“光語(yǔ)者"謝崇進(jìn)：我對(duì)摩爾定律的承諾

本文作者：史中

2017-04-21 16:14

導(dǎo)語(yǔ)：光是謝崇進(jìn)的語(yǔ)言。他所做的一切，都信守了對(duì)摩爾定律的承諾。

狂人馬云登高一呼，要用未來(lái)的20年?duì)帄Z科技的“權(quán)杖"。
我們的故事由此而來(lái)。

“光語(yǔ)者

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

（一）NASA

從某種程度上來(lái)說(shuō)，科技世界沒(méi)有貴族，任何一項(xiàng)核心科技的突破，其燃料都是無(wú)數(shù)人質(zhì)感堅(jiān)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(shí)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(shí)別等等。

如果馬云的狂想成真，以上任何一項(xiàng)的重大進(jìn)展，都可以為中國(guó)添置一顆科技領(lǐng)域的“核武器”。實(shí)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(tīng)枯燥艱深，但是只要稍加解釋你就會(huì)明白。光通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際就是我們所說(shuō)的“互聯(lián)網(wǎng)”的實(shí)體，那些把計(jì)算、存儲(chǔ)連接起來(lái)的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)。

你用手機(jī)撥打電話，或打開(kāi)電腦瀏覽網(wǎng)頁(yè)，發(fā)出的信息都會(huì)在光纖網(wǎng)絡(luò)里奔涌。實(shí)際上，目前世界 95% 的信息都在通過(guò)“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(tái)機(jī)器連接起來(lái)嗎？看上去易如反掌?！?/p>

如果你這樣想，那么接下來(lái)出場(chǎng)的科學(xué)家會(huì)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(yǔ)者

【謝崇進(jìn)】

（二）從烽火臺(tái)到光通信

你可以想象任何一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就像一個(gè)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(shí)間。

謝崇進(jìn)對(duì)雷鋒網(wǎng)說(shuō)。

有一個(gè)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(lái)說(shuō)，烽火只能傳遞一個(gè)比特的信息，非0即1（有敵情和沒(méi)敵情）。而且烽火傳輸信息的速度有些坑，這個(gè)錯(cuò)不在光，光永遠(yuǎn)以每秒30萬(wàn)公里的速度奔跑，問(wèn)題在于用狼糞生火的過(guò)程比較麻煩。

“光語(yǔ)者

從此之后千年，人們一直沒(méi)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(lái)人們發(fā)明了光纖，但仍有致命的問(wèn)題：

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

“光語(yǔ)者

【60年代，華人物理學(xué)家“光纖之父”高琨在做實(shí)驗(yàn)】

這位曾在世界著名科學(xué)機(jī)構(gòu)貝爾實(shí)驗(yàn)室供職十余年的科學(xué)家饒有興趣地對(duì)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(jiǎng)得主，華人科學(xué)家高琨提出“光的損耗是因?yàn)楣饫w中的雜質(zhì)引起的”這個(gè)論斷之后，光纖的傳輸速率就開(kāi)始了瘋狂的突飛猛進(jìn)。
1970年，美國(guó)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(shí)驗(yàn)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。看起來(lái)技術(shù)進(jìn)步勢(shì)如破竹，但每一個(gè)“0”都來(lái)之不易。

光通信的基本原理仍然是開(kāi)和關(guān)代表的0和1，這沒(méi)有變。
這就意味著每秒傳輸1G的數(shù)據(jù)，光模塊要開(kāi)關(guān)1000000000次。
沒(méi)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(lái)增加傳輸?shù)男畔⒘俊＞瓦@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(jī)即使是我也覺(jué)得不可思議，但是過(guò)去我們真的就是這樣走過(guò)來(lái)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(gè)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(gè)載入史冊(cè)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(wàn)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(yǔ)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(zhǎng)，傳輸速度增長(zhǎng)稍有遲疑，就會(huì)拖慢整個(gè)世界的奔跑進(jìn)程。

這就是現(xiàn)實(shí)。

So Far So Good，摩爾定律暫時(shí)沒(méi)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?cè)谒媲啊?/p>

他用簡(jiǎn)單的語(yǔ)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(gè)車速的極限。即使每輛車的動(dòng)力再?gòu)?qiáng)，也無(wú)法提高整體車速。

也就是說(shuō)，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(lái)提高傳輸速率的方法，面對(duì)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(zhǎng)速度。

作為 NASA 計(jì)劃的一部分，謝崇進(jìn)所面臨的一切勾勒出了未來(lái)的殘酷。NASA 要對(duì)抗的不是商業(yè)對(duì)手，而是科學(xué)的極限。

（四）阿里巴巴

謝崇進(jìn)要怎么辦呢？

實(shí)際上，早在2014年他早就預(yù)見(jiàn)到了研究可能面對(duì)的極限，但他解決問(wèn)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(gè)金礦，那就是光模塊和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這兩個(gè)金礦，阿里巴巴有。

說(shuō)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(xiàng)秘密武器——阿里云。這兩項(xiàng)技術(shù)在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛。

謝崇進(jìn)說(shuō)，根據(jù) CISCO 的調(diào)查，未來(lái) 99% 的互聯(lián)網(wǎng)流量將來(lái)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(jì)算系統(tǒng)。

以目前阿里云在中國(guó)的碾壓態(tài)勢(shì)，這個(gè)龐大的云計(jì)算系統(tǒng)成為了謝崇進(jìn)的無(wú)邊的“實(shí)踐場(chǎng)”。

“光語(yǔ)者

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

先來(lái)說(shuō)光模塊。

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

在實(shí)際環(huán)境中，全世界有幾百家大的光模塊供應(yīng)商?？拥氖?，這些光模塊企業(yè)并沒(méi)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(kāi)一個(gè)信道，有的先調(diào)頻率，再打開(kāi)激光器；有的先開(kāi)激光器再調(diào)頻率。這就造成了不同光模塊同時(shí)存在于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中的時(shí)候，給調(diào)度系統(tǒng)造成了巨大的困擾。這就好像一個(gè)班主任同時(shí)管理說(shuō)一百種語(yǔ)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(duì)所有的模塊差異進(jìn)行“掩蓋”，這樣在上層調(diào)度系統(tǒng)來(lái)看，他們就都變成一樣的設(shè)備了。

謝崇進(jìn)說(shuō)。

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(shí)候，他和團(tuán)隊(duì)定義出了 100G 的光模塊。在供應(yīng)商還沒(méi)有生產(chǎn)的時(shí)候，就主動(dòng)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(lái)逐漸奪取標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)。

未來(lái)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(huì)上升2-3倍。

在云計(jì)算中心內(nèi)部，這個(gè)問(wèn)題同樣存在。

對(duì)于人來(lái)來(lái)說(shuō)，腦神經(jīng)的帶寬只需要十幾兆，因?yàn)樾畔⒘吭俅?，腦就無(wú)法處理了。

但對(duì)于云計(jì)算中心來(lái)說(shuō)，算力之兇猛超越了我們的想象。它們就像一個(gè)個(gè)超級(jí)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(yǔ)者

目前主流云計(jì)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(cè)試 100G 的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。

當(dāng)然，做到100G的連接有簡(jiǎn)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?yàn)樗^的科技進(jìn)步帶來(lái)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(lái)，你的手機(jī)通信速度越來(lái)越快，但是你的電話費(fèi)并沒(méi)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(shí)際上，謝崇進(jìn)正在實(shí)現(xiàn)他的諾言。他的團(tuán)隊(duì)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(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)）的標(biāo)準(zhǔn)，這也是中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的榮耀之一。

再來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

“開(kāi)放光傳輸網(wǎng)”，這是謝崇進(jìn)對(duì)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(gè)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(duì)外的信息傳輸上。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)讓很多巨頭垂涎三尺。

運(yùn)營(yíng)商自己在搞一套，例如美國(guó)的 AT&T，例如中國(guó)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(shuō)。

他做了一個(gè)預(yù)言：互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的樣子是“簡(jiǎn)單的東西組成強(qiáng)大的系統(tǒng)”。每個(gè)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(huì)升級(jí)，而目前為下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所做的準(zhǔn)備要前瞻20年。這不是現(xiàn)在真實(shí)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(lái)，所有的硬件設(shè)備和軟件架構(gòu)都會(huì)在5年之內(nèi)升級(jí)換代，那我們?yōu)槭裁匆冻瞿敲锤叩某杀荆?/p>

他說(shuō)。

就像現(xiàn)在的自行車一樣?，F(xiàn)在每一臺(tái)車都不如過(guò)去的鳳凰28堅(jiān)固，但我們并不會(huì)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(méi)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(gè)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(shí)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(jì)，同樣可以被稱為務(wù)實(shí)的戰(zhàn)術(shù)。

“光語(yǔ)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(gè)五年計(jì)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(gè)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(méi)有那么多祝福。

"就你們幾個(gè)人能定義下一代光通信模塊的標(biāo)準(zhǔn)？”這是我最常聽(tīng)到的話。聽(tīng)得多了，我也心里沒(méi)底了。但是好在我們堅(jiān)持下來(lái)了。
現(xiàn)在我可以說(shuō)，下一代阿里光模塊和開(kāi)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(shuō)。

從1985年開(kāi)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(jiàn)證了2000年十幾家通信公司搶一個(gè)人的泡沫。比起自己起伏的際遇，他更喜歡回憶另一條曲線：