物联网：当物体开始思考 世界将会怎样？

本文转自，泉果基金公众号~~~当我们把芯片限制在桌子上的盒子里时，我们就浪费了它的潜力：当电脑几乎消失在我们周围的墙壁中时，真正的电子革命才会到来。——尼尔·菲尔德《当物体开始思考》

当物体开始思考会怎样？是否会像《三体》中描绘的未来社会：人们交谈时，天花板能同声传译；服饰会根据你的心情变换图案，演绎最适合你的OOTD（今日穿搭）；四处都滚动着动态信息，连纸巾盒都能放广告……物联网的概念并不新鲜。1990年，出现了第一台物联网设备——施乐公司的网络可乐贩售机；1995年，比尔·盖茨在《未来之路》的书中描述了物联网的场景；1999年，物联网之父、麻省理工的Kevin Ashton教授提出了物联网的定义……如今，数以百亿的智能设备以及边缘智能设备已经悄然部署在世界每一个角落，各项技术都面临一次从概念到功能外延的全面升级。物联网不仅拥有了一个扎实的现在，更有了一个充满想象力的未来。“与手机清晰的产业链路不同，物联网的产业链还没有收敛，生态也没有被垄断，加上物联网设备侧的操作系统对应用生态的依赖很弱，所以大家都还有很大的发展机会。”这是“物联网的智慧实践者”潘爱民对物联网的论断。潘爱民出生于70年代，在互联网领域深耕30余年。从PC时代，到移动互联网，再到万物互联，他的程序人生可以算是中国互联网发展历程的缩影。潘爱民有两个被业界熟知的标签：“中国程序员之父”和“最熟悉Windows内核的人”。他从1999年起，陆续原著、译著出版了许多经典的计算机图书，包括《COM原理与应用》、《Visual C++技术内幕》、《COM本质论》、《C++ Primer中文版》、《计算机网络》、《Windows内核原理与实现》、《深入解析Windows操作系统》等经典之作。这些书，曾影响了几代程序员。潘爱民师从汉字激光照排系统之父王选院士，先后在北大计算机研究所、微软亚洲研究院任职，后成为盛大创新院专家，任阿里首席架构师。他于2018年创办指令集，打造物联网的操作系统，现在担任指令集智能科技有限公司董事长，同时兼任之江实验室智能计算数字反应堆的首席架构师。潘爱民在【泉果无限对话】的分享中提到，“我有幸在正值壮年之际，又一次经历了中国互联网产业的蓬勃发展。现在大家熟知的物联网操作系统还很少，甚至形态都还不确定。我希望能够在万物互联时代做出像安卓、IOS那样成功的国产操作系统。希望自己的程序人生至少还能有两次续篇。”

以下是潘爱民的分享实录：

我的求学路径是从南开到清华再到北大，正好是“西南联大”，很巧，无意中就走成了这样的路径。我毕业后先是在北大任教，后来从象牙塔里走出来，越走越远，走进了产业的场景。从业30年，我亲身经历了从PC时代，到移动互联网时代再到现在“万物互联”时代的技术变迁；值得注意的是，最近又出现了新的趋势，各个国家都在大力推进算力设施建设。其中，我的兴趣一直聚焦在偏底层的计算机软件，即操作系统和中间件（Middleware）这一层。所以今天的分享，我将以一个从业者的视角，带领大家感受技术的变迁。

引子

技术变迁史从信息交互、生态依赖到产业场景的流动

PC时代解决的是信息流动的问题，操作系统强调人机交互；移动互联网时代的特点就是方便“移动”，形成了相对稳定的生态和产业链；而万物互联时代的特点就是“连接”。

互联网技术的发展可以分为PC时代、移动互联网时代和物联网时代。每一代的操作系统都有自己的特点，PC时代的Windows强调人机交互；移动互联网时代，像安卓，它的特点就是使用方便，老少皆宜，形成了应用生态壁垒；而物联网时代的操作系统，它的特点就是要连接，支持各种各样的通信协议，支持通信协议跟网关的连接，通过连接产生巨大的价值。

图1. 技术变迁史

来源：潘爱民泉果基金内部分享资料

● PC时代又被称为信息时代，对应的技术叫信息技术。从PC时代讲计算是最合适不过的，其实计算机的原理非常简单，就是“加减乘除”这些最基本的运算，主流的是32位和64位的加减乘除。计算机程序里有很多指令和数据，指令完成程序本身的功能，跟数据结合起来就形成了一个完整的有业务含义的软件。● PC时代奠定了所有的理论和基础，包括底层的操作系统、芯片、指令集等。移动互联网时代形成了相对稳定的生态和产业链。大约2007年，随着智能手机普及，我们进入了移动互联网时代，当时的标志就是3G网络开始商用。但当时手机的性能没那么好，很不流畅。到2011、2012年的时候，手机的性能已经接近PC机，整个软件系统就没有瓶颈了，移动互联网就此发展起来。3G商用网络加上移动设备，激发了各种各样的APP，日常使用的APP逐步就形成了生态。生态一旦形成，用户就会产生很强的依赖性，后来者很难再用同类技术进行颠覆。比如2013年，Windows收购了诺基亚，企图做Windows Phone，但是安卓和IOS这两个生态几乎已经拥有了全部用户，2017年之后，微软也就放弃了Windows Phone的计划。

图2. 智能手机产业链

来源：潘爱民泉果基金内部分享资料

同时，智能手机的产业链也是比较成体系的，从ARM到芯片厂商，然后芯片厂商通过方案商和手机厂商生产手机终端。产业链一旦形成，就很难再打破，沉淀下来的就那么几家。产业链中最核心的部分，一是操作系统厂商，另一个是芯片厂商。越上游，就越不可替代，它们牢牢控制了整个智能手机的产业链。移动操作系统对整个产业链非常重要。整体而言，移动互联网大量继承了PC时代的技术，在应用场景适用性上做了创新发展。● 物联网操作系统通过连接产生价值2017至2018年进入了后移动互联网时代，大家体感认知中比较明显的，是很多移动互联网和依赖移动互联网的公司开始从顶峰衰落，很多智能家居和产业互联网开始兴起，包括国家也在大力推动产业发展，将数字技术和产业结合起来。但我们尚处于变革的初期，以物联网的操作系统为例，大多体现为产业内的摸索和尝试，离真正的大规模应用，还有一定的距离。

01开放的生态：物联网产业链大有可为

与手机清晰的产业链路不同，物联网的产业链还没有收敛；同时，生态也没有被垄断，物联网设备侧系统对应用生态的影响很弱，而服务器侧或者面向场景的操作系统才刚刚萌芽，所以大家都还有很大的发展机会。

物联网的产业链跟手机产业链很不同。正如前面介绍的，手机的产业链，从操作系统到芯片厂商，到终端设备厂商，是一条很清晰的产业链路。但是物联网的产业链就特别分散，首先它的芯片，也就是MCU和SoC，跟设备侧的操作系统，是“多对多”的关系——操作系统很多，芯片也很多，大家都可以相互选择。其中的好处是，你可以找价格低的芯片或者找不同的系统服务商，但这样也会产生选择成本的问题，不懂行的设备制造商需要一些咨询和服务，增加了不透明性。另外，物联网设备的联网模块通常是不依赖运营商的，设备侧系统对应用生态的影响也很弱，不像手机，为什么移动互联网操作系统中安卓的地位那么高？因为安卓建立的应用生态太牢固了。但物联网设备侧的系统门槛或者更换的成本是没那么高的，对应的应用软件也非常的分散。设备侧很多系统是开源的，服务器侧就更加五花八门。因此，不同于移动互联网的操作系统，国外发达国家还没有垄断性的物联网系统软件，无论是面向设备硬件的操作系统软件，还是面向智慧场景的操作系统软件，都同样有发展机会；中国的基础设施建设全面走向数字化、智能化、智慧化，有大量的场景需要基础软件，这是市场的需求，只要规划得好，找准切入点，有机会诞生面向未来各种数字场景的国产操作系统。这可以避免在PC时代、移动互联网时代，不断追赶和替代的局面。总体而言，我觉得物联网的产业链还没有收敛，大家都还有很大的发展机会。

02物联网操作系统：物联网本质是更深入的数字化

物联网操作系统需要管理和控制该场景中各种物联网设备和计算硬件，同时也支撑该场景中的上层应用需求。

物联网的本质实际上是更加深入的数字化，对物理世界的数字化。同时，在万物互联时代，除非是一些特定的行业，绝大多数物联网场景都是小数据场景，并不是大数据。比如说一个医院、酒店或者一个商场，它数字化过程当中形成的数据大多数都是小数据。小数据和大数据的差异就是，小数据用传统的数据技术就可以快速进行处理，而大数据需要用一些分布式技术和大数据的特定技术，才能够完成对数据的处理。在数字化和小数据场景的背景下，需要什么样的操作系统？一种是设备操作系统，安装在设备上，跟物联网硬件设备相关联；另一种是对于一个特定的物联网小数据场景形成的操作系统，将各种不同种类的设备和软件连接起来，服务于整个物联网场景，也就是我们所说的物联网操作系统。

图3. 物联网操作系统

来源：潘爱民泉果基金内部分享资料

具体而言，它需要管理、监控场景里边的各种设备和计算硬件，同时也要支撑场景里边的上层应用需求，跟各种不同类型的设备打交道，让这些设备能够协同工作。甚至它还需要结合云端的计算存储能力，比如把数据定期送到云端去，或者利用云端训练的模型做一些实时推理。那么物联网的应用场景到底有哪些？首先就是我们最熟悉的生活场景，比如家居和个人穿戴设备。第二层是商业场景，像门禁、刷脸设备、涉及到安全的消防设备等。第三层是工业场景，现在政府也在强调智能制造、智慧工厂，物联网的技术可以提高制造的自动化程度，可以实现制造过程智能化。比如说，在未来的工厂场景，从订单到物流跟踪，都会用到物联网技术。第四层，能源及建筑路桥等基础设施的数字化和智能化。这是物联网全景图，图上讲的就是应用层。

图4. 物联网全景图

来源：潘爱民泉果基金内部分享资料

底层物理层有各种各样的设备，有传感器、执行器、通信硬件、计算硬件，形成了物理的设备和单元。然后通信层用有线网络或者无线网络把它们连接起来。在系统层就是物联网操作系统。在实践中也有一些物联网平台，既可以使用物联网操作系统来部署和搭建，也可以厂商自己针对性开发，像智能家居的产品，比如小米的服务后台可以把小米的设备都连起来，这就叫物联网云平台。我们偏重于软件，关注的是系统层——物联网操作系统。就像在移动互联网中，移动操作系统是最核心的，在物联网的各种场景里，物联网操作系统是其中的核心。同时，操作系统的发展路线也将进入一个新的商业轨道——行业操作系统。许多人会担心行业操作系统面向各种各样异质的行业和客户，每个行业甚至每个客户都需要为其量身定制，难以形成规模效应，会遇到发展瓶颈。对此，我们的解决办法是力图抓住行业的共性部分，形成一个软件系统，可复制到该行业中具有显著共性的硬件计算环境中，个性的部分通过上层应用或定制能力来完成。典型的例子是汽车操作系统和智慧建筑操作系统。只有抽象出硬件计算环境和共性需求的行业场景，才能形成行业操作系统。

03数字反应堆：全链路的算力设施建设

数字反应堆的愿景就是，算力的使用像现在用水用电一样简单。

十年前，大家对于云计算还将信将疑；现在看来，未来确实需要算力。计算机最初被发明出来就是要解决算力问题。当时的算力需求是军事上的需要，比如计算导弹的曲线，核武器的模拟，破译情报等，所以发明了电子计算机。几十年发展下来又回到了数据上。我们这十多年来沉淀了大量的数据，让这些数据发挥价值只靠搬来搬去没有用，就需要算力。所以现在政府也在大力推动算力设施建设。但算力是强异构的——不同时期建设的数据中心、不同的芯片厂商所形成的算力架构差距都很大。如何统一管理和使用这些算力，是目前面临的一个很大的问题。

图5. 之江实验室的数字反应堆

来源：网络

我有机会在之江实验室建设一个大计算装置，称为智能计算数字反应堆，其旨在搭建一个大计算平台。该数字反应堆可以聚合多种异构算力资源，并通过一些计算框架或者算法库，为各种应用提供统一的计算平台。把所有算力看成一台计算机，数字反应堆操作系统就是这台计算机的系统软件，通过抽象，形成各领域开发应用所需要的界面。从底层来讲，数字反应堆可以聚合算力；从上层来讲，就是把算力应用到这些领域里，解决这些领域的问题，甚至形成颠覆性、革命性的发展。比如一家制药厂有一个计算任务，它只需要提供模型，花几千块钱就能解决原本要耗费大量财力物力、通过专业机构才能解决的问题。数字反应堆的愿景就是，算力的使用像现在用水用电一样简单。在智能计算的推动下，为不同计算任务调度最优的计算资源，适配最佳的计算方法，形成最优结果。这不仅会支撑科学研究，还将服务于国家战略、数字经济和社会民生。尤其是，将人工智能算法与各个领域模型结合起来，在局部领域超越人类智能将会成为一种发展模式。