追風(fēng)逐電，讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更可靠
——記華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授胡燏翀

王 芳 謝更好

2022年胡燏翀被評(píng)為華科大“校十佳青年教工”

截至2022年，我國已建成21個(gè)國家級(jí)大數(shù)據(jù)中心基地。一根根特殊的網(wǎng)絡(luò)虛擬專線，跨越千山萬水，實(shí)現(xiàn)了我國重要數(shù)據(jù)的同步傳輸和異地備份。而隨著海量數(shù)據(jù)的急速增加，存儲(chǔ)規(guī)模也越來越大。保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在自然災(zāi)害等突發(fā)情況下的可靠性，是大數(shù)據(jù)中心的核心要求之一，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，寫入我國“十四五”規(guī)劃。

來自華中科技大學(xué)（以下簡稱“華科大”）計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的教授胡燏翀就是這樣一位長期扎根計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性領(lǐng)域的青年學(xué)者。近年來，他已針對(duì)大規(guī)模分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)所面臨的“成本高、故障多、擴(kuò)展慢”三大挑戰(zhàn)，圍繞極致存儲(chǔ)開銷、高效故障修復(fù)、高效存儲(chǔ)擴(kuò)展3個(gè)核心科學(xué)問題取得系列性成果，實(shí)現(xiàn)了高效可靠性存儲(chǔ)編碼在“理論-算法-系統(tǒng)”的完整技術(shù)鏈路?；谙嚓P(guān)成果，胡燏翀于2018年獲湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2021年獲國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目，2022年獲國家級(jí)青年人才計(jì)劃項(xiàng)目。

胡燏翀將自己的研究總結(jié)為“三快”：讓編碼速度更快，讓修復(fù)速度更快、讓擴(kuò)容速度更快。追風(fēng)逐電，向更快進(jìn)發(fā)，讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更可靠、高效、安全，是他研究工作的主要任務(wù)。當(dāng)前，相關(guān)先進(jìn)技術(shù)為國外壟斷。胡燏翀?jiān)叭臁毖芯?，正是滿懷科技報(bào)國熱情，希望攜手海康威視、華為、新華三、浪潮等民族企業(yè)同心協(xié)力產(chǎn)學(xué)研，實(shí)現(xiàn)我國在相關(guān)核心技術(shù)領(lǐng)域的自主可控，實(shí)現(xiàn)不利局面之下的彎道超車、自立自強(qiáng)。

興趣為航，投身數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究

1985年，在總結(jié)和吸收少年班的辦學(xué)成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱“中科大”）針對(duì)高考成績優(yōu)異的學(xué)生，仿照少年班模式，開辦“教學(xué)改革試點(diǎn)班”（又稱“零零班”），兩類學(xué)生由少年班管理委員會(huì)統(tǒng)一管理、相互補(bǔ)充、相得益彰。2001年，胡燏翀以優(yōu)異的成績被中科大少年班錄取，成為其中的零零班學(xué)子。

少年班精英云集，一向成績拔尖的胡燏翀?jiān)谶@里深刻感受到山外有山、人外有人的道理，因此奠定了終身學(xué)習(xí)、不斷精進(jìn)的人生態(tài)度。從小就對(duì)計(jì)算機(jī)感興趣的他，在少年班自由靈活的氛圍中，從大一開始就有針對(duì)性地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的內(nèi)容，并最終選擇計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)作為自己的專業(yè)。

2005年本科畢業(yè)后，憑借突出的表現(xiàn)，胡燏翀獲得直博資格，繼續(xù)留在中科大深造計(jì)算機(jī)軟件與理論方向?！拔夷菚r(shí)對(duì)科研滿懷憧憬，甚至這種激情至今影響著我。從來不管難不難，不懂就問、不會(huì)就學(xué)，并總是得到導(dǎo)師積極的回應(yīng)?！痹谧陨砼蛯?dǎo)師許胤龍教授悉心的教誨下，胡燏翀開展了面向計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域的可靠性編碼理論研究。彼時(shí)，分布式存儲(chǔ)新型編碼研究剛剛興起，其中的前沿方向網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的創(chuàng)立者之一正是香港中文大學(xué)（以下簡稱“港中大”）網(wǎng)絡(luò)編碼研究所聯(lián)席主任楊偉豪教授。在聆聽楊偉豪相關(guān)講座時(shí)，胡燏翀敏銳地察覺到分布式存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?，?duì)相關(guān)研究萌生了興趣，也為之后的一段師生緣分埋下了伏筆。

分布式存儲(chǔ)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用小型服務(wù)器等搭建存儲(chǔ)池，以其廉價(jià)和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)適用于對(duì)信息的海量存儲(chǔ)。但由于分布式服務(wù)器節(jié)點(diǎn)易發(fā)生故障而丟失數(shù)據(jù)，如何保障數(shù)據(jù)的高可靠性就成為亟須解決的問題。2009年，經(jīng)過深入鉆研，胡燏翀關(guān)于分布式存儲(chǔ)容錯(cuò)的修復(fù)機(jī)制的研究成果發(fā)表在計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域頂級(jí)期刊《IEEE通信選定領(lǐng)域期刊》（IEEE Journal on Selected Areas in Communications，IEEE-JSAC）。這篇論文是早期網(wǎng)絡(luò)編碼和分布式存儲(chǔ)結(jié)合的重要論文之一，為胡燏翀后續(xù)在分布式大規(guī)模大數(shù)據(jù)中心下的可靠性編碼技術(shù)研究奠定了良好的理論基礎(chǔ)。“我也因此獲得了港中大的博士后職位，而我當(dāng)時(shí)的博士后導(dǎo)師就是楊偉豪教授。”

2010年到2015年，胡燏翀先后在港中大的網(wǎng)絡(luò)編碼研究所和計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系開展博士后研究。在網(wǎng)絡(luò)編碼研究所期間，胡燏翀成為第一批將可靠性編碼應(yīng)用到云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的博士后研究員。相關(guān)成果發(fā)表在國際計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域的A類會(huì)議“文件和存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)議”（Usenix Conference on File and Storage Technologies，F(xiàn)AST）中，受到學(xué)界認(rèn)可。港中大的研究環(huán)境開放活躍，學(xué)術(shù)交流絡(luò)繹不絕，胡燏翀?jiān)谶@里進(jìn)一步接觸了學(xué)界的前沿思想，為后續(xù)科研生涯積累了豐富的底蘊(yùn)和資源。

胡燏翀（右一）組織進(jìn)行課題組會(huì)議

“華科大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長馮丹教授，也是信息存儲(chǔ)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主任，在國內(nèi)外存儲(chǔ)領(lǐng)域名聲斐然，我的研究也受到馮丹教授團(tuán)隊(duì)不少工作的啟發(fā)?！焙鸁堈f。2015年博士后工作結(jié)束，胡燏翀帶著沉甸甸的科研果實(shí)告別香港回到家鄉(xiāng)武漢，以副教授身份加入了華科大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的馮丹教授團(tuán)隊(duì)，由此開啟了新的科研征程。

創(chuàng)新編碼，為多領(lǐng)域提供支撐

信息存儲(chǔ)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，亦是武漢光電國家研究中心光電信息存儲(chǔ)研究部，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)與技術(shù)教育部工程研究中心。實(shí)驗(yàn)室的信息存儲(chǔ)技術(shù)研究始于1974年，已有40多年的歷史?，F(xiàn)有50余名教師、300余名博士和碩士研究生，是中國在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域研究人員最多且水平一流的研究單位和重要的人才培養(yǎng)基地之一。在馮丹教授的團(tuán)隊(duì)中，胡燏翀不僅得到了來自各方的資金支持、項(xiàng)目支持，也獲得了成熟的科研路線等方面的指導(dǎo)，接連承擔(dān)重要科研任務(wù)。其中，大比例（條帶）糾刪碼（Wide-stripe Erasure Coding，WEC）系列技術(shù)是他的代表性成果之一，也是他和團(tuán)隊(duì)在國際上率先提出的一項(xiàng)重要成果。

“海康威視與華中科技大學(xué)具有緊密的校企合作關(guān)系，共建‘海量信息存儲(chǔ)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室’。2018年，?？低曁岢鲂枨?，希望能利用大比例編碼降低存儲(chǔ)成本。當(dāng)時(shí)國際上在這方面只有理論，相關(guān)的技術(shù)實(shí)踐只有一家國外公司在做，但細(xì)節(jié)并未公開?！睘榻鉀Q?？低曈龅降碾y題，胡燏翀基于自己的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)背景，開始大海撈針一般的探索，不停地仿真，嘗試找到最好的編碼。其間，他一度陷入誤區(qū)?！爱?dāng)時(shí)，最新的編碼成果都屬于小比例編碼領(lǐng)域，于是我也從這里入手，苦苦仿真，卻一直沒有得到想要的結(jié)果?！?/p>

后來，胡燏翀靈機(jī)一動(dòng)，從2012年前后的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的原始論文入手設(shè)計(jì)大比例編碼。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上率先提出了大比例糾刪碼系列技術(shù)成果，論文再次發(fā)表于“文件和存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)議”（FAST），并由于在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，相關(guān)成果還發(fā)表于計(jì)算機(jī)超算領(lǐng)域頂會(huì)“全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)”（Supercomputing Conference，SC）。?？低晳?yīng)用相關(guān)成果后，不僅節(jié)省了20%的存儲(chǔ)成本，還超過了微軟云和亞馬遜云的存儲(chǔ)成本降幅。研究工作取得31項(xiàng)專利，授權(quán)19項(xiàng)，并于2018年獲得湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。此后，胡燏翀將大比例糾刪碼技術(shù)超低成本的優(yōu)勢(shì)分別應(yīng)用于高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)中心、全閃集群等不同領(lǐng)域之中，解決各種不同的需求。

面對(duì)海量增長的數(shù)據(jù)、越來越大的存儲(chǔ)規(guī)模，大力發(fā)展中國存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)，掌握數(shù)字經(jīng)濟(jì)競爭主動(dòng)權(quán)勢(shì)在必行。然而，面對(duì)構(gòu)建傳統(tǒng)大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)介質(zhì)——機(jī)械硬盤（Hard Disk Drive,HDD）已被美國和日本的三大廠商所壟斷（西部數(shù)據(jù)、希捷及東芝）的現(xiàn)狀，中國在HDD領(lǐng)域?qū)で笸黄飘惓＠щy。與此同時(shí)，隨著我國國產(chǎn)整機(jī)和閃存生產(chǎn)能力的逐步提升，研究“去HDD”大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)下相關(guān)核心技術(shù)，以固態(tài)硬盤（Solid State Disk,SSD）取代HDD的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來。

“我們必須抓住這個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)。”胡燏翀語氣堅(jiān)定地說。在他看來，“去HDD”大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)下相關(guān)核心技術(shù)，將會(huì)是未來國家戰(zhàn)略和企業(yè)發(fā)展的重大需求之一，而當(dāng)前阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的主要原因在于其成本高昂，是HDD成本的三至五倍。因此，他在2022年申請(qǐng)獲批了“面向低冗余成本的大規(guī)模全閃集群下大比例糾刪碼技術(shù)研究”的面上項(xiàng)目，將此前提出的大比例編碼技術(shù)應(yīng)用到SSD上，大大降低了SSD成本，為國內(nèi)大規(guī)模閃存集群提供了重要的技術(shù)支撐。

在高性能計(jì)算領(lǐng)域，胡燏翀指出，新一代高性能計(jì)算系統(tǒng)的研制，將大幅提升我國算力，滿足國家發(fā)展的戰(zhàn)略需求。但隨著并行計(jì)算系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展到千萬核級(jí)別，處理器、內(nèi)存故障頻頻發(fā)生，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)連通度也會(huì)因頻發(fā)故障而大大降低，因而系統(tǒng)的計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸三大性能將因“故障頻發(fā)”而受到嚴(yán)重影響。為應(yīng)對(duì)頻發(fā)的故障，保障千萬核并行計(jì)算系統(tǒng)的可靠性，須解決“大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)故障頻發(fā)下性能保障關(guān)鍵”科學(xué)問題。因此，他申請(qǐng)并獲批主持了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)的可靠性編碼理論和技術(shù)研究”青年科學(xué)家項(xiàng)目。

針對(duì)“故障頻發(fā)下性能保障”關(guān)鍵科學(xué)問題，胡燏翀將通過研究，重點(diǎn)解決3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：面對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)故障的低開銷容錯(cuò)技術(shù)，降低處理節(jié)點(diǎn)故障給系統(tǒng)所帶來的性能負(fù)擔(dān)；面對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)低連通度網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸技術(shù)，提升低連通度網(wǎng)絡(luò)下的傳輸效率；基于大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)故障特征的容錯(cuò)優(yōu)化加速技術(shù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)容錯(cuò)性能。最后，基于相關(guān)成果，構(gòu)建起可驗(yàn)證的并行計(jì)算系統(tǒng)函數(shù)庫、仿真軟件和原型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化落地，解決實(shí)際問題。

近5年來，胡燏翀?jiān)诓恍概ο乱寻l(fā)表論文50余篇，包括計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)A類會(huì)議/期刊25篇，B類會(huì)議/期刊15篇。技術(shù)應(yīng)用于?？低?、華為、浪潮、中興等多家民族企業(yè)。

立足需求，產(chǎn)學(xué)研合作促轉(zhuǎn)化

回首學(xué)術(shù)生涯，胡燏翀最感恩的就是諸位導(dǎo)師與學(xué)術(shù)前輩?！拔业牟┦可鷮?dǎo)師許胤龍教授畢業(yè)于北大數(shù)學(xué)系，他的研究側(cè)重理論，做事情十分嚴(yán)謹(jǐn)，培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科研作風(fēng)。在港中大，我的博士后導(dǎo)師之一李柏晴教授側(cè)重系統(tǒng)工程，對(duì)研究領(lǐng)域孜孜不倦，具有令人尊敬的工匠精神，培養(yǎng)了我注重研究深度的習(xí)慣和工程實(shí)踐的能力。來到華科大以后，馮丹教授大大拓寬了我對(duì)科學(xué)研究的理解，我在她的點(diǎn)撥下，對(duì)科研工作有了整體把握，具備了獨(dú)當(dāng)一面的能力?！焙鸁埖目蒲械缆芬虼酥饾u步入正軌，不斷取得成果。

科研之余，胡燏翀擔(dān)任院長助理，負(fù)責(zé)科研和學(xué)科建設(shè)工作，協(xié)助學(xué)院完成雙一流建設(shè)相關(guān)工作。同時(shí)，他還熱心教育，2015年以來他指導(dǎo)的研究生多次獲得華科大研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金，他還帶領(lǐng)學(xué)生于2021年獲得“華為中國大學(xué)生ICT大賽”TECH4ALL特別獎(jiǎng)（4/50)，研究成果智能音樂手套能夠幫助聽覺障礙者感受音樂，受到中央電視臺(tái)采訪報(bào)道。此外，他曾參與教研項(xiàng)目，獲得優(yōu)秀圖書獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；參與教育部-阿里云產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目?；谕怀龅谋憩F(xiàn)，2022年胡燏翀被評(píng)為華中科技大學(xué)“校十佳青年教工”。

胡燏翀喜歡讀科幻小說，腦海天馬行空的同時(shí)，步伐卻格外堅(jiān)實(shí)。他說，科幻允許對(duì)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行未來推測，而科研則讓大量科幻的推測變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。“這一路以來我之所以堅(jiān)持創(chuàng)新，就是想要改變現(xiàn)實(shí)?！比斯ぶ悄軙r(shí)代的到來，讓大數(shù)據(jù)中心也面臨著升級(jí)為智能數(shù)據(jù)中心的局面。未來的智能數(shù)據(jù)中心的可靠性需求場景會(huì)如何發(fā)展？胡燏翀給出自己的答案：“我想相比以往，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不僅要安全，還要響應(yīng)更快，與人的互動(dòng)更高效。同時(shí)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的精確性上會(huì)有所下降。”面對(duì)這種新的應(yīng)用場景，胡燏翀正和同行做著各種各樣的準(zhǔn)備工作，凝練新的破局思路，從國家需求出發(fā)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，讓更多成果實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，助力國家實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的自立自強(qiáng)。