陳海波：萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)架構(gòu)與演進(jìn)思考 | CNCC專家談

在即將于今年10月26-28日在沈陽舉辦的CNCC2023期間，在129個涵蓋人工智能、安全、計算+、軟件工程、教育、網(wǎng)絡(luò)、芯片、云計算等30個熱門專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)論壇上，包括國際知名學(xué)者、兩院院士、產(chǎn)學(xué)研各界代表在內(nèi)的700余位報告嘉賓將著力探討計算技術(shù)與未來宏觀發(fā)展趨勢，為參會者提供深度的學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)交流機(jī)會，當(dāng)中不乏在各領(lǐng)域深具影響力的重磅學(xué)者專家親自擔(dān)綱論壇主席。

本專題力邀CNCC2023技術(shù)論壇主席親自撰稿，分享真知灼見，帶你提前走進(jìn)CNCC，領(lǐng)略獨特專業(yè)魅力！

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本期特別嘉賓：

陳海波上海交通大學(xué)特聘教授、OpenHarmony技術(shù)指導(dǎo)委員會主席

作者：CNCC2023【萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)與生態(tài)】論壇主席：陳海波

我們正迎來萬物智聯(lián)時代新機(jī)遇

操作系統(tǒng)推動了各個歷史時期信息產(chǎn)業(yè)浪潮誕生與發(fā)展。相應(yīng)地，在不同歷史時期的操作系統(tǒng)所承擔(dān)的使命、技術(shù)特征、以及成功要素也是與該時期的產(chǎn)業(yè)特點息息相關(guān)。當(dāng)前，我們正迎來萬物智聯(lián)時代這一重要的換道超車機(jī)遇期。

注（*）Toward Ubiquitous Operating Systems: A Software-Defined Perspective. Hong Mei, Yao Guo. IEEE Computer 2018.

萬物智聯(lián)時代是一個百億設(shè)備、百億連接的時代，并且用戶與設(shè)備的關(guān)系，從過去的一對一關(guān)系變成了多對多的動態(tài)映射關(guān)系，用戶所關(guān)注的已經(jīng)不僅僅是單設(shè)備的體驗了，而是演進(jìn)到了對場景化體驗的關(guān)注，比如出行是否智能、家居是否智能等等，同時，需要海量的設(shè)備提供商、應(yīng)用提供商、服務(wù)提供商組成龐大的生態(tài)系統(tǒng)。

與此同時，在創(chuàng)新組織形態(tài)上講，開源模式又給信息科技領(lǐng)域帶來了新的生命力。近年來，中國對于開源的認(rèn)知和對全球開源的貢獻(xiàn)正在悄然發(fā)生變化，正在從使用開源、參與開源，走向貢獻(xiàn)開源甚至部分主導(dǎo)開源。

讓我們攜起手來，擁抱用戶萬物智聯(lián)這一千載難逢的歷史機(jī)遇，攻堅克難，共建共享智能終端操作系統(tǒng)的技術(shù)與人才生態(tài)！

萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)演進(jìn)思考

過去移動互聯(lián)網(wǎng)時代的終端操作系統(tǒng)并不能夠很好地滿足萬物智聯(lián)時代的需要，我們至少觀察到以下關(guān)鍵差異與演進(jìn)趨勢：

終端設(shè)備泛在化、無處不在；

在交互方式方面，從觸摸式交互演進(jìn)為時空自然交互；

在任務(wù)調(diào)度方面，從單節(jié)點調(diào)度變成端到端確定性調(diào)度；

安全隱私的邊界從單一設(shè)備擴(kuò)大到了全場景。

演進(jìn)思考之一：從OS走向OS Kit，元OS架構(gòu)支撐場景千變?nèi)f化

東京大學(xué)的坂村健(Ken Sakamura)教授在分析了個性化與通用性之間的矛盾后提出了一個形象比喻“昆蟲綱悖論”：地球上的哺乳動物大約有5000多種，好比傳統(tǒng)的服務(wù)器、個人計算機(jī)（PC）和手機(jī)等設(shè)備；昆蟲大概有100多萬種，好比萬物智聯(lián)時代的多樣化設(shè)備。一方面，數(shù)量更大的萬物智聯(lián)設(shè)備帶來的累計價值，可能會超過PC和手機(jī)市場；但另一方面，由于缺乏可大批量復(fù)制的軟硬件和應(yīng)用，沒有批量也就難以有低成本，進(jìn)而很難進(jìn)行良性的市場-技術(shù)迭代。

北京大學(xué)梅宏院士團(tuán)隊于2018年提出了“泛在操作系統(tǒng)(ubiquitous operating system)”的概念，指出我們未來既要面臨海量異構(gòu)資源，又要面臨應(yīng)用需求變化頻繁、應(yīng)用場景動態(tài)多變的復(fù)雜計算環(huán)境，參照操作系統(tǒng)求解問題的思路，構(gòu)建面向不同領(lǐng)域多場景的多樣性泛在操作系統(tǒng)，是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界當(dāng)前探索的一個重要方向。

面對萬物智聯(lián)時代的操作系統(tǒng)泛在化以及“昆蟲綱悖論”挑戰(zhàn)，需要應(yīng)對多樣化場景下的資源大小、功能、性能、安全、生態(tài)等多方面的差異化。操作系統(tǒng)需實現(xiàn)組件式解耦與按需合成，既能保證架構(gòu)的一致性，便于統(tǒng)一維護(hù)，也可通過彈性組合的方式解決個性問題。

為此，我們提出“元OS架構(gòu)”來緩解這個問題。通過一個操作系統(tǒng)去適應(yīng)所有場景，即“One OS for All”，已被證明是十分困難的。但如果將操作系統(tǒng)進(jìn)行有效的解耦/元化，將系統(tǒng)組件kit 化，實現(xiàn)“One OS Kit for All”。這樣在面向多場景的不同需求時，可將kit進(jìn)行有效的組裝，以解決多場景能力共享、生態(tài)互通、極簡互聯(lián)、按需組合等問題（如圖6所示）。當(dāng)然，元OS架構(gòu)面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)，例如如何對操作系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行有效管理，如何在解耦后保障其性能等。

演進(jìn)思考之二：從觸摸交互走向時空自然交互，新交互方式帶來體驗躍遷

人機(jī)交互從原來的機(jī)械式交互（比如鍵盤、鼠標(biāo)等）到現(xiàn)在的觸摸式交互，用戶體驗得到了大幅提升。面向2030年，我們展望交互形態(tài)有望走向時空自然交互，包括自然空間交互和系統(tǒng)級觸達(dá)兩個方面。

自然空間交互：比如基于語音、眼神、空間/姿態(tài)，甚至注意力/腦電波等更自然的人機(jī)交互形式。當(dāng)前這類交互模式已有雛形出現(xiàn)，包括腦機(jī)交互，以及通過各種方式抓取人的眼球動作進(jìn)行交互的模式等。不同于傳統(tǒng)的桌面、應(yīng)用入口，操作入口可能會變成場景式的智能時空入口形態(tài)。

系統(tǒng)級觸達(dá)：當(dāng)前APP的使用方式已深入人心，未來是否會變成一個彼此可嵌套的系統(tǒng)級可觸達(dá)方式，打破傳統(tǒng)應(yīng)用邊界，實現(xiàn)以任務(wù)和用戶為中心的推薦式、啟發(fā)式交互，也是我們下一步需探索的方向。

演進(jìn)思考之三：從單節(jié)點確定性走向端到端確定性

過去，我們對系統(tǒng)確定性的關(guān)注重點主要聚焦在單系統(tǒng)/單節(jié)點的確定性。當(dāng)前，尤其在通信場景和很多工業(yè)場景中，我們更需要關(guān)注系統(tǒng)端到端的確定性時延。面向2030年，隨著數(shù)字世界和物理世界的融合，會出現(xiàn)更多的時延敏感場景，比如遠(yuǎn)程醫(yī)療、面向企業(yè)的5G/6G（智能制造、工業(yè)4.0）、擴(kuò)展現(xiàn)實（實時交互）等，對端到端的時延帶來很多新挑戰(zhàn)。

在時延敏感系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)扮演著“樂隊指揮”的角色，需進(jìn)行全鏈路的管理，把云服務(wù)、承載網(wǎng)、端側(cè)設(shè)備打造成一個端到端的確定性低時延體系（如圖4所示）。

演進(jìn)思考之四：面向萬物智聯(lián)數(shù)字世界，重構(gòu)數(shù)字信任體系

萬物智聯(lián)時代，安全隱私的邊界從單一設(shè)備擴(kuò)大到了全場景，變成了超級大終端，并且安全隱私數(shù)據(jù)需要進(jìn)行全生命周期看護(hù)，我們需要重構(gòu)萬物智聯(lián)時代的數(shù)字信任體系，包括（但不限于）：全生命周期的數(shù)據(jù)防泄漏與隱私保護(hù)機(jī)制、全棧協(xié)同的操作系統(tǒng)漏洞消減及防御方案、以及適用于超級終端的分布式分級安全架構(gòu)等。

本年度CNCC大會將舉辦“萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)與生態(tài) ”技術(shù)分論壇，邀請數(shù)位操作系統(tǒng)領(lǐng)域的重磅學(xué)者專家，共同探討萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)發(fā)展的最新動態(tài)，歡迎參與。

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論壇名稱：“萬物智聯(lián)時代的智能終端操作系統(tǒng)與生態(tài)”技術(shù)論壇

舉辦時間：10月28日下午

論壇主席：陳海波 上海交通大學(xué)特聘教授、OpenHarmony技術(shù)指導(dǎo)委員會主席

共同主席：武延軍 中國科學(xué)院軟件研究所研究員

論壇日程

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審核編輯 黃宇