數學與工程的架橋人　創新突破的追風者

王輝

繁華富麗的南山區一直是深圳的科研中心，如果用超廣角鏡頭向下俯拍，你會發現這里坐落著以創造財富密度高而著稱的深圳科技園，其間大大小小的高新科技企業星羅棋布，承載著各種知名科技巨頭的建筑鱗次櫛比，處處充滿著科技與現代感。如果將鏡頭快速推進，視野范圍不斷縮小，最終將目光定焦在科技園南區的香港中文大學深圳研究院，這便是朱鍵博士及其團隊在深圳開展創新研究的場所。在這里，朱鍵主導建立了香港中文大學網絡編碼研究所（深圳）和深圳網絡編碼關鍵技術及應用重點實驗室，并聚焦團隊首創的網絡編碼學科、代數交換理論的學術研究和關鍵技術開發，推進其在互聯網、數據存儲、數據交換、并行計算、無線通信、深空網絡等產業前沿的應用。團隊掌握的代數學交換和網絡編碼創新技術一直走在全國乃至世界前列。從某種程度上來說，網絡編碼研究所和重點實驗室就是網絡編碼和代數交換領域的“國家隊”。

事實上，代數交換和網絡編碼如今已經成為突破新一代信息技術中機器算力、數據效率、帶寬能效等瓶頸的尖刀利刃。這正是朱鍵花20多年心血潛心鉆研的領域，其代表性成果有代數交換Cut-through（一種零延時無緩存自尋路由決策機器）創新發明、Cut-through switching fabric（零延時無緩存自主交換引擎）和Cut-through sorting（零延時無緩存排序引擎）硬核技術，以及網絡編碼空間容遲容斷衛星網絡應用、網絡編碼分布式存儲技術的產業化等。

這些年專注創新和創新思維，朱鍵致力于填平抽象理念與工程技術之間的鴻溝。對硬核技術的不懈追求一直讓他在科研工作中不斷地經歷抽象與物化、貫性與叛逆、顛覆與重塑、掙扎與反復、求證與否定，從中尋求突破。如果說代數交換和網絡編碼使得他和創新突破連在一起，那么，對原創和硬核技術的追求，則讓他和創新突破之間的紐帶變得更為堅韌和牢固。

朱鍵一直反復強調自己只是一名普普通通的科研人員，在代數交換和網絡編碼領域“只是有很多的夢想去追”。他有個網名叫“追風”——對他來說，保持一種“追”的態勢代表了一種境界，也是一種理想，他想做創新突破的追風者、踐行者！

數據潮流下的挑戰

我們都曾體會到，驅動以互聯網、大數據和人工智能為標志的信息技術發展的動力是網絡傳輸技術和機器算力技術的不斷提升。換句話說，數據潮流下的挑戰是網絡和算力的比拼，下一代信息技術何去何從很大程度上取決于兩者的技術突破。那么，是靠新材料還是靠技術方法的創新實現呢？

朱鍵認為，這需要從兩個維度去突破，互相加持?！靶虏牧闲鹿に噺奈锢韺用嫒ネ诰驖摿?，為創新突破提供更大空間。創新突破要另辟蹊徑開拓新硬核技術?！睙嶂杂趧撔峦黄频乃?，自然朝著硬核前行。

眾所周知，無論什么事物，都有其內在機理，這種機理越抽象就越能體現事物的本質，但工程技術卻是現實物理及底層邏輯的總成。數學的抽象，工程的實際，猶如時空穿越，如何關聯融合？“創新突破就是要架設數學科技與工程技術之間的橋，把兩者有機地關聯在一起，”朱鍵直接點道并舉例，“比如數據交換，長久以來都被機械地理解成數據搬運工，人們不愿更深層次地去發現數學科技的本質。代數交換就是以數學的視角去揭示交換的內在機理?！敝戽I又舉例：“網絡是什么？大多數人都只看到網絡是大量點到點通信鏈路以某種形式構成的通信平臺”“人們習慣用點對點思維去利用網絡，所以理所當然走‘存儲轉發這條路，這就是局限”。大量點對點鏈路構成的網絡，肯定不是單純的點對點。那么，當網絡不再只是點對點的概念后，會是怎樣呢？“這就是網絡編碼創新學科解決的問題！”朱鍵如是回答并進一步詮釋，“網絡編碼不再把數據視為物流中的貨物，徹底摒棄存儲轉發機制，利用它們本來就虛化的特性，用數學科學原理將它們做柔合分解傳輸處理，使得網絡更高效、更安全、更可靠?！?/p>

在科研工作中喜歡鉆研新思路的朱鍵，尤其擅長將抽象數學理論與創新的工程技術連接起來，并想方設法去實現技術突破。在找到代數交換可實現這個重要突破及當中的數學機理之后，他開始有條不紊地開展其硬核技術工程實現的相關工作。

經過一次次的嘗試、推演、推翻和再驗證，朱鍵最終成功發明出了極具個人特質重要研究成果的核心研究成果——代數交換Cut-through技術。這項技術使得網絡通路中的每個決策單元大大縮小，信息調度時間極大地縮短，從而顯著提升了網絡數據交換的速度。Cut-through代數交換技術的面世使相關領域創新突破的進程往前邁出了關鍵一步，讓代數交換抽象理論用芯片來實現成為現實。而朱鍵也被他的博士生導師——網絡編碼學科創始人之一、代數交換之父、香港中文大學李碩彥教授形容其成果是信息技術的重要發現，評價他是自己從教生涯中“唯一能填補抽象理論和工程技術鴻溝的弟子”。朱鍵的多項美國專利還被中國臺灣工業技術研究院（ITRI）評為杰出美國專利。緊接著，他又開發出全球第一片代數交換芯片、全球第一個代數交換原型系統，并成功實現相關技術的應用轉化?，F在，朱鍵又完成了Cut-through sorting硬核技術的發明，解決了計算領域又一大難題。相關技術突破有益于提高機器算力。

艱難困苦玉汝于成，回首成果取得的歷程，朱鍵稱在整個研究過程中他都是摸著石頭過河，沒有前人的經驗可供借鑒，而他自身也鐘情于創新技術的探索，喜歡做別人尚未開拓的領域。對新技術的好奇，總是驅使著他不斷地去發現：“不是行業做什么，你就得跟著做什么，很多時候，你必須得走在前面去努力引領行業的發展?！敝戽I很清楚，一個仍處于發展中的創新學科，只有研發出原創且足夠硬核的技術成果，才能有效地推動領域的發展。對他來說，能夠支撐工程成果保持原創且硬核特點的重要因素，便是數學理論。

數學與工程的橋梁

朱鍵最開始對科學實驗產生興趣是在很小的時候，那時的他還沒有將科學實驗與數學結合在一起的概念。彼時尚在讀小學的朱鍵具有小男孩的所有特征：活潑、好動、愛幻想、對一切新事物都充滿了好奇，但凡看到新奇的玩意兒，總忍不住沖動想要琢磨透這個東西到底是怎么運行的。常常，家里的收音機等各種電子設備就變成了他最寶貝的“玩具”，拆拆裝裝，好不有趣?！拔夷菚r就想搞明白是不是有人在收音機里唱歌，不然歌聲是哪兒來的呢？”看到電視時，他也會好奇：“電視是怎么能形成人像呢？”朱鍵的父親是電力專家，當發現他對無線電興趣濃厚且動手能力很強時，就時常買來各種電子管、二極管、三極管元器件供他恣意發揮，跟他講無線電的原理，陪同他一起裝收音機、收發報機和電視機，還給他講解計算機相關知識。漸漸地，朱鍵的巨大好奇心也愈加難以被滿足，隨著學習的深入，他開始對通信和計算機產生了興趣，覺得這些東西都無比神奇。朱鍵的父親為他拓開了興趣發展的最大空間，也成為他最終進入通信和電子領域的啟蒙老師。高考結束后，朱鍵毅然報考了電子科技大學，并選擇進入這所學校無線通信專業，自此去追尋和實現他小小腦袋里的大大好奇。

電子科技大學的通信專業是全國的王牌專業，其教學內容涉及通信相關的各種數學理論及工程技術。朱鍵形容自己剛進入大學學習后的感悟，“那時才知道原來數學對于研究通信是多么重要，發現以前對通信很多理解其實都只是表象，數學才是本質”。有了這層認知之后，他開始格外地在數學理論最根本的研究上下功夫，并注重將其和工程技術結合起來，因而才有了后來信息熵有序分布的路由決策編碼在代數交換芯片實現中的突破。

朱鍵曾于香港中文大學攻讀博士學位，師承李碩彥教授。有一天，他興沖沖地跑到李教授的辦公室。原來，當時的他正在苦思冥想如何解決數據交換過程中路由決策優化的問題，突然想到了用熵有序分布的思路來解決這個難題，于是特地找到導師探討和尋求他的建議。因為這個思路與傳統解決方法格格不入，李碩彥教授從常規的數學角度出發，并沒有第一時間對這一想法予以肯定。但這并沒有動搖朱鍵的想法，他執著地認為自己的思路是可以實現的，回去后對其進行了更加詳細的獨立思考、數學推導和反復論證。經過一番更為充足的演算推理和驗證后，朱鍵第二次來到了李教授的辦公室。這一次，不等朱鍵說完，李教授就驚嘆道：“Wow！ Thats totally awesome?。ㄍ?！太棒了?。敝毖灾戽I的這一想法是代數交換可工程實現的奠基性發現，成功清除掉代數交換從抽象理論到硬核技術之間的障礙，同時解決了硬件排序計算的科學難題。在這一發明基礎上，朱鍵開發出世界上第一片代數交換芯片和第一套原型系統。

為了讓數學算法在工程技術研究中發揮更大的作用，朱鍵同李碩彥教授一起通過進一步深入研究，將熵有序分布的思路上升為分配格（Distributive Lattice）理論?！跋喈斢趯ut-through用更抽象的數學理論規范出來，從而更清楚它的內在機理和作用范疇，以便更加準確地將其應用和拓展到其他技術研究中?！敝戽I解釋道。將分配格理論與Cut-through創新發現相結合，更加寬泛地填充了抽象代數交換理論與現代工程技術之間的鴻溝，為了使代數交換技術能夠更加切實地投入各種應用場景中，朱鍵正聚焦新的可以突破計算機算力和數據交換能力的芯片技術。

Cut-through大數據排序的關鍵點是什么？朱鍵的回答是“快”。在當下互聯網數據奔涌的大時代里，產生了越來越多對數據有極大需求的交叉學科，它們需要對大量的數據進行分析對比，從而得出某種結論，這種對數據的需求在高性能計算、人工智能及生物信息技術等領域表現得尤為明顯。但排序數據規模的陡增，必然會加劇計算負荷，在算力消耗加大的同時，還很難達到人們所需的運算速度?！叭绻麑ut-through運用到計算機數據排序中去會有什么效果呢？”在對Cut-through有了充分的認識后，朱鍵著手利用這一理論來解決計算機的排序運算問題?！皵祵W為什么抽象？同樣的理論可以通過適當的變換來解決不同的技術問題，這就是它的神奇之處。而我們就是行走在數學科技和工程技術之間那群篳路藍縷以啟山林的筑路人，在兩者之間搭建橋梁?！敝戽I總結道。朱鍵對于數學理論和工程的著迷，引領著他一步步向前探索。

堅持推動成果轉化落地

隨著對數學理論認識的升級，朱鍵也逐漸實現了他在技術研究和工程實施上的突破和進階，其中最顯著的體現就是他投入更多的精力在科研成果的商業落地轉化上。在利用分配格解決計算機排序運算的問題時，他考慮在發明出新的運算技術的基礎上研發排序處理器。不同于純粹的理論或技術研究，從研發到科研成果轉化落地是一個漫長且艱難的過程，中間需要考慮產品的性能保障、開發的性價比、工藝、可行性、適用性等一系列的現實因素。在以前，朱鍵會抵觸這種有過多外部因素干擾的工作內容，然而現在他卻能夠做得順心順手。他說：“我所做的科學研究終歸是要為社會的發展服務的，既然將成果轉化落地能夠促進這一目標的實現，為什么不對自己做些改變呢？”

聊起關鍵技術產業化，就離不開朱鍵的另外一個身份——深圳花兒數據技術有限公司聯合創始人。在互聯網的信息潮流中，人們擁有越來越多的途徑以獲取大量的信息，同時對信息的存儲需求也越來越大。因此，如何讓數據存儲更高效、更安全、更可靠成為業界關注的問題。網絡編碼作為網絡信息領域的重大突破，可以為數據存儲技術注入優勢。

花兒數據擁有朱鍵等一批網絡編碼研究領域的佼佼者，通過與網絡編碼創始團隊——香港中文大學網絡編碼研究所的全面合作，率先掌握了網絡編碼分布式存儲的核心技術，成功研發出世界上首例商用網絡編碼分布式存儲系統。盡管現在市面上并不乏從事數據存儲的公司，但朱鍵覺得，花兒數據可以成為一家不一樣的企業，這份底氣來自他及團隊對網絡編碼分布式存儲技術的深刻認識，也是因為花兒數據有別人沒有和別人想有的硬核技術。

憑借領先于行業水平的先進技術，花兒數據可使用戶體驗到具備國際先進水平的高存儲效率、高帶寬效能及高修復速率，同時為用戶提供軟件定義架構的文件存儲、對象存儲、塊存儲等數據存儲技術、產品及服務，并且將其廣泛運用于云存儲、高性能運算、數據災備、數據中心、智慧城市、大數據、人工智能等領域的同時，做到引領存儲技術和產業新發展?！盎▋簲祿鎯夹g，就是網絡編碼硬核技術的產物?！敝戽I總結道。對于花兒數據自主研發的網絡編碼分布式存儲硬核技術和系統軟件產品的未來發展，以及花兒數據在存儲領域扮演的先進技術引領者角色，他充滿了信心。

興趣延伸出的無限可能

在外界看來，朱鍵的研發成果始終保持著原創和硬核的特點，而對于朱鍵來說，這種研究追求中夾雜著自己對科研的興趣和想不斷挑戰更高難題的沖勁。他將這種內心的驅動力和追求歸功于從小父親對自己的指引和母親的鞭策，并給了自己足夠的思想空間。他對創新和對一切新奇事物的好奇，也讓團隊成員感受到他與傳統印象中嚴肅的科研工作者形象有很大的不同之處。朱鍵對大自然和對生活的熱情如同他對科研工作的孜孜追求一樣，都是那么深切和著迷。點開他的微信朋友圈，撲面而來的竟是一派田園牧歌的藝術景象，其中有不少他遍訪山川河流的神奇美景，有日光雨露細微變換中的草木花果，有身臨山水人文中的深切感悟，一字一圖，滿是他對自然的熱愛、對世事的體察、對藝術敏感的覺知、對世間憂患的共情。對于朱鍵來說，這是自己另一個以興趣為支點的小世界。在這個世界里，他可以如古今文人墨客般寄情山水，享受田園樂趣，感懷歷史變遷。他很少和相熟的人談論科研的艱辛，更愿展示對工作和生活的美好感受。于他而言，無論是科研還是出游，都是自己興趣的延伸，正是因為興趣，才讓他擁有無限的想象力和創造更多先進成果的可能。

記憶里，父親一直希望他為電力智能化做些什么。強電和弱電向來是劃分比較明顯的兩個研究領域，能夠同時兼具兩方面研究能力的人才并不多。朱鍵為了完成父親愿望，專門抽出假期時間成功研制出了一款對標之前依賴進口的多功能電度表，得到了當時電力部專家的很大肯定。事后朱鍵的父親對他說：“有技術轉化能力，就要發揮特長，多為社會作奉獻?！?/p>

如今，當朱鍵再次回憶起這件往事，他認為自己是在默默地踐行父親的期許，而今后，他也會繼續在興趣的道路上努力研發出更多原創且硬核的技術成果，在推動社會發展的浪潮向前奔涌的過程中，發揮自己的光和熱。對新技術的探索，讓朱鍵的腳步始終快速地走在科研技術的前沿，而放慢心緒聆聽山水之音、傾聽他人的思想，則帶給了他更多的思考，讓他愿意站在多維度和多角度去想問題，能夠將“多家之言”內化于心，在心底慢慢地孕育出更多的新火苗。也許在某一時某一刻，這個火苗就被點燃，在對一個技術難題的思索上，迸發出強大的生命力。

（責編：關弋）