会不可或缺的底层基座，也是充满了大量未知的已知事物。

探索未知，科学家们独善战场。

我们知道，科研工作者的首要特质，就是拥有“第一性原理”思维，能够从最基础、最本质的角度去认知事物，大刀阔斧地破解现有的假设，跨越技术的边界，开辟出一条新的路径。

那么，科学家们都在挑战哪些数字文明的未知难题呢？

2019年，华为在数据基础设施领域设立了“奥林帕斯”奖，以一座地球之外、太阳系最高的火山命名，也寓意着这是一个雄心壮志的远征，一项前所未有的使命，需要全球科学家，想象那些无法想象的绝对领域，解决那些无法解决的技术难题。

前不久举办的2021创新数据基础设施论坛上，2021奥林帕斯获奖名单揭晓，来自4个国家共25份申报课题中，最终评选出两个难题方向的奥林帕斯奖项：来自清华大学的郑纬民院士团队，获得“奥林帕斯奖”百万悬红，来自中国科学院微电子研究所的刘明院士团队、中国科学院上海微系统与信息技术研究所的宋志棠老师团队，以及中山大学的卢宇彤老师团队，分别获得“奥林帕斯先锋奖”，科研奖励金50万人民币。

既然是飞向太阳系巅峰的传奇故事，2021奥林帕斯悬红的揭晓，重点当然不仅仅是荣誉和奖金，而是这些科学家们在攀登奥林帕斯的过程中，都挑战了哪些“不可能”。

我们不妨将这场攀登，想象成一次飞向深空的探索之旅，从背后读到科学家们对存储技术的认知，改变世界的能力，以及点亮数字文明的勇气与毅力。

发射：直面创新的不确定性

就像火箭出发一样，“发射”的起点是点燃科学家的突破性思维，将技术方向的不确定性转化为自己的创造力。正如叔本华所说的那样，能者达人所不达，智者达人所未见，科学家就是要想象无人见过的风景，挑战前所未决的难题。

而存储领域的三大趋势，决定了必须有人率先奔赴“无人区”。

一是数据爆发式增长。数字生活使得个人、企业、社会等时时刻刻产生大量的数据，数据规模变得非常庞大，《IDC：2025年中国将拥有全球最大的数据圈》研究表明，2025年中国新增数据量将达到48.6ZB，年平均增长率为30%。

二是业务负载动态变化。现代业务应用的负载呈现突发式、潮汐式、动态变化的特点，尤其是互联网类的业务，随时可能出现业务负载的突发性变化，难以精确预测，如何提高存储系统的扩展能力，是存储技术亟待突破的问题。

三是数据挖掘与智能应用。人工智能应用的普及，需要对数据进行实时挖掘、分析、处理，资源的即时使用和释放，对存储技术提出了新的挑战。

这些新场景、新需求的驱动下，数据存储技术必须向前演进。而基础领域的突破，尤其需要科学家们参与其中。

为了激励全球创新智慧，华为在2019年设置了“奥林帕斯奖”，聚焦于数据存储的“未知领域”。第一届聚焦于“自动驾驶”的数据全生命周期治理，以及每比特极致性价比的数据存储。2020年，两大难题方向也随着产业需求和社会发展而变化，一个是构建每bit极致性价比的数据存储，鼓励全球科学家不断革新存储软硬件系统；另一个则是下一代存储产业根技术突破，希望有志之士能够在新型存储介质、压缩算法等数据存储领域的关键根技术上进行探索。

接下来，我们就一起踏上旅程，看一看过去一年里，这群全球科学家是如何与不确定性共舞，领航数字文明。

加速：在2021，

见证不可能化为可能

奥林帕斯两大赛题确定之后，就是全球科学家们付诸创意与行动，探寻解决之道了。

从本届奥林帕斯奖来看，一共收到了来自全球25个团队共97名学者的参赛项目申请，产出了1个奥林帕斯奖和3个奥林帕斯先锋奖。

这些原创性突破，从多个领域摆脱“路径依赖”，在存储介质、存储架构、存储协议、应用模式等方面迭代创新，展现出创新的“加速度”：

1.中国科学院微电子研究所的刘明院士团队，突破了先进节点嵌入式阻变存储器关键技术，获得了2021奥林帕斯先锋奖。

阻变存储器是发展下一代颠覆性计算新范式的基础器件之一，许多新技术都需要基础的科学问题和关键技术难题的不断突破。刘明院士团队系统解决了RRAM在物理机理、性能优化、大规模集成和芯片设计中的关键挑战，研制出国际领先的28nm和14nmRRAM嵌入式存储芯片，实现了RRAM从器件、集成到IP应用的全栈解决方案。

在颁奖典礼现场，团队成员许晓欣也分享了研究过程，尤其是揭示普遍行为背后物理机制和发展有效的手段，以及实验室原型技术产业化过程中的工程难题上，最终在整个团队的不懈努力和国内企业界的大力支持下，推动了我国新型存储技术的发展。

2.中科院上海微系统与信息技术研究所的宋志棠教授团队，发现了世界最快新型相变材料。

不同存储介质适用于不同的数据结构和应用场景，是存储领域的底层技术之一。由相变材料构成的相变存储器，在大数据中心、通信基站、手机电脑等都有着应用前景。

宋志棠教授团队首次提出阴、阳离子八面体基元是相变材料纳秒级可逆相变的基本单元，开发出世界上首个用于三维集成的Te开关阵列，同时自主研发12英寸151道PCM非标工艺，实现了128MbPCM成套工艺与产品商用，推动技术成果转化成高性价比产品，满足市场需求。这一研究成果，获得了2021奥林帕斯先锋奖。

3.中山大学的卢宇彤教授团队，研发了大规模可扩展并行文件系统Kapok，获得2021奥林帕斯先锋奖。

突破异构存储的并行文件系统架构、分布元数据管理、并发访问等关键技术，可以支持海量数据高效管理和快速访问，实现高并发、低延迟，也是首个可以支持万亿级的文件，亿B级数据的并行文件系统，达到世界领先水平。

在2021奥林帕斯颁奖典礼上，卢宇彤教授分享到，Kapok这个名字是木棉的意思，以广州市市花木棉为名，是为了纪念广州超算中心的团队率先聚焦于粤港澳大湾区超算与大数据智能融合的多样化应用需求。

目前，该系统已经在国家级超算中心部署使用，支撑大气海洋、能源材料、生物医药等多领域、多模式的应用。

4.清华大学郑纬民院士团队，也凭借高可靠高性能分布式存储系统关键技术，获得本届奥林帕斯的百万悬红大奖。

具体来说，通过大规模纠删码技术、高速RDMA网络、数据块和元数据全分散机制、内核旁路等技术，提高数据的可靠性，降低数据存储容量，进而实现了高性能的数据服务。

我们知道，数据已经成为个人、企业、政府的重要“资产”，数据丢失、泄露、误删带来的损失不可估量。如何更有效地对大型数据存储系统中的数据进行保护，成为数据可靠性保证技术的研究热点与难点。科幻小说《三体》中，科学家们最终找到的永久保留人类文明的方式，是将历史都刻到石头上，可靠与便捷真的无法并存吗？郑纬民院士团队的工作，正是让数据能够安心地存放更长久，同时通过数据访问的旁路技术、全分散的存储技术等，让人类可以更快速地挖掘数据价值。

团队研发的分布式存储系统在IO500榜单中连续三次蝉联总榜第一名和10节点榜单第一名，可谓是实至名归。

这些存储领域的科学家们，在奥林帕斯的赛道上，不断逾越技术障碍，驶出了创新加速度。

借助奥林帕斯奖这扇“窗户”，我们也可以一窥伟大而神秘的科学探索征程，感受到改变世界的力量。

着陆：奔向下一次未知

当然，2021奥林帕斯奖项揭晓，是一次阶段性的成功着陆，并不是科研的终点。

以奥林帕斯为契机，我们也得以思考存储领域接下来的发展之路。目前已经明晰的方向是：

1.科学的延展。

在加速到来的数字经济面前，只有科技的持续突破，才能始终保持领先。存储领域的新难题、新需求也在不断产生，比如双碳战略的发布，需要学术界通过软硬协同的创新方式，面向未来多样化的智能数据应用，实现数据中心整体应用效率大幅度的提升，数据中心的能耗能够大幅度的下降。

因此，华为也将“极致能效比的超融合数据基础设施”，列入了2022年奥林帕斯的难题悬红，周跃峰博士表示：双碳目标与全人类的命运攸关，明年悬红大奖朝向这个方向探索。

此外，“构建每bit极致性价比的数据存储”，是数字经济能够可持续高速发展的前提和基础，无法毕其功于一役，2022年奥林帕斯的难题二则延续了这一方向，定为“每bit极致性价比的下一代存储”，等待着全球科学家们的冲锋。

2.精神的动能。

存储作为底层技术，需要长期投入。宋志棠教授的团队在相变存储器领域一扎根就是二十年，与国内最大的芯片制造公司合作了15年，刘明院士团队也是十年磨一剑。所以，存储领域也十分需要能够长期同行的伙伴，有力的资源支持与精神鼓励。

一直以来，华为也将科学家与科学精神放到了心里、落到了行动。在存储领域持续投入，与超过25所国内高校、30所海外高校建立了合作关系。2019年开始，专门设置了奥林帕斯大奖，激励全球科研工作者一起来解决存储领域的世界性难题。2020年，与莫斯科国立大学携手举办了全球数据压缩大赛，推动了数据压缩领域的创新。目前，2022年奥林帕斯奖的两大赛题也已经公布。

产研融合的人才培养模式，让科学家们的科研之路不再孤独，提供源源不断地精神动能，助力存储技术的突破、中国存储产业加速发展。

3.商业的对接。

刘明院士曾在分享存储器技术发展态势时提到，没有商业模式，技术创新无用武之地；没有核心技术，商业模式创新难以持续。

据IDC的预测，2020-2024年中国企业级存储市场将保持7.16%的年复合增长率，到2024年中国企业级存储市场空间将达到65.9亿美元。产业需求推动并反哺存储技术及产品的升级，让商业与研发进入良性循环，也是存储领域的重要趋势。

所以，奥林帕斯奖的评选标准，坚持从成果的技术价值和商业价值两方面进行考量，一方面鼓励科学家勇攀技术高峰，同时考量成果是否具备转化和应用价值，发展前景和扩展潜力如何，是否具备潜在的社会或经济效益。

华为在存储市场上，以技术突破占据先机，以创新引领数据产业发展，市场占有率一路高歌猛进的实践，也证明了，科技创新将创造出最具潜力的价值。

奔赴奥林帕斯，让我们看到了科学家的勇气与浪漫。

勇气在于，科学是一场前无古人的漫长旅行，爱因斯坦曾形容自己的科学发现过程：在黑暗中摸索真理，强烈的愿望、自信和疑虑反复交替，直到打破僵局，科学的真相水落石出，只有亲身经历过这一切的人才知道是什么感觉。

浪漫在于，地球上的每一个生物都带有宇宙大爆炸的痕迹，正如罗马诗人卢克莱修所写的那样：“我们都孕育自天上的种子”，一群科学家们在地球、在基础科学领域仰望奥林帕斯的时刻，也是人类文明之美爆发的瞬间。

我们期待着下一届奥林帕斯，在时代变局中、在存储世界里，继续冲击技术的上限。

伟大的戏码继续上演，而你或可贡献一行诗句，一首新诗，甚至一个全新的故事。