風と雷を追いかけて、データストレージの信頼性を高めます!

2022年現在、我が国は21の国家ビッグデータセンター基地を建設しています。特別なネットワーク仮想専用線は何千もの山や川にまたがり、我が国の重要なデータの同期伝送とオフサイトバックアップを実現します。膨大なデータの急増に伴い、ストレージの規模もますます大きくなっています。自然災害などの緊急時にコンピュータ システムの信頼性を確保することは、ビッグ データ センターの中心的な要件の 1 つです。それは国家戦略にまで高められ、我が国の「第14次5カ年計画」にも盛り込まれました。

▲胡仁重氏は2022年、ハノイ工科大学の「若手教員トップ10」の一人に選ばれた。

華中科技大学（以下、「HUST」という）コンピュータ科学技術学院の胡仁重教授は、長年にわたりコンピュータシステムデータの信頼性の分野に携わってきた若き学者です。近年、彼は大規模分散ストレージシステムが直面する 3 つの大きな課題、つまり高コスト、頻繁な障害、拡張の遅さに取り組んできました。彼は、極端なストレージオーバーヘッド、効率的な障害修復、効率的なストレージ拡張という 3 つの中核的な科学的課題をめぐって一連の成果を達成し、「理論 - アルゴリズム - システム」における効率的で信頼性の高いストレージコーディングの完全な技術チェーンを実現しました。胡仁重は、関連成果に基づき、2018年に湖北省科学技術進歩賞一等賞、2021年に国家重点研究開発計画若手科学者プロジェクト、2022年に国家青年人材育成計画プロジェクトを受賞した。

Hu Renchong 氏は自身の研究を「3 つの高速化」、つまりエンコードの高速化、修復の高速化、拡張の高速化として要約しました。風と雷を追い、より高速な速度を目指し、データストレージの信頼性、効率、セキュリティを高めることが、彼の研究の主な仕事です。現在、関連する先端技術は外国によって独占されている。胡仁重氏は「三断食」研究に根ざし、科学技術を通じて国に貢献するという情熱を抱いている。彼は、ハイクビジョン、ファーウェイ、H3C、インスパーなどの国営企業と協力して産学研の協力を推進し、関連するコア技術分野での我が国の自主管理を実現し、不利な状況での追い越しと自立を達成したいと願っています。

データストレージ研究に専念

1985年、中国科学技術大学（以下、「USTC」という）は、ジュニアクラスの成功体験の総括と吸収に基づき、ジュニアクラスのモデルを模倣し、大学入試の成績が優秀な学生を対象に「教育改革パイロットクラス」（「00クラス」とも呼ばれる）を開設しました。 2 種類の生徒はジュニアクラス運営委員会によって統一的に管理され、互いに補完し合い、互いの長所を引き出します。 2001年、胡仁重さんは優秀な成績でUSTCのジュニアクラスに入学し、00クラスの生徒になりました。

ジュニアクラスはエリートだらけです。常に優秀な学生であった胡仁重さんは、自分より優れた人は常に存在するという真実を深く感じていました。これが、生涯学習と継続的な改善という彼の人生観の基礎となりました。彼は子供の頃からコンピューターに興味を持っていました。自由で柔軟な雰囲気のある3年生のクラスで、彼は1年生の時からコンピュータ関連の科目を集中的に勉強し始め、最終的にコンピュータサイエンスとテクノロジーを専攻として選びました。

胡仁重は2005年に学部を卒業した後、優れた成績により博士号を取得し、USTCに留まってコンピューターソフトウェアと理論を学び続けました。 「当時は科学研究への憧れでいっぱいでした。その情熱は今も私の心に影響を与えています。どんなに難しいことであっても気にしません。分からないときは質問し、分からないときは学びます。そしていつも指導教官から肯定的な反応を得ています。」胡仁重は自身の努力と指導教官の徐銀龍教授の丁寧な指導により、コンピュータストレージの分野における信頼性符号化理論の研究を行った。当時、新しいタイプの分散ストレージコーディングの研究が始まったばかりで、最先端のネットワークコーディング技術の創始者の一人が、香港中文大学（以下、「CUHK」）ネットワークコーディング研究所の共同所長である楊偉豪教授でした。胡仁重は楊維豪の講義を聞きながら、分散ストレージとネットワークコーディング技術の発展の可能性を痛感し、関連研究に興味を持つようになり、それがその後の師弟関係の基盤にもなりました。

分散ストレージはネットワーク テクノロジに基づいており、小さなサーバーを使用してストレージ プールを構築します。低コストでスケーラビリティが高いため、大量の情報を保存するのに適しています。しかし、分散サーバーノードは障害やデータ損失が発生しやすいため、高いデータ信頼性を確保する方法が緊急に解決すべき問題となります。 2009年、胡仁重氏は徹底的な研究を経て、分散ストレージのフォールトトレランスの修復メカニズムに関する研究結果を、コンピュータ通信分野のトップジャーナルであるIEEE Journal on Selected Areas in Communications (IEEE-JSAC) に発表しました。この論文は、初期のネットワークコーディングと分散ストレージの組み合わせに関する重要な論文の 1 つであり、胡仁重のその後の分散型大規模ビッグデータセンターにおける信頼性コーディング技術の研究に優れた理論的基礎を築きました。 「そのおかげで香港中文大学でポスドクのポジションを得ることができました。当時の私のポスドク指導教官は楊偉豪教授でした。」

▲胡仁重氏（右から1人目）が研究グループ会議を主催

胡仁重氏は、2010年から2015年まで、香港中文大学のネットワークコーディング研究所およびコンピュータサイエンスおよびエンジニアリング学部で博士研究員として研究を行いました。 Hu Renchong 氏は、ネットワーク コーディング研究所在籍中に、信頼性コーディングをクラウド ストレージ システムに適用した最初のポスドク研究者の 1 人になりました。関連する結果は、国際的なコンピュータストレージ分野のクラス A カンファレンスである Usenix Conference on File and Storage Technologies (FAST) で発表され、学術コミュニティから認められました。 CUHK の研究環境はオープンかつ活発で、学術交流が絶えず行われています。ここで胡仁重は学術界の最先端のアイデアにさらに触れ、その後の科学研究キャリアのための豊富な基盤とリソースを蓄積しました。

「ハノイ工科大学コンピュータ科学技術学部長のフェン・ダン教授は、教育省情報ストレージシステム重点実験室の所長も務めています。彼は国内外でストレージ分野で高い評価を得ています。私の研究もフェン・ダン教授のチームの研究からインスピレーションを得ています」と胡仁崇氏は語った。胡仁重氏は2015年に博士研究員としての仕事を終え、香港に別れを告げ、多大な科学研究の成果を携えて故郷の武漢に戻った。彼は華中科技大学コンピュータサイエンス学部の馮丹教授のチームに准教授として加わり、新たな科学研究の旅を始めました。

複数のフィールドをサポートする革新的なコーディング

教育部の情報ストレージシステム重点研究室は、武漢国立光電子研究センターの光電子情報ストレージ研究部と教育部のデータストレージシステムおよびテクノロジー工学研究センターでもあります。当研究所の情報記憶技術研究は1974年に始まり、40年以上の歴史があります。現在、50 名以上の教員と 300 名以上の博士課程および修士課程の学生が在籍しています。中国において情報ストレージ分野の一流研究者を最も多く擁する研究機関の一つであり、重要な人材育成拠点の一つです。馮丹教授のチームでは、胡仁重は各方面から資金とプロジェクトの支援を受けただけでなく、成熟した科学研究ルートの指導も受け、重要な科学研究任務を次々と引き受けました。中でも、ワイドストライプ消去符号化（WEC）シリーズの技術は彼の代表的な業績の一つ​​であり、彼と彼のチームが国際的に初めて提案した重要な業績でもあります。

「ハイクビジョンと華中科技大学は緊密な学社間協力関係にあり、共同で『大規模情報ストレージ共同実験室』を建設した。2018年、ハイクビジョンは大規模コーディングを利用してストレージコストを削減したいという要望を出した。当時、この点については国際的に理論だけがあり、関連する技術実践を行っている外国企業は1社だけだったが、詳細は明らかにされていなかった。」 Hikvision が直面した問題を解決するために、胡仁重氏はネットワーク コーディング技術のバックグラウンドを基に、干し草の山から針を探すように探求を始め、絶えずシミュレーションを行い、最適なコーディングを見つけようとしました。この間、彼は誤解に陥った。 「当時、最新のコーディング成果は小規模コーディングの分野ばかりだったので、そこからスタートしてシミュレーションに力を入れましたが、思うような成果は得られませんでした。」

その後、胡仁重氏は2012年頃にネットワーク符号化技術に関する原著論文を基に、大規模符号化を考案し、チームを率いて世界で初めて大規模消失訂正符号に関する一連の技術的成果を提案した。この論文は、「File and Storage Technology Conference」(FAST) で再度発表されました。コンピュータ分野への応用により、関連する結果はコンピュータ・スーパーコンピューティング分野の最高峰のカンファレンスである「スーパーコンピューティング・カンファレンス」（SC）でも発表されました。関連する結果を適用した後、Hikvision はストレージ コストを 20% 削減しただけでなく、Microsoft Cloud や Amazon Cloud のストレージ コスト削減を上回りました。この研究成果は31件の特許を取得し、そのうち19件が認可され、2018年に湖北省科学技術進歩賞の一等賞を受賞しました。それ以来、胡仁重は、大規模消失訂正符号技術の超低コストの利点を、高性能コンピューティング、ビッグデータセンター、オールフラッシュクラスターなどのさまざまな分野に応用し、さまざまなニーズに応えてきました。

データの大幅な増加とストレージ規模の拡大に直面して、中国のストレージ産業を積極的に発展させ、デジタル経済競争で主導権を握ることが不可欠です。しかし、従来の大規模ストレージシステムを構築するための主な記憶媒体であるハードディスクドライブ（HDD）が米国と日本の3大メーカー（ウエスタンデジタル、シーゲイト、東芝）によって独占されている現状を考えると、中国がHDD分野で躍進を遂げるのは極めて困難です。同時に、わが国の国内完成機械とフラッシュメモリの生産能力が徐々に向上するにつれ、「HDDフリー」大規模ストレージシステムの関連コア技術を研究し、HDDをソリッドステートドライブ（SSD）に置き換える時期が来ています。

「カーブで追い越すこの機会をつかまなければならない。」胡仁重氏は毅然とした口調でこう言った。同氏は、「HDDフリー」の大規模ストレージシステムに関するコア技術が、今後の国家戦略や企業発展における大きなニーズの一つになると考えている。大規模導入を阻む主な理由は、HDD の 3 ～ 5 倍という高コストです。そこで、2022年度に一般研究プロジェクト「冗長コストの低い大規模オールフラッシュクラスタ向け大規模消失訂正符号化技術の研究」に応募し、採択された。これまで提案してきた大規模コーディング技術をSSDに適用し、SSDのコストを大幅に削減し、国内の大規模フラッシュメモリクラスターに重要な技術サポートを提供しました。

高性能コンピューティングの分野では、胡仁重氏は、新世代の高性能コンピューティングシステムの開発が中国のコンピューティング能力を大幅に向上させ、国家発展の戦略的ニーズを満たすだろうと指摘した。しかし、並列コンピューティング システムの規模が数千万コアに拡大するにつれて、プロセッサやメモリの障害が頻繁に発生します。同時に、頻繁な障害によりネットワーク接続が大幅に低下します。そのため、システムの計算、ストレージ、伝送という 3 つの主要なパフォーマンスは、「頻繁な障害」によって深刻な影響を受けることになります。数千万コアの並列コンピューティングシステムの頻繁な障害に対処し、信頼性を確保するには、「大規模並列コンピューティングシステムの頻繁な障害下における主要なパフォーマンス保証」という科学的問題を解決する必要があります。そこで、国家重点研究開発計画「大規模並列計算システムのための信頼性符号化理論と技術の研究」の若手科学者プロジェクトに応募し、承認されて参加することになった。

「頻繁な障害下でのパフォーマンス保証」という重要な科学的課題に対応するため、胡仁重は研究を通じて3つの重要な技術の解決に重点的に取り組みます。大規模並列コンピューティングシステムにおけるノード障害に対する低オーバーヘッドのフォールトトレラント技術により、システム上のノード障害処理のパフォーマンス負荷が軽減されます。大規模並列計算システムにおける低接続性ネットワーク向けの効率的な伝送技術により、低接続性ネットワークでの伝送効率が向上します。大規模並列コンピューティング システムの障害特性に基づいたフォールト トレラント最適化および加速テクノロジにより、システムのフォールト トレランス パフォーマンスがさらに向上します。最後に、関連する結果に基づいて、検証可能な並列コンピューティング システム機能ライブラリ、シミュレーション ソフトウェア、プロトタイプ システムが構築され、それらを変換して実装し、実際の問題を解決しました。

胡仁重氏は、過去 5 年間で、たゆまぬ努力により 50 本以上の論文を発表しており、その中にはコンピュータ学会のカテゴリー A の会議/ジャーナルに 25 本、カテゴリー B の会議/ジャーナルに 15 本が含まれています。この技術は、Hikvision、Huawei、Inspur、ZTEなどの多くの国内企業に適用されています。

需要に基づき、産学連携で変革を推進

胡仁重氏は自身の学歴を振り返り、指導者や学問上の先輩たちに最も感謝している。 「私の博士課程の指導教官である徐銀龍教授は、北京大学数学部を卒業しました。彼の研究は理論に重点を置き、仕事に非常に厳格です。彼は私の厳格で現実的な科学研究スタイルを育んでくれました。香港中文大学では、私の博士課程の指導教官の一人である李百青教授がシステム工学に重点を置きました。彼は研究分野に熱心で、尊敬に値する職人精神を持っています。彼は、研究の深さとエンジニアリング実践の能力に注意を払う習慣を私に育んでくれました。HUSTに来てから、馮丹教授は科学研究に対する私の理解を大きく広げてくれました。彼女の指導のおかげで、私は科学研究作業を総合的に理解し、自立する能力を身につけました。」その結果、胡仁重の科学研究の道は徐々に正しい軌道に乗り、成果を上げ続けました。

胡仁重氏は科学研究のほか、学部長補佐として科学研究と学科建設を担当し、大学が二流大学建設に関連する業務を完了できるよう支援している。同時に、彼は教育にも熱心です。 2015年以来、彼が指導した大学院生は、HUSTの大学院生のための全国奨学金を何度も受賞しています。彼はまた、学生たちを率いて2021年の「ファーウェイ中国大学生ICTコンテスト」のTECH4ALL特別賞（4/50）を獲得した。彼の研究成果であるスマートミュージックグローブは、聴覚障害者が音楽を感じるのを助けることができ、CCTVのインタビューと報道を受けた。さらに、教育および研究プロジェクトに参加し、優秀図書賞の最優秀賞を受賞しました。教育部とアリババクラウド産学協力・共同教育プロジェクトに参加しました。胡仁重氏はその優れた業績により、2022年に華中科技大学の「トップ10若手教職員」の一人に選ばれました。

胡仁重はSF小説を読むのが好きです。彼の心は荒々しい想像力に満ちているが、彼の歩みは非常に堅実である。彼は、SFは現実の技術についての将来の推測を可能にするが、科学的研究はSFの推測の多くを現実のものにすると述べている。 「私が途中で革新にこだわるのは、現実を変えたいからです。」人工知能時代の到来により、ビッグデータセンターもスマートデータセンターへのアップグレードという状況に直面しています。将来のスマートデータセンターの信頼性需要シナリオはどのように発展するでしょうか?胡仁重氏は独自の答えを出した。「過去と比べて、データ保存は安全であるだけでなく、より速く反応し、より効率的に人々とやりとりする必要があると思います。同時に、データ保存の精度は低下するでしょう。」この新たな応用シナリオに直面して、胡仁重氏と彼の同僚は、国家のニーズから始めて、産業界、学界、研究を組み合わせ、行き詰まりを打破するための新たなアイデアを凝縮し、より多くの成果を変換して、国の技術的自立の達成に役立つように、さまざまな準備作業を行っています。