Er jagt Wind und Blitz und macht die Datenspeicherung zuverlässiger!

Bis 2022 hat mein Land 21 nationale Big-Data-Center-Basen errichtet. Spezielle virtuelle Standleitungen überspannen Tausende von Bergen und Flüssen und ermöglichen die synchrone Übertragung und externe Sicherung wichtiger Daten in unserem Land. Mit der rasanten Zunahme großer Datenmengen wird auch der Speicherumfang immer größer. Die Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Computersystemen in Notfällen wie Naturkatastrophen ist eine der Kernanforderungen großer Rechenzentren. Es wurde zu einer nationalen Strategie erhoben und in den „14. Fünfjahresplan“ meines Landes aufgenommen.

▲Hu Renchong wurde 2022 zu einem der „Top Ten Young Faculty Members“ der HUST ernannt

Professor Hu Renchong von der School of Computer Science and Technology der Huazhong University of Science and Technology (im Folgenden „HUST“ genannt) ist ein solcher junger Wissenschaftler, der sich seit langer Zeit auf dem Gebiet der Datenzuverlässigkeit von Computersystemen beschäftigt. In den letzten Jahren hat er sich mit den drei größten Herausforderungen groß angelegter verteilter Speichersysteme befasst: hohe Kosten, häufige Ausfälle und langsame Erweiterung. Er hat eine Reihe von Ergebnissen zu drei zentralen wissenschaftlichen Themen erzielt: extremer Speicher-Overhead, effiziente Fehlerbehebung und effiziente Speichererweiterung, und er hat die komplette technische Kette einer effizienten und zuverlässigen Speichercodierung im „Theorie-Algorithmus-System“ realisiert. Aufgrund der entsprechenden Ergebnisse gewann Hu Renchong 2018 den ersten Preis des Hubei Science and Technology Progress Award, 2021 das National Key R&D Program Young Scientist Project und 2022 das National Youth Talent Program Project.

Hu Renchong fasste seine Forschung als „drei Fasten“ zusammen: Kodierung schneller machen, Reparatur schneller machen und Erweiterung schneller machen. Die Jagd nach Wind und Blitz, die Entwicklung hin zu höheren Geschwindigkeiten und die Entwicklung einer zuverlässigeren, effizienteren und sichereren Datenspeicherung sind die Hauptaufgaben seiner Forschungsarbeit. Derzeit werden relevante Spitzentechnologien vom Ausland monopolisiert. Hu Renchong ist in der Forschung der „drei Fasten“ verwurzelt und möchte dem Land mit Leidenschaft durch Wissenschaft und Technologie dienen. Er hofft, mit nationalen Unternehmen wie Hikvision, Huawei, H3C und Inspur zusammenarbeiten zu können, um die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Universitäten und Forschung zu fördern und so die unabhängige Kontrolle meines Landes im Bereich der relevanten Kerntechnologien zu verwirklichen und in ungünstigen Situationen Überholmanöver und Eigenständigkeit zu erreichen.

Ich widme mich der Datenspeicherforschung

Im Jahr 1985 eröffnete die University of Science and Technology of China (im Folgenden „USTC“ genannt) auf Grundlage der Zusammenfassung und Aufnahme der erfolgreichen Erfahrungen der Junior Class die „Teaching Reform Pilot Class“ (auch „00 Class“ genannt) für Studenten mit hervorragenden Ergebnissen bei der Hochschulaufnahmeprüfung, die das Modell der Junior Class nachahmte. Die beiden Schülertypen werden einheitlich vom Junior Class Management Committee betreut, ergänzen sich gegenseitig und fördern das Beste im jeweils anderen. Im Jahr 2001 wurde Hu Renchong mit hervorragenden Noten in die Junior Class des USTC aufgenommen und wurde Schüler der Klasse 00.

Die Juniorenklasse ist voller Eliten. Hu Renchong, der immer ein hervorragender Schüler war, war sich der Wahrheit bewusst, dass es immer Menschen gibt, die besser sind als man selbst. Dies legte den Grundstein für seine Lebenseinstellung des lebenslangen Lernens und der kontinuierlichen Verbesserung. Er interessiert sich seit seiner Kindheit für Computer. In der freien und flexiblen Atmosphäre der Junior-Klasse begann er bereits im ersten Jahr gezielt computerbezogene Fächer zu studieren und wählte schließlich Informatik und Technologie als Hauptfach.

Nach seinem Bachelor-Abschluss im Jahr 2005 erhielt Hu Renchong aufgrund seiner herausragenden Leistungen direkt die Doktorwürde und blieb weiterhin am USTC, um Computersoftware und -theorie zu studieren. „Ich war damals voller Sehnsucht nach wissenschaftlicher Forschung, und diese Leidenschaft wirkt sich auch heute noch auf mich aus. Es ist mir egal, wie schwierig es ist. Ich stelle Fragen, wenn ich etwas nicht verstehe, und lerne, wenn ich etwas nicht weiß, und ich bekomme immer positive Rückmeldungen von meinen Betreuern.“ Mit seinen eigenen Bemühungen und der sorgfältigen Lehre seines Betreuers Professor Xu Yinlong führte Hu Renchong Forschungen zur Zuverlässigkeitskodierungstheorie im Bereich der Computerspeicherung durch. Zu dieser Zeit war die Forschung zu neuen Arten der verteilten Speichercodierung gerade erst aufgekommen, und einer der Begründer der hochmodernen Netzwerkcodierungstechnologie war Professor Yang Weihao, Co-Direktor des Network Coding Institute der Chinese University of Hong Kong (im Folgenden „CUHK“ genannt). Während er Yang Weihaos Vorlesung zuhörte, wurde sich Hu Renchong des Entwicklungspotenzials der verteilten Speicher- und Netzwerkcodierungstechnologie bewusst und begann, sich für entsprechende Forschung zu interessieren, was auch den Grundstein für eine spätere Lehrer-Schüler-Beziehung legte.

Verteilter Speicher basiert auf Netzwerktechnologie und verwendet kleine Server zum Aufbau von Speicherpools. Aufgrund seiner geringen Kosten und hohen Skalierbarkeit eignet es sich für die Massenspeicherung von Informationen. Da verteilte Serverknoten jedoch anfällig für Ausfälle und Datenverlust sind, ist die Gewährleistung einer hohen Datenzuverlässigkeit ein dringendes Problem, das gelöst werden muss. Im Jahr 2009 veröffentlichte Hu Renchong nach eingehender Forschung seine Forschungsergebnisse zum Reparaturmechanismus der verteilten Speicherfehlertoleranz im führenden Journal auf dem Gebiet der Computerkommunikation, dem IEEE Journal on Selected Areas in Communications (IEEE-JSAC). Dieses Papier ist eines der wichtigsten Papiere zur Kombination früher Netzwerkcodierung und verteilter Speicherung und legte eine gute theoretische Grundlage für Hu Renchongs nachfolgende Forschung zur Zuverlässigkeitscodierungstechnologie in verteilten großen Rechenzentren. „Dadurch konnte ich eine Postdoc-Stelle an der CUHK bekommen, und mein damaliger Postdoc-Betreuer war Professor Yang Weihao.“

▲Hu Renchong (erster von rechts) organisiert ein Forschungsgruppentreffen

Von 2010 bis 2015 forschte Hu Renchong als Postdoktorand am Institute of Network Coding und der Fakultät für Informatik und Ingenieurwesen der Chinesischen Universität Hongkong. Während seiner Zeit am Institute of Network Coding war Hu Renchong einer der ersten Postdoktoranden, der Zuverlässigkeitscodierung auf Cloud-Speichersysteme anwandte. Die relevanten Ergebnisse wurden auf der Usenix Conference on File and Storage Technologies (FAST), einer erstklassigen Konferenz im internationalen Computerspeicherbereich, veröffentlicht und von der akademischen Gemeinschaft anerkannt. Das Forschungsumfeld der CUHK ist offen und aktiv und es findet ein ständiger akademischer Austausch statt. Hier kam Hu Renchong noch stärker mit den neuesten Ideen der akademischen Gemeinschaft in Berührung und sammelte wertvolle Grundlagen und Ressourcen für seine spätere wissenschaftliche Forschungskarriere.

„Professor Feng Dan, Dekan der Fakultät für Informatik und Technologie an der HUST, ist zugleich Direktor des Schlüssellabors für Informationsspeichersysteme des Bildungsministeriums. Er genießt im In- und Ausland einen hervorragenden Ruf auf dem Gebiet der Datenspeicherung. Auch meine Forschung wurde von der Arbeit des Teams von Professor Feng Dan inspiriert“, sagte Hu Renchong. Am Ende seiner Postdoc-Arbeit im Jahr 2015 verabschiedete sich Hu Renchong von Hongkong und kehrte mit den Früchten seiner wissenschaftlichen Forschung in seine Heimatstadt Wuhan zurück. Er trat dem Team von Professor Feng Dan an der School of Computer Science and Technology der Huazhong University of Science and Technology als außerordentlicher Professor bei und begann damit eine neue wissenschaftliche Forschungslaufbahn.

Innovative Codierung zur Unterstützung mehrerer Felder

Das Schlüssellabor für Informationsspeichersysteme des Bildungsministeriums ist gleichzeitig die Forschungsabteilung für optoelektronische Informationsspeicherung des Nationalen Forschungszentrums für Optoelektronik Wuhan und das technische Forschungszentrum für Datenspeichersysteme und -technologien des Bildungsministeriums. Die Forschung des Labors im Bereich der Informationsspeichertechnologie begann 1974 und blickt auf eine über 40-jährige Geschichte zurück. Derzeit sind an ihr über 50 Lehrende und über 300 Doktoranden und Masterstudenten tätig. Es handelt sich um eine der Forschungseinrichtungen Chinas mit der größten Anzahl erstklassiger Forscher auf dem Gebiet der Informationsspeicherung und um eine der wichtigsten Zentren für die Ausbildung von Talenten. Im Team von Professor Feng Dan erhielt Hu Renchong nicht nur finanzielle und projektbezogene Unterstützung von allen Seiten, sondern auch Anleitung bei ausgereiften wissenschaftlichen Forschungswegen und übernahm nacheinander wichtige wissenschaftliche Forschungsaufgaben. Zu seinen herausragenden Errungenschaften zählt unter anderem die Technologiereihe Wide-stripe Erasure Coding (WEC), die er und sein Team erstmals international vorschlugen und die auch eine wichtige Errungenschaft darstellt.

Hikvision und die Huazhong University of Science and Technology pflegen eine enge Zusammenarbeit zwischen Hochschulen und Unternehmen und haben gemeinsam das „Gemeinsame Labor für Massenspeicherung von Informationen“ aufgebaut. Im Jahr 2018 stellte Hikvision eine Anfrage in der Hoffnung, durch groß angelegte Kodierung die Speicherkosten senken zu können. Damals gab es hierzu international nur Theorien, und nur ein ausländisches Unternehmen führte entsprechende technische Verfahren durch, deren Einzelheiten jedoch nicht bekannt gegeben wurden. Um die Probleme zu lösen, mit denen Hikvision konfrontiert war, begann Hu Renchong, basierend auf seinem Hintergrund in der Netzwerkcodierungstechnologie, wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen zu forschen, indem er ständig simulierte und versuchte, die beste Codierung zu finden. Während dieser Zeit kam es zu einem Missverständnis. „Damals gehörten die neuesten Programmiererfolge alle zum Bereich der Kleinprogrammierung. Deshalb habe ich dort angefangen und hart an der Simulation gearbeitet, aber ich habe nie die gewünschten Ergebnisse erzielt.“

Später hatte Hu Renchong eine Idee und entwarf um das Jahr 2012 herum eine groß angelegte Codierung auf Grundlage des Originalpapiers zur Netzwerkcodierungstechnologie. Unter seiner Führung schlug sein Team als erstes weltweit eine Reihe technischer Errungenschaften im Bereich groß angelegter Löschcodes vor. Das Paper wurde erneut auf der „File and Storage Technology Conference“ (FAST) veröffentlicht. Aufgrund der Anwendung im Computerbereich wurden die entsprechenden Ergebnisse auch auf der wichtigsten Konferenz im Bereich Computer-Supercomputing, der „Supercomputing Conference“ (SC), veröffentlicht. Nach Anwendung der entsprechenden Ergebnisse sparte Hikvision nicht nur 20 % der Speicherkosten, sondern übertraf auch die Speicherkostenreduzierung von Microsoft Cloud und Amazon Cloud. Die Forschungsarbeit führte zu 31 Patenten, von denen 19 genehmigt wurden, und gewann 2018 den ersten Preis des Hubei Science and Technology Progress Award. Seitdem hat Hu Renchong die extrem kostengünstigen Vorteile der Erasure-Coding-Technologie im großen Maßstab in verschiedenen Bereichen wie Hochleistungsrechnen, großen Rechenzentren und All-Flash-Clustern eingesetzt, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden.

Angesichts des massiven Datenwachstums und der zunehmenden Speicherkapazität ist es zwingend erforderlich, Chinas Speicherindustrie energisch auszubauen und im Wettbewerb der digitalen Wirtschaft die Initiative zu ergreifen. Angesichts der aktuellen Situation, in der das wichtigste Speichermedium für den Aufbau herkömmlicher Speichersysteme im großen Maßstab – die Festplatte (HDD) – von drei großen Herstellern in den USA und Japan (Western Digital, Seagate und Toshiba) monopolisiert wird, ist es für China äußerst schwierig, im HDD-Bereich einen Durchbruch zu erzielen. Gleichzeitig ist es mit der schrittweisen Verbesserung der inländischen Produktionskapazität für komplette Maschinen und Flash-Speicher in meinem Land an der Zeit, die relevanten Kerntechnologien „HDD-freier“ Großspeichersysteme zu untersuchen und HDDs durch Solid-State-Laufwerke (SSDs) zu ersetzen.

„Wir müssen diese Chance nutzen, in der Kurve zu überholen.“ Sagte Hu Renchong mit fester Stimme. Seiner Meinung nach werden die Kerntechnologien im Zusammenhang mit dem „HDD-freien“ Großspeichersystem eine der wichtigsten Anforderungen für zukünftige nationale Strategien und Unternehmensentwicklungen sein. Der Hauptgrund für die Verhinderung einer großflächigen Anwendung sind die hohen Kosten, die drei- bis fünfmal so hoch sind wie die Kosten einer Festplatte. Daher beantragte er im Jahr 2022 das allgemeine Projekt „Forschung zur groß angelegten Erasure-Coding-Technologie für große All-Flash-Cluster mit geringen Redundanzkosten“ und wurde dafür bewilligt. Er wandte die zuvor vorgeschlagene groß angelegte Codierungstechnologie auf SSDs an, wodurch die Kosten für SSDs erheblich gesenkt und wichtige technische Unterstützung für inländische groß angelegte Flash-Speichercluster bereitgestellt wurde.

Im Bereich des Hochleistungsrechnens wies Hu Renchong darauf hin, dass die Entwicklung einer neuen Generation von Hochleistungsrechnersystemen die Rechenleistung meines Landes erheblich steigern und den strategischen Anforderungen der nationalen Entwicklung gerecht werden werde. Da die Größe paralleler Computersysteme jedoch auf mehrere zehn Millionen Kerne anwächst, kommt es häufig zu Prozessor- und Speicherausfällen. Gleichzeitig wird die Netzwerkkonnektivität aufgrund häufiger Ausfälle stark reduziert. Daher werden die drei Hauptfunktionen des Systems – Berechnung, Speicherung und Übertragung – durch „häufige Ausfälle“ ernsthaft beeinträchtigt. Um häufige Ausfälle zu bewältigen und die Zuverlässigkeit paralleler Computersysteme mit zig Millionen Kernen sicherzustellen, muss das wissenschaftliche Problem der „Sicherung der Schlüsselleistung bei häufigen Ausfällen großer paralleler Computersysteme“ gelöst werden. Aus diesem Grund bewarb er sich um die Leitung des Young Scientist Project des National Key R&D Program „Forschung zur Zuverlässigkeitscodierungstheorie und -technologie für große parallele Computersysteme“ und wurde dafür zugelassen.

Als Antwort auf das zentrale wissenschaftliche Problem der „Leistungssicherung bei häufigen Ausfällen“ wird sich Hu Renchong durch Forschung auf die Lösung von drei Schlüsseltechnologien konzentrieren: eine fehlertolerante Technologie mit geringem Overhead für Knotenausfälle in großen parallelen Computersystemen, die die Leistungsbelastung durch die Behandlung von Knotenausfällen im System verringert; effiziente Übertragungstechnologie für Netzwerke mit geringer Konnektivität in großen parallelen Computersystemen, Verbesserung der Übertragungseffizienz in Netzwerken mit geringer Konnektivität; fehlertolerante Optimierungs- und Beschleunigungstechnologie basierend auf den Fehlereigenschaften großer paralleler Computersysteme, wodurch die Fehlertoleranzleistung des Systems weiter verbessert wird. Abschließend wurden auf Grundlage der relevanten Ergebnisse eine verifizierbare Funktionsbibliothek für Parallelrechnersysteme, eine Simulationssoftware und ein Prototypsystem erstellt, um diese zur Lösung praktischer Probleme umzuwandeln und zu implementieren.

In den letzten fünf Jahren hat Hu Renchong durch seine unermüdlichen Bemühungen mehr als 50 Artikel veröffentlicht, darunter 25 Artikel in Konferenzen/Zeitschriften der Kategorie A der Computer Society und 15 Artikel in Konferenzen/Zeitschriften der Kategorie B. Die Technologie wird bei vielen nationalen Unternehmen wie Hikvision, Huawei, Inspur und ZTE eingesetzt.

Bedarfsgerechte Kooperation zwischen Industrie, Universitäten und Forschung fördert Transformation

Wenn Hu Renchong auf seine akademische Karriere zurückblickt, ist er seinen Mentoren und akademischen Vorgängern äußerst dankbar. Mein Doktorvater, Professor Xu Yinlong, hat sein Studium an der Fakultät für Mathematik der Peking-Universität abgeschlossen. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Theorie, und er geht sehr gewissenhaft vor. Er hat meinen rigorosen und bodenständigen wissenschaftlichen Forschungsstil gefördert. An der CUHK hat sich einer meiner Postdoktoranden-Betreuer, Professor Li Baiqing, auf Systemtechnik konzentriert. Er forscht gewissenhaft und hat einen respektablen handwerklichen Geist. Er hat meine Angewohnheit gefördert, auf die Tiefe der Forschung und die Fähigkeiten der Ingenieurpraxis zu achten. Nachdem ich an die HUST gekommen war, hat Professor Feng Dan mein Verständnis der wissenschaftlichen Forschung erheblich erweitert. Unter ihrer Anleitung habe ich ein ganzheitliches Verständnis der wissenschaftlichen Forschungsarbeit und die Fähigkeit, selbstständig zu stehen. Infolgedessen kam Hu Renchongs wissenschaftlicher Forschungsweg allmählich auf den richtigen Weg und erzielte weiterhin Ergebnisse.

Neben der wissenschaftlichen Forschung fungiert Hu Renchong als Assistent des Dekans, ist für die wissenschaftliche Forschung und den Aufbau der Disziplinen verantwortlich und unterstützt das College bei der Fertigstellung damit verbundener Arbeiten zum Aufbau von zwei erstklassigen Universitäten. Gleichzeitig begeistert er sich auch für die Bildung. Seit 2015 haben die von ihm betreuten Doktoranden mehrfach das National Scholarship for Graduate Students der HUST gewonnen. Außerdem führte er seine Studenten zum Gewinn des TECH4ALL-Sonderpreises (4/50) des „Huawei China College Student ICT Competition“ im Jahr 2021. Seine Forschungsergebnisse, intelligente Musikhandschuhe, können Hörgeschädigten helfen, die Musik zu fühlen, und wurden von CCTV interviewt und darüber berichtet. Darüber hinaus hat er an Lehr- und Forschungsprojekten teilgenommen und den ersten Preis des Excellent Book Award gewonnen. und nahm am Kooperations- und gemeinsamen Bildungsprojekt zwischen dem Bildungsministerium, der Alibaba Cloud-Industrie und Universitäten teil. Aufgrund seiner herausragenden Leistungen wurde Hu Renchong im Jahr 2022 zu einem der „Top Ten Young Faculty and Staff“ der Huazhong University of Science and Technology ernannt.

Hu Renchong liest gerne Science-Fiction-Romane. Während sein Geist voller wilder Fantasie ist, sind seine Schritte äußerst fest. Er sagte, dass Science-Fiction Zukunftsspekulationen über reale Technologien zulässt, während wissenschaftliche Forschung viele Science-Fiction-Spekulationen Wirklichkeit werden lässt. „Der Grund, warum ich auf Innovationen bestehe, ist, dass ich die Realität verändern möchte.“ Mit dem Beginn des Zeitalters der künstlichen Intelligenz stehen auch große Rechenzentren vor der Situation, zu intelligenten Rechenzentren aufzurüsten. Wie werden sich die Zuverlässigkeits-Anforderungsszenarien zukünftiger Smart Data Center entwickeln? Hu Renchong gab seine eigene Antwort: „Ich denke, im Vergleich zur Vergangenheit muss die Datenspeicherung nicht nur sicher sein, sondern auch schneller reagieren und effizienter mit Menschen interagieren. Gleichzeitig wird die Genauigkeit der Datenspeicherung abnehmen.“ Angesichts dieses neuen Anwendungsszenarios führen Hu Renchong und seine Kollegen verschiedene Vorarbeiten durch und entwickeln neue Ideen, um aus der Sackgasse herauszukommen. Dabei gehen sie von den nationalen Bedürfnissen aus und kombinieren Industrie, Hochschulen und Forschung, damit mehr Ergebnisse umgesetzt werden können und das Land dabei unterstützt wird, technologische Unabhängigkeit zu erreichen.