2021年12月8—9日，“2021年教育部產學合作協同育人項目對接會”以線上線下相結合的方式在京召開。會議由教育部高等教育司指導，教育部產學合作協同育人項目專家組主辦，中教全媒體、慧科集團承辦。阿里巴巴集團阿里云智能高校合作總監周恩昌圍繞“云深處 新世界——構建以云為基石的新工科人才培養體系”發表了主題演講。
阿里巴巴集團阿里云智能高校合作總監 周恩昌
各位老師大家下午好，我是來自阿里云智能負責高校合作的周恩昌。今天很榮幸再次來到教育部產學合作協同育人項目對接會，我今天和大家匯報的主題是“云深處、新世界——構建以云為基石的新工科人才培養體系。”
我的報告將圍繞三方面展開，首先和大家探討一下云如何讓計算實現體系變革。2000年以來，隨著硬件虛擬化技術和軟件定義網絡的相繼成熟，催生出新的IT服務模式——云計算。云計算一經推出就因為其資源池化、彈性伸縮、按需使用、按量付費的特性成為一項兼具商業價值和社會價值的成功商業模式，吸引了整個產業的極大關注，最終發展成為今天整個互聯網產業核心的基石。產業端的快速發展同樣在推動技術端的不斷演進，催生出容器、微服務等一批云原生新技術。這個時候“云”就已經開始從原先作為IT基礎設施的部件轉變為IT的核心，開始對計算體系產生深遠的一些影響。我們看到越來越多的硬件和軟件能夠為了更好的適應云場景，對高并發、高性能、高能效和高安全的需求去做云化的改造和重構，從而能夠最大化的發揮云的特性，為社會和企業創造更多的價值。
以阿里巴巴集團為例，在過去15年當中，阿里先是將整個核心技術設施做全面的云化，讓業務100%跑在阿里公有云上，我們再將核心應用做云原生化的改造和重構，實現了巨大的降本增效。以“雙十一”超級數據工程為例，我們CPU資源利用率提升了30%，技術研發團隊研發效率提升了20%，交易成本大幅降低了80%。在阿里云看來，因云而變因云而生的硬件、軟件架構就是云原生技術，云原生技術正在為計算體系的變革賦予新的內涵。一個以云為核心的新型計算體系結構正在逐漸形成。
云計算背后的核心技術首先是虛擬化技術。早期云計算都是通過軟件來做虛擬化，虛擬機計算存儲網絡能力平穩性、性能都是通過虛擬化軟件來提供支持，但虛擬機之間存在爭奪資源、穩定性差的問題，同時虛擬化軟件本身也占用CPU和內存，加大了成本投入。在用戶端，需要更強的計算性能，更快的網絡，更高的存儲讀寫能力和更低的成本。于是在阿里專門為云而誕生了神龍架構，這是一種將軟硬融合一體化的虛擬化技術。神龍架構服務器性能最關鍵的部分都是通過神龍芯片硬件去實現，而非關鍵部分例如控制面部分都是用軟件去做，實現其靈活性和性能的有機結合。此外神龍支持同一套資源架構，從而能夠對所有的計算資源進行管理和調度，實現彈性運維。軟硬一體化的神龍架構就是典型的云原生，代表云數據中心虛擬化的新一代技術。
計算機最核心的部件——芯片層面，同樣也為云而生。以阿里云今年在云棲大會上發布的倚天710通用服務器芯片為例，倚天710通用服務器芯片是為了滿足數據中心對性能算力的提升和綠色環保雙重要求而推出的一款云原生芯片。這款芯片基于最新的ARM V9架構，內含128核CPU，采用業界最先進的5納米工藝。作為一款面向數據中心和云服務高性能的服務器芯片，倚天710針對云計算高并發條件下核數眾多帶來的帶寬瓶頸問題，對片上互聯做了一些特殊的優化設計，通過一些新的留控算法，降低系統的反壓，有效緩解系統的擁塞，從而使得單核的高性能能夠擴展并有效的轉化為整個系統的高性能，最終把性能推到超過業界標桿20%，能效比提升50%的水平，這對于數據中心在算力提升和綠色環保等方面有顯著的價值。
在軟件方面，云原生化技術在不斷演進。以操作系統為例，操作系統和云的親密接觸主要得益于容器的誕生和發展，和虛擬機服務器資源虛擬化不同，容器是操作系統的虛擬化，技術上升了一層。但容器本身存在相互干擾等安全方面的問題，為了解決這個問題，阿里云打造了全新的安全沙箱容器，既能解決容器安全隔離之間的問題，而且還可以和普通容器進行無縫混合使用。
在云計算的下一個時代，即無服務器時代，將會看到系統服務邊界將會進一步上移，對普通用戶來講，不用再去感知底層系統任何技術棧分層，這種變化給操作系統在技術垂直整合和全棧優化方面創造了一個非常大的條件。到了無服務器時代，一個能夠提供更優的底層系統能力的全新云原生操作系統一定會誕生。
操作系統是這樣，同樣，在數據庫層面也是如此。數據庫是一個歷史悠久的基礎中心軟件，一邊連著底層的操作系統，一邊又連著上層的數據化應用，被認為是上云的關鍵一環，同樣也在發生著一些顛覆性的改變。我們以阿里云自研的云原生數據庫為例，它就是通過將計算和存儲進行分離，打破存儲的單一限制，實現靈活彈性存儲。同時，通過分布式共享存儲一寫多讀的能力和架構，使得數據庫讀的能力能夠快速的水平擴展，大幅提高資源的利用率。
除了操作系統和數據庫之外，大數據、人工智能、安全等以云的服務方式來對外提供的系統能力，都在做云原生化的改造，一方面向下實現異構算力的連接，屏蔽底層的復雜性，同時又可以向上支撐彈性穩定耦合的應用。
除了在系統軟件基礎軟件層面，在更上層的應用開發層面，云開啟一場開發范式革命。區別于傳統瀑布式開發，周期長、技術復雜、需要配備大量的開發團隊等特點，云原生開發范式采用模塊化架構，低代碼方式，通過標準切口和協議進行通信，而且可以實現持續的迭代更新和集成交付，包括實現運維的標準化、自動化。在擴展性方面，也可以按需自動進行水平彈性擴展，具備非常好的可一致性。更重要的是云原生的開發屏蔽了底層系統環境，讓所有開發者只需要關注應用和業務價值創新本身。如果說過去開發者更多的是企業信息化戰略的執行者，今后更有可能走向前臺，成為數字創新的技術引領者。這是云原生能夠帶給開發時代的價值紅利。在今年年底，68%機構就已經在生產系統中使用容器，25%的開發者使用Severless原生技術，75%的企業應用使用低代碼技術來構建。云原生正在開啟一個云上開發、全云開發的時代。
而在端側，隨著5G的發展，云網端進行深度的融合，從而催生出很多云上新應用。例如，阿里推出的云電腦無影，桌面端非常小，它的計算、數據、應用全部在云端，只需要借助一臺顯示器和網絡就可以彈性使用云端的各種資源，大大降低了使用成本，而且提供了非常可靠的安全性。最近成為熱點話題的元宇宙，本質也是基于云、網、端深入融合的新一代互聯網交互方式。
當前，我們看到云正在成為整個IT的核心，向下定義硬件，讓芯片服務器操作系統等底層系統體系以云為核心進行重構，而云向上又推動了開發模式的改變，核心軟件都可以生于云、長于云，基于云來重構。在端側與云網端深度融合協同發展，催生出云電腦、元宇宙、自動駕駛等云上新應用。一個以云為核心的新型計算體系結構正在形成，未來無論企業或個人，計算將進一步向云上遷移。
云在計算體系架構中的核心作用，也同樣體現在數字經濟新基建當中。新基建包括信息基礎設施、融合基礎設施和創新基礎設施，三者之中信息基礎設施是核心。在信息基礎設施方面，我們看到以云原生為核心的云計算，構建起面向全域的數據高速互聯和算力全覆蓋的操作系統架構，在這個操作系統架構里面，無論是聚焦在底層建設的網絡服務、數據中心服務、算力服務，還是聚焦在上層的不同行業應用，例如物聯網、區塊鏈、人工智能服務商，都需要基于云計算操作系統界面進行交互和協同。所以，掌握云這一數字經濟新基建操作系統應當成為數字經濟不同技術專業分工人員所要掌握的核心技能。
但我們今天看到，整個產業面臨巨大的技能人才短缺問題。去年人社部發布了首批13個數字化新職業，在未來五年每一個數字化新職業人才需求規模都超過了百萬，但我們看到云計算工程技術人才缺口達到150萬。人才缺口另一個側面是長期以來高校信息技術人才培養，特別是在課堂教學和產業技術方面存在技術代差的問題。
面對這些問題與挑戰，教育部于2017年推出新工科建設計劃。我認為新工科建設的本質是為數字經濟培養具備數字技能的高素質人才，因此，認清數字經濟背后的技術支撐體系，把握數字經濟發展的人才技能需求，應該是新工科建設的關鍵。從這個意義上來講，隨著云成為新的計算體系核心，成為數字經濟基礎設施和操作系統，新工科人才的數字技能也應當以云為基石來構建，有了云作為基石，才能夠讓學生學會以云用數，化數為智，因智而能。
高校大學生作為互聯網時代的數字原住民，對云的概念并不陌生，但多數情況下只是停留在概念階段，對于新工科專業著力培養的未來數字經濟的建設者來講，從概念層面去了解云是遠遠不夠的，學生們需要對云建立起操作系統級別的認識，并且掌握基于云操作系統的核心技能，包括向下如何管理算力和網絡資源，向上如何應用新技術部署云上的新應用，以及如何向外和其他數字從業者進行云上協同工作。所以，在新工科建設當中，我們應當將云計算列入新工科各個專業的核心技術體系，將云的分布式架構引入到所有的計算機軟件類的專業課程中，取代傳統以單計算原理和應用為主線的課程體系，同時將云操作系統作為學生工程實踐能力培養的重要支撐平臺，并充分借助我們企業提供的各類云資源，包括云電腦、實踐案例、開源項目、科創競賽等，全面提升學生以云為基石的工程素養，推進新工科高質量人才培養。
以《數據庫系統》課程為例，在課程內容方面，基于原有傳統數據庫內容基礎，把分布式數據庫和云原生數據庫相關內容可以增加進去，介紹數據庫在云時代的變革、發展和挑戰，包括云原生數據庫主要特性、架構設計以及核心技術。在教學實踐方面，可以借助阿里云云原生數據庫Polar DB做云上實驗，通過對比去體驗云原生數據庫的特性，同時在云上部署開發新的數據庫系統，能夠讓學生直接在與未來企業生產環境完全相同的云實驗環境中進行科學實踐，以企業真實案例去做實際演練。讓學生在未來能夠實現無縫的平滑過渡，直接勝任工作崗位。
在2020-2021年，我們和89所高校、205個老師合作了171個項目。項目宗旨是將云帶給計算體系變革的各個技術要素融入到計算機軟件的各門課程當中去，同時將傳統的單計算機實驗操作引導到云上分布式的實驗環境里面去。其中有三項阿里云開源的核心技術是我們支持的重點，一是阿里平頭哥開源的四款面向AI OT終端芯片的玄鐵處理器IP，玄鐵是阿里平頭哥自主研發的基于RISC-V架構的CPU芯片，目前已經出貨了超過25億顆，廣泛應用在工業互聯、計算視覺、信息安全、人工智能等行業應用場景。二是阿里云打磨十年的服務器操作系統——龍蜥操作系統Anolis OS，經歷了阿里數年“雙十一”嚴苛考驗，做了非常多的云原生優化，可以為云上場景帶來顯著性能和穩定性提升。三是PolarDB-X數據庫，是業界首個實現存儲、內存以及計算三層解耦的云數據庫。PolarDB-X數據庫在第三方的評測中進入到了代表全球數據庫第一陣營的領導者象限，這在中國軟件史上是第一次，我們認為這是一個重大的里程碑。今年我們也把PolarDB-X做了開源，在過去的兩年中，我們已經有很多老師圍繞阿里自研核心技術進行了教改和課改，沉淀了包括慕課、實驗、教材等一系列教輔資源，這些資源都會通過教育部平臺、慕課平臺、阿里云實驗平臺對高校進行免費的開放，今后我們也會繼續堅持這個方向，同時在云智能技術教材化方面加強與高校與老師的合作，把阿里20年深厚的技術積淀傳播給高校的老師和學生。我們最近要出版和華師大合作的《云原生數據庫》教材，歡迎老師們進行使用。
在滿足老師們做云上教學實踐方面，我們也提供了大量的云上資源。很多老師已經通過飛天加速計劃，為自己免費領取了專屬的云服務器，也為學生領取了多臺云服務器，滿足課堂實驗和課后大作業的需求。同時我們專門為教學開發了一些產業級的云上實踐平臺，也為老師免費的開放，包括面向計算機基礎教學的云起實驗室、面向人工智能專業培養的天池AI實訓平臺，面向軟件工程和創新教育的云開發平臺。在云起實驗室里面，老師可以自主選擇20款不同的阿里云云產品，也可以根據自己的實驗需求自定義云上實驗場景，已經有很多老師在云起實驗室部署了課程實驗。在天池AI實訓平臺上，也有很多老師都愿意去調用我們的天池大賽所沉淀下來的各種大數據和人工智能實驗案例。我們期待有更多老師能夠基于我們云上實驗環境和云的技能進行課程方面的改革。
最后，我想以我們阿里云工程師早期書寫的一副對聯作為今天報告的結尾：代碼成就萬世基，積沙填海；夢想永在凌云意，意氣風發。代表了阿里云對打造一個國人自主研發的云計算平臺的一種歷史使命感的雄心。令我感到特別驕傲的是今天阿里云的成就都是來自于中國高校教育體系培養出來的萬千人才。面對今后技術的快速發展，面對千行百業之中如火如荼的數字化改革進程，阿里云將初心不改，以更大的擔當回饋教育，和各個高校開展產學研深度協同、深度融合，助力新工科人才高質量培養。我們共同去探尋求索，構建云深處的美好新世界。
（以上內容根據阿里巴巴集團阿里云智能高校合作總監周恩昌現場發言進行整理）
同名文章發表在《產學合作教育研究》2022年第1期，可點擊閱讀原文進行訪問
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