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包云刚，2003年获得南京大学理学学士学位，2008年获得中国科学院计算技术研究所博士学位，2010年至2012年获得普林斯顿大学计算机科学系博士后，2016年CNCC国际计算机科学大会特邀嘉宾。现为中国科学院计算技术研究所研究员、博士生导师、副所长。主要研究方向是计算机系统结构。鲍先生在国际一流的计算机系统会议期刊上发表论文10余篇，并两次获得计算机领域优秀论文一等奖和2013年ccf-intel青年学者奖。同时，他还担任中国计算机学会普及委员会主任和中国计算机联合会通信编辑委员会委员。
目前，云计算面临着一个世界级的问题:资源利用和用户体验之间的矛盾。那么问题是你是否可以既吃蛋糕又吃。答案似乎不那么简单。就连谷歌、百度和阿里等科技巨头都为此头疼。我们有幸采访了中科院计算所所长、研究员包云刚。鲍在“2016中国计算中心会议:云计算”的报告中提出的冯·诺依曼体系结构(简称)和冯·诺依曼体系结构(简称冯·诺依曼体系结构)有望解决这一问题，成为计算机科学领域的新突破。
1.在改善用户体验的问题上，业内很多人都很重视高质量大数据的获取和利用，但对于云计算目前遇到的问题却没有太多提及，这些问题要么是缺乏认知，要么是刻意回避，要么是因为大数据的寡头政治。鲍老师:事实上，云计算背后的英雄是数据中心。在中国，数据中心通常被理解为存储数据的地方，这是对数据中心的错误理解。在国际上，数据中心指的是一种超级计算机。例如，谷歌称数据中心为“作为计算机的数据中心”。最终目标是让用户或开发人员像使用计算机一样方便地使用数据中心。要做到这一点，背后需要很多技术。十年来，谷歌一直在朝着这个方向努力，旨在使数据中心的使用更加方便，运行成本更低。因此，我们不能简单地将数据中心视为存储大数据的地方。
在英特尔看来，未来将进入数据中心时代。更具体地说，未来将有两种模式。计算的一部分将放置在移动终端或物联网中，另一部分将放置在后方数据中心。各种应用将在数据中心运行，如云计算、大数据分析、高性能计算(如hpc)和各种网络功能(如nfv)。未来，数据中心将成为最基本的基础设施，许多后端应用可以在数据中心实现。
现在，每个人都对数据中心有部分了解，所以数据中心遇到的挑战被每个人忽略了。事实上，互联网用户体验与数据中心的技术和性能密切相关。例如，当我们按下手机上的一个按钮，点击微信上的一个帖子，大约有一半的时间是在数据中心度过的。然而，我们当前的数据中心仍然存在一个问题:无法保证用户体验和资源利用率(特别是cpu利用率)。如果资源利用率提高，用户体验(响应时间)将会降低。就像路上的交通一样，如果很多车辆同时在路上行驶，道路的利用率会提高，但是人们的出行体验会降低。
2.每个人都意识到当前云计算的困难了吗？包老师:我认为有一个传递过程来认识这样一个难题。这个问题最初是在谷歌遇到的。只有当云计算或数据中心发展到一定规模时，这一点才会体现出来。许多企业还没有达到这个阶段。这是一个需求转移的过程。谷歌很早就发现了这个问题，并开始处理这个问题，呼吁架构创新和硬件支持。百度、阿里、华为等国内领先企业已经开始投入大量技术来尝试解决这个问题，几年后会有更多的企业关注这个问题。目前，这一问题仍处于前沿。
3.带标签的冯·诺依曼架构(吕娜)将如何提高平板电脑、手机和移动设备的cpu利用率？(注:在采访中，鲍先生将这个问题调整为:冯·诺依曼架构()如何提高数据中心服务器的cpu利用率？(
包老师:其实这个问题不太合适，因为普通用户往往不注意自己的手机和笔记本电脑的cpu利用率有多高。然而，像微软和谷歌这样的大公司会非常关注cpu利用率。从数据中心的角度来看，cpu利用率低的问题更多。
目前，存在这样一个矛盾:一方面，建设一个数据中心的成本非常高。例如，阿里在张北的数据中心耗资180亿美元，微软在全球数据中心投资300亿美元，谷歌仅在2014年就投资110亿美元建设数据中心基础设施。另一方面，数据中心的cpu利用率极低。例如，亚马逊拥有数百万台服务器，并已投资数百亿美元。然而，几年前的一份报告显示，在数据中心运行的云计算业务的cpu利用率仅占10%以上，相当于浪费了890%，但这可以保证更好的用户体验。
在过去的几年里，这些大公司投入了大量的精力来处理这个问题。为了解决资源利用和用户体验之间的这个难题，谷歌优化了数据中心的整个软件堆栈，从底层虚拟化和操作系统到上层分布式架构。然而，美国工程院院士、谷歌数据中心专家迪克·斯特斯(dick sites)在2015年的几份报告中承认，在共享服务器上实现程序之间的性能隔离确实很困难，而谷歌在软件优化方面已经尽了最大努力，这迫切需要硬件支持。
我们提出了冯·诺依曼体系结构(吕娜)，希望从硬件层面提供解决上述问题的关键技术。以交通为例，吕娜希望确保关键车辆(如一些要求很高的应用)即使在道路已经拥堵的情况下也能顺利通过。通过使用标记机制和增强这种控制机制，即使cpu利用率提高，一些用户需要的高体验效果的应用程序仍然可以高速运行。
事实上，在我们的生活中有一个标签机制。在路上，我们可以看到救护车、消防车、警车和私家车被涂上了不同的颜色，这是一种标记机制。然后，我们有相关的交通规则，可以确保这些车辆，如救护车，消防车和警车，让位于其他车辆时，他们吹口哨。如果我们都遵守这些规则，我们就能确保这些车辆在紧急情况下顺利通过。
我们只想将交通规则应用到计算机体系结构中，标记一些关键应用程序，并制定相关的交通规则，以确保一些用户体验要求非常高的应用程序首先通过。在这种情况下，在提高cpu利用率的前提下，一些关键应用不会受到影响，从而实现共享硬件资源的按需分配和性能隔离。
4.计算机由硬件和软件组成。你提出的冯·诺依曼体系结构(吕娜)对软件有更高的要求吗？鲍老师:实际上，每一种硬件在提出来以后都需要相应的软件来适应，而软件是要发挥这些硬件的功能的。纵观计算机系统发展的历史，几乎所有的硬件都提供了新的功能，然后软件也随之改变。当计算机体系结构被标记时，它可以通过标记实现性能隔离和增强控制。之后，需要对软件进行相应的调整，也就是说，要求软件能够与设置的标签相关联，比如标记什么样的标签，以及如何根据不同的标签制定不同的规则。这就是我们通常所说的软件定义。
5.与现有的计算机体系结构相比，冯·诺依曼体系结构(吕娜)有哪些优势？鲍老师:这种新架构(Aiji、Net Value、Information)的核心优势是可以增强计算机软件对架构的控制能力。最初，一些应用程序在计算机内部资源利用上呈现无序共享状态，就像路上的车辆不遵守交通规则就匆匆驶过一样，这将降低资源利用率。传统架构并不太重视这个问题，但事实上，这是数据中心的一个非常核心的问题。如果这个问题得不到解决，整个数据中心的资源利用效率将大大降低，成本将变得非常高，用户体验也不会得到改善。基于这个问题，我们提出了这样一个新的架构。针对数据中心目前面临的如此严峻的问题，经过分析和调查，我们找到了问题的症结——无序共享，然后慢慢解决了这个问题。最后，我们总结后提出了这种新的体系结构——冯·诺依曼体系结构。
学术界和工业界都非常关注这一新架构，鲍先生相信，未来的冯·诺依曼架构将为计算机服务器的研究和应用带来创新。
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