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“光語者"謝崇進(jìn):我對摩爾定律的承諾

本文作者: 史中 2017-04-21 16:14
導(dǎo)語:光是謝崇進(jìn)的語言。他所做的一切,都信守了對摩爾定律的承諾。

狂人馬云登高一呼,要用未來的20年爭奪科技的“權(quán)杖"。

我們的故事由此而來。

“光語者

本文作者史中(微信ID:Fungungun),雷鋒網(wǎng)主筆,希望用簡單的語言解釋科技的一切。

(一)NASA

從某種程度上來說,科技世界沒有貴族,任何一項核心科技的突破,其燃料都是無數(shù)人質(zhì)感堅硬的年華和奮斗。

這就是阿里巴巴祭出“NASA”震撼人心的地方。它試圖推進(jìn)人類知識的邊疆。這其中包括機(jī)器學(xué)習(xí)、芯片、IoT、操作系統(tǒng)、生物識別等等。

如果馬云的狂想成真,以上任何一項的重大進(jìn)展,都可以為中國添置一顆科技領(lǐng)域的“核武器”。實際上人們又很容易忽略,這些風(fēng)頭正勁的技術(shù),幾乎都坐落在一座巨大的技術(shù)根基之上。

這種技術(shù)就是“光通信網(wǎng)絡(luò)"。

乍一聽枯燥艱深,但是只要稍加解釋你就會明白。光通信網(wǎng)絡(luò)實際就是我們所說的“互聯(lián)網(wǎng)”的實體,那些把計算、存儲連接起來的真實網(wǎng)絡(luò)。

你用手機(jī)撥打電話,或打開電腦瀏覽網(wǎng)頁,發(fā)出的信息都會在光纖網(wǎng)絡(luò)里奔涌。實際上,目前世界 95% 的信息都在通過“光通信網(wǎng)絡(luò)連接”,它就像賽博世界的神經(jīng)系統(tǒng)。

“光通信,不就是用光纖把兩臺機(jī)器連接起來嗎?看上去易如反掌。”

如果你這樣想,那么接下來出場的科學(xué)家會顛覆你的認(rèn)知。他就是阿里巴巴資深技術(shù)總監(jiān)謝崇進(jìn)。

“光語者

【謝崇進(jìn)】

(二)從烽火臺到光通信

你可以想象任何一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),就像一個大腦。神經(jīng)的速度決定了你的反應(yīng)速度,這種速度最終體就是:時間。

謝崇進(jìn)對雷鋒網(wǎng)說。

有一個浪漫的比喻:

當(dāng)年周幽王烽火戲諸侯,恐怕就是最早的光通信技術(shù)了。

從技術(shù)上來說,烽火只能傳遞一個比特的信息,非0即1(有敵情和沒敵情)。而且烽火傳輸信息的速度有些坑,這個錯不在光,光永遠(yuǎn)以每秒30萬公里的速度奔跑,問題在于用狼糞生火的過程比較麻煩。

“光語者

從此之后千年,人們一直沒有發(fā)現(xiàn)有效率地利用光的方法。1831年法拉第鼓搗出發(fā)電機(jī),制造出一種易于人為控制的電流。讓人們更相信電這種東西比“野性難馴”的光要有效率。

即使后來人們發(fā)明了光纖,但仍有致命的問題:

最初的光纖是玻璃材質(zhì),每米損耗1db。也就是說,每走十米信號強(qiáng)度就剩下了十分之一。這樣算來走一百米之后信號就只剩下了原來的0.0000000001。

“光語者

【60年代,華人物理學(xué)家“光纖之父”高琨在做實驗】

這位曾在世界著名科學(xué)機(jī)構(gòu)貝爾實驗室供職十余年的科學(xué)家饒有興趣地對雷鋒網(wǎng)講述了光纖的歷史。在他眼中,光通信的進(jìn)步,就是一部不斷“飆車”的歷史。

從諾貝爾獎得主,華人科學(xué)家高琨提出“光的損耗是因為光纖中的雜質(zhì)引起的”這個論斷之后,光纖的傳輸速率就開始了瘋狂的突飛猛進(jìn)。

1970年,美國康寧公司拉出了第一根光纖。

1977年,AT&T公司第一次在芝加哥把光通信用于商業(yè),速度達(dá)到了 44M 每秒。

今天,一根光纖在實驗室里的速度達(dá)到了 100T 每秒,在商用系統(tǒng)里也可以做到 20T 每秒。

從七十年代中期到現(xiàn)在的三十年,光傳輸信息的速度提高了1000000倍??雌饋砑夹g(shù)進(jìn)步勢如破竹,但每一個“0”都來之不易。

光通信的基本原理仍然是開和關(guān)代表的0和1,這沒有變。

這就意味著每秒傳輸1G的數(shù)據(jù),光模塊要開關(guān)1000000000次。

沒有任何模塊可以跳得這么快,于是研究者們不得不研究其他“黑科技”,例如使用不同的相位、添加不同的光顏色來增加傳輸?shù)男畔⒘?。就這樣“連滾帶爬”地保持了每十年帶寬增加100倍的速度,這種成績即使是我也覺得不可思議,但是過去我們真的就是這樣走過來的。

謝崇進(jìn)感嘆。他們這一代科學(xué)家的使命,就是繼續(xù)按照摩爾定律推進(jìn)光通信的速度——每18個月翻一倍。

(三)香農(nóng)極限

讓光通信速度飆車的難度究竟在哪里呢?

《2001太空漫游》中有一個載入史冊的經(jīng)典橋段:

原始人奮力把骨頭拋向天空,轉(zhuǎn)眼骨頭化作萬年之后的宇宙飛船。

拋一根骨頭,原始人都可以做到;拋一塊巨石,大力士也可以做到;把一根火箭拋出地球大氣,卻需要科學(xué)家艱苦卓絕的努力。

“光語者

速度已經(jīng)達(dá)到 100T 每秒的光通信,每前進(jìn)一步都異常艱難。但面前是數(shù)據(jù)爆炸式的增長,傳輸速度增長稍有遲疑,就會拖慢整個世界的奔跑進(jìn)程。

這就是現(xiàn)實。

So Far So Good,摩爾定律暫時沒有在謝崇進(jìn)手上失效,但物理世界的天花板——香農(nóng)極限——就橫亙在他面前。

他用簡單的語言為雷鋒網(wǎng)解釋了香農(nóng)極限:

一條道路看上去可以允許車輛用任意的速度通行。但是在路面材質(zhì)不變的情況下,如果車輛多到了一定程度,就一定存在一個車速的極限。即使每輛車的動力再強(qiáng),也無法提高整體車速。

也就是說,在現(xiàn)有的材質(zhì)下,光每秒能傳輸?shù)男畔⑹怯形锢砩舷薜?。不巧,謝崇進(jìn)這一代研究者已經(jīng)逼近了香農(nóng)極限。

以前用來提高傳輸速率的方法,面對香農(nóng)極限已經(jīng)宣布失效了。單單等待材質(zhì)的進(jìn)步,肯定達(dá)不到摩爾定律的增長速度。

作為 NASA 計劃的一部分,謝崇進(jìn)所面臨的一切勾勒出了未來的殘酷。NASA 要對抗的不是商業(yè)對手,而是科學(xué)的極限。

(四)阿里巴巴

謝崇進(jìn)要怎么辦呢?

實際上,早在2014年他早就預(yù)見到了研究可能面對的極限,但他解決問題的方法卻與眾不同,那就是——加入阿里巴巴。

除了材料的進(jìn)化,還有兩個金礦,那就是光模塊和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這兩個金礦,阿里巴巴有。

說到光模塊和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的進(jìn)化,就不得不提阿里巴巴的一項秘密武器——阿里云。這兩項技術(shù)在云計算網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛。

謝崇進(jìn)說,根據(jù) CISCO 的調(diào)查,未來 99% 的互聯(lián)網(wǎng)流量將來自于數(shù)據(jù)中心。而數(shù)據(jù)中心中最主要的成員就是云計算系統(tǒng)。

以目前阿里云在中國的碾壓態(tài)勢,這個龐大的云計算系統(tǒng)成為了謝崇進(jìn)的無邊的“實踐場”。

“光語者

【光模塊結(jié)構(gòu)示意圖,兩側(cè)分別是光信號和電信號,中間是光電轉(zhuǎn)換的控制芯片和轉(zhuǎn)換模塊】

先來說光模塊。

光信息傳輸?shù)倪^程中,在一端把電信號變成光,在另一端把光信號變成電,就是光模塊的使命。正如之前所說,它就是那個每秒能發(fā)射出超過 1000000000 次閃爍的“怪獸”。

在實際環(huán)境中,全世界有幾百家大的光模塊供應(yīng)商。坑爹的是,這些光模塊企業(yè)并沒有統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn),甚至連工作流程都不同。

例如同樣是打開一個信道,有的先調(diào)頻率,再打開激光器;有的先開激光器再調(diào)頻率。這就造成了不同光模塊同時存在于同一個網(wǎng)絡(luò)之中的時候,給調(diào)度系統(tǒng)造成了巨大的困擾。這就好像一個班主任同時管理說一百種語言的孩子。

我們的方法就是,試著把所有的設(shè)備統(tǒng)一抽象成同樣的設(shè)備。在底層對所有的模塊差異進(jìn)行“掩蓋”,這樣在上層調(diào)度系統(tǒng)來看,他們就都變成一樣的設(shè)備了。

謝崇進(jìn)說。

雖然這樣可以大幅優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸速率,但這并不是他理想中的狀態(tài)。在目前行業(yè)普遍采用40G 和 10G 的光模塊的時候,他和團(tuán)隊定義出了 100G 的光模塊。在供應(yīng)商還沒有生產(chǎn)的時候,就主動找到他們,要求按照阿里巴巴的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

這種玩法的好處在于,一方面可以加快模塊投產(chǎn),另一方面可以推進(jìn)很多供應(yīng)商統(tǒng)一采用阿里的標(biāo)準(zhǔn),這樣就可以在未來逐漸奪取標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)。

未來如果在硬件層面,大家都遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),那么通信速度自然就會上升2-3倍。

在云計算中心內(nèi)部,這個問題同樣存在。

對于人來來說,腦神經(jīng)的帶寬只需要十幾兆,因為信息量再大,腦就無法處理了。

但對于云計算中心來說,算力之兇猛超越了我們的想象。它們就像一個個超級大腦,內(nèi)部需要高速路網(wǎng)般強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接。

“光語者

目前主流云計算中心服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通路為 10G 或 25G,但是這些顯然不是謝崇進(jìn)的目標(biāo)。他同樣在測試 100G 的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。

當(dāng)然,做到100G的連接有簡單的辦法,你只需要四條 25G 的線路并行。但是這顯然是作弊。因為所謂的科技進(jìn)步帶來的速度提升,一定是以成本不變或基本不變?yōu)榍疤岬摹?/p>

就像這么多年以來,你的手機(jī)通信速度越來越快,但是你的電話費(fèi)并沒有隨著速度翻倍而翻倍,甚至還有所減少。這才是科技進(jìn)步的真正形態(tài)。

這是謝崇進(jìn)的野心之一。

實際上,謝崇進(jìn)正在實現(xiàn)他的諾言。他的團(tuán)隊定義的 100G 的通信模塊即將在2017年投入使用,而且成為了ODCC(開放數(shù)據(jù)中心委員會)的標(biāo)準(zhǔn),這也是中國互聯(lián)網(wǎng)的榮耀之一。

再來說網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

“開放光傳輸網(wǎng)”,這是謝崇進(jìn)對自己主導(dǎo)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)稱呼。這是指在軟件硬件兩個層面的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn),它主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)集群對外的信息傳輸上。

這個標(biāo)準(zhǔn)讓很多巨頭垂涎三尺。

運(yùn)營商自己在搞一套,例如美國的 AT&T,例如中國電信;

科技公司也在做標(biāo)準(zhǔn),比如我們阿里巴巴正在聯(lián)合一些互聯(lián)網(wǎng)公司,如 Google 和 Facebook 制定標(biāo)準(zhǔn)。

謝崇進(jìn)說。

他做了一個預(yù)言:互聯(lián)網(wǎng)未來的樣子是“簡單的東西組成強(qiáng)大的系統(tǒng)”。每個東西都可能出現(xiàn)故障,但是作為整體的系統(tǒng)非??煽?。

這番圖景需要大量重復(fù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊加,而重復(fù)的東西必須依靠統(tǒng)一的接口和標(biāo)準(zhǔn)。一旦攥住接口,就攥住了互聯(lián)網(wǎng)的命脈。

科學(xué)家群體也許更相信戰(zhàn)略,排斥戰(zhàn)術(shù)。但謝崇進(jìn)和他們的區(qū)別在于,他相信技巧的力量。

傳統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)都是20年。這意味著現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)到20年之后才會升級,而目前為下一個標(biāo)準(zhǔn)所做的準(zhǔn)備要前瞻20年。這不是現(xiàn)在真實的情況。

為使用20年而做出的設(shè)備,和為使用5年做出的設(shè)備,成本是有很大差距的。但是目前看來,所有的硬件設(shè)備和軟件架構(gòu)都會在5年之內(nèi)升級換代,那我們?yōu)槭裁匆冻瞿敲锤叩某杀荆?/p>

他說。

就像現(xiàn)在的自行車一樣?,F(xiàn)在每一臺車都不如過去的鳳凰28堅固,但我們并不會希望騎一輛車十年。

謝崇進(jìn)參與制定的硬件標(biāo)準(zhǔn),就是5年之后的。這些硬件的速度較上一代跨度雖然沒有那么戲劇化,質(zhì)量要求也并非如此苛刻。但卻達(dá)到了兩個重要的指標(biāo):成本控制+技術(shù)領(lǐng)先。

“單一硬件的可靠性降低,但是受益于冗余的架構(gòu),整體系統(tǒng)性能并不降低。在新技術(shù)出現(xiàn)的時候,我們就可以迅速地修改下一代標(biāo)準(zhǔn)的走向?!?/p>

這可以被稱為“世俗”的算計,同樣可以被稱為務(wù)實的戰(zhàn)術(shù)。

“光語者

【英特爾公司創(chuàng)始人之一,摩爾定律提出者 戈登·摩爾】

(五)摩爾定律

400G 光模塊,是謝崇進(jìn)下一個五年計劃的“旗艦”。它比目前最新的 100G 模塊又快了四倍。以前以太網(wǎng)的增速一直是十倍,但由于互聯(lián)網(wǎng)快速落地的需求,業(yè)內(nèi)定了一個四倍的“小目標(biāo)"。

阿里巴巴做生意,人們普遍看好;但阿里巴巴挑戰(zhàn)科學(xué)極限,并沒有那么多祝福。

"就你們幾個人能定義下一代光通信模塊的標(biāo)準(zhǔn)?”這是我最常聽到的話。聽得多了,我也心里沒底了。但是好在我們堅持下來了。

現(xiàn)在我可以說,下一代阿里光模塊和開放傳輸網(wǎng)這兩件事,我們已經(jīng)成功了70-80%。

謝崇進(jìn)篤定地說。

從1985年開始研究微波通信,到1993年研究生正式學(xué)習(xí)光通信,謝崇進(jìn)經(jīng)歷了九十年代光通信博士找不到工作的窘迫,也見證了2000年十幾家通信公司搶一個人的泡沫。比起自己起伏的際遇,他更喜歡回憶另一條曲線:

最早的同軸電纜,一條干線上只允許一百多人同時通話;

微波通信時代,從北京到上海的干線可以允許960個人同時通話;

今天,一根光纖之上,可以允許全世界人同時通話。

但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

他所做的一切,更像是對摩爾定律的一個承諾。

“光語者

本文作者史中(微信ID:Fungungun),雷鋒網(wǎng)主筆,希望用簡單的語言解釋科技的一切。

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