亚马逊云科技案例研究：陕西科技大学

“使用亚马逊云科技最大的好处就是方便快捷效率高。研究团队使用 Amazon SageMaker 处理 Amazon S3 上的数据，数据存取速度比使用本地实验室算力提高了 10 倍，让整个研究项目的实验时间缩短了三分之二，研究总周期减少了一半。”

 齐勇 陕西科技大学 皮肤听声项目研究团队负责人

陕西科技大学是我国西部地区唯一一所以轻工为特色的多科性大学，创建于 1958 年，是国家“中西部高校基础能力建设工程”建设高校，“十二五”期间陕西省重点建设的高水平大学，陕西省人民政府与中国轻工集团公司共同建设的重点高校。目前学校有专任教师 1200 多人，具有高级专业技术职称的近 600 人；有全日制各类在校学生 21,000 多人，其中博士、硕士研究生近 3000 人。图书馆藏书近 200 万册。

陕西科技大学现有西安未央校区、太华路校区和咸阳校区三个校区，设有轻工科学与工程学院、材料科学与工程学院、环境科学与工程学院等 13 个学院（部）。2017 年 1 月，材料科学学科进入 ESI 全球排名前 1%，迈入国际一流学科行列。

业务需求与挑战

要建设一流的大学，就离不开信息化和智能化的支持。近年来，陕西科技大学一直重视 IT 基础设施升级以及实验室基础能力的提升，从 2018 年开始，陕西科技大学与亚马逊云科技进行了诸多合作，利用云计算能力助力校园信息化建设和科研，取得了丰硕成果。

科研创新方面，陕西科技大学一开始使用本地算力、自建机器学习环境来支持研究皮肤听声项目的延伸课题——人类脑部活动研究。皮肤听声是通过声电转化，将声音信号转化为电流，刺激人体皮肤，信息反馈到相关的大脑功能区，实现听声效果。项目组利用开源的功能磁共振图像数据集，对大量的脑部磁共振图像进行可视化分析。具体的分析过程中，需要分批获取原始数据集，对原始数据集进行数据预处理，汇入标准数据集，将标准数据集输入卷积神经网络，输出可视化的结果。利用学校实验室的算力来处理这些数据之前，需要花费很多时间搭建和配置机器学习环境；在开始处理数据之后，面对超过 10TB 的数据，实验室的本地工作站犹如小马拉大车，速度往往以周计算。于是，研究团队决定寻找更高效的方式，以期解放研究人员的精力。

IT 基础设施方面，陕西科技大学早期自建数据中心采用虚拟化技术构建，运行着超过 100 台虚拟服务器来支持校务信息化的不同应用模块与服务。2017 年 12 月，在一次由于校园考试高峰流量冲击引起的 IT 事故中，陕西科技大学应用技术部的 IT 运维团队意识到了传统信息化建设方式存在的瓶颈，传统数据中心成本高昂，运维压力大，并且缺乏弹性与可靠性。如果要继续保持系统的稳定运行，需要投入大量的资金，并且学校与企业不同，采用严格预算制度的学校很难针对突发状况拨出额外的资金支持。伴随着学校的移动服务平台，以及新版一卡通等应用的上线，新业务部署需要花费 IT 团队较多的精力，从硬件、软件、系统方面进行部署和调优。因此，学校的 IT 团队需要探索全新的 IT 资源配置方式。

为什么选择亚马逊云科技

在选择云服务提供商时，陕西科技大学对市场上的多个品牌进行了细致的对比，最终选择了亚马逊云科技。之所以做出这样的选择，正是看中了亚马逊云科技在以下几方面的优势：

高效便捷的机器学习平台

亚马逊云科技的核心优势是持续的技术创新，Amazon SageMaker 则是这一优势的最好体现。借助 Amazon SageMaker，陕西科技大学可以享受端到端的机器学习服务，无需自行搭建机器学习环境，且可以快速轻松地构建和训练机器学习模型，然后将它们直接部署到生产就绪的托管环境中。陕西科技大学的科研项目需要存储和处理超过 10TB 的海量数据，极大地提升了数据存储和处理的效率，解放了研究团队的大量精力。

按需付费的 IT 资源以及丰富的自动化运维工具

亚马逊云科技在中国拥有由光环新网运营的亚马逊云科技中国（北京）和由西云数据运营的亚马逊云科技中国（宁夏）两个区域，内容分发效率高。借助亚马逊云科技，陕西科技大学无需预置 IT 资源，可按需付费且享受良好的扩展性，同时平台拥有丰富便捷的自动化运维工具，可覆盖从运行监控、问题检测到健康程度可视化的全流程需求。除此外，借助云上托管的Amazon Relational Database Service (Amazon RDS)for Oracle，陕西科技大学得以快速部署 Oracle Database。而所有存储在亚马逊云科技平台上的数据，均有数十项合规认证以及高度安全的亚马逊云科技区域做保障，很好地满足了陕西科技大学对于数据安全性和隐私保护的要求。

专业可靠的服务

亚马逊云科技可以提供符合陕西科技大学校务信息化运营的高水平服务，让其可以获得从本地数据中心到云上迁移的充足技术支持，同时亚马逊云科技通过 Amazon Academy 项目将自身的经验和技术与教育机构客户进行分享，借助免费的亚马逊云科技专业学习，陕西科技大学师生有机会通过实践经验获得云计算技能，提升自身竞争力。

获得的收益

通过使用亚马逊云科技的产品和服务，陕西科技大学升级了传统陈旧的本地数据中心与虚拟化平台，并提升了科研基础能力。其所获得的收益来自以下几个方面：

提升数据存取与处理效率，缩短研究和实验周期

首先，使用亚马逊云科技的云上算力进行数据处理，不仅节省了长达数周的数据下载时间，而且通过使用 Amazon SageMaker 机器学习平台，不需要自己搭建机器学习环境，既省时也省力。研究团队使用 Amazon SageMaker 处理 Amazon S3 上的数据，数据存取速度比使用本地实验室算力提高了 10 倍，并仅用 3 个多月时间，就处理完成了包括 1200 份受试者数据的开源数据集，获得了解码精度达 88.7%脑功能区可视化数据，让整个研究项目的实验时间缩短了三分之二，研究总周期减少了一半。其次，运用基于注意力模型的深度学习计算机视觉分析技术，与现有的医疗影像分析框架相结合，将大脑图像信息快速解耦，分离得到脑部的拓扑功能分配机制，分析大脑皮层功能区域的变化特点，有助于识别各类脑疾病，判断病灶部位，并对进一步了解脑部功能机制提供非主观可重复实验的数据样本。研究团队负责人齐勇博士说到“使用亚马逊云科技最大的好处就是方便快捷。不仅能快速准备好海量数据，而且由于使用 Amazon SageMaker 开展机器学习，不用自己搭建机器学习环境，数据的处理均可以在云上进行，从而解放了团队大量的精力。在 2020 年疫情期间，研究团队不用集中到实验室，通过远程即可实现协作，真正做到让团队专注于研究项目上，节省了大量的宝贵时间” 。

大幅降低 IT 资源成本和 IT 运维工作量 

在采用亚马逊云科技之后，陕西科技大学可以采用按需使用，按用量付费的方式来使用 IT 资源，而无需像传统本地虚拟化环境那样事先采购软硬件，并对容量做出规划。

“亚马逊云科技不仅提供了各种托管服务，也提供了自动化运维和部署工具。我们可以使用 Amazon CloudWatch 简单直观地监控应用程序、了解和响应系统范围的性能变化、优化资源利用率，并在统一视图中查看运营状况。以前我们需要 4 个人来管理本地虚拟化环境；在使用亚马逊云科技服务后，我们只需 1 个人对服务进行监控，即可保障环境的稳定运行。”

如图 1 是陕西科技大学基于亚马逊云科技的系统架构示意图，所使用的亚马逊云科技服务包括：Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2)、Amazon Simple Storage Service (Amazon S3)、Amazon Storage Gateway、Amazon Database Migration Service、Amazon RDS for Oracle、Amazon CloudWatch等。

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图 1 陕西科技大学基于亚马逊云科技的架构图

高效无缝迁移上云，在教学实践中引入云计算知识

借助亚马逊云科技 Storage Gateway 所提供的压缩和带宽管理能力，陕西科技大学得以快速完成数据迁移上云。同时，陕西科技大学借助 Amazon DMS 在云上建立了一套校园一卡通平台的热备数据库，最大程度地避免了依赖该数据库的一卡通核心应用程序的停机。此外，亚马逊云科技也让陕西科技大学可以用创新的云技术促进教研与课程改革，提升毕业生的核心竞争力。学校应用技术部计划与各学院展开合作，在大学计算机课程中引入最新的云计算知识，结合动手实践能力的培养，让学生获得完整的云计算技能与认证。陕西科技大学信息与网络管理中心应用技术部陈峰说，“学校本身具有一套部署在亚马逊云科技上的校务服务生产环境，结合 Amazon Academy 所提供的内容，我们能够在教学实践中缩短行业与高校之间的差距，学生可以更加直观地了解云计算的价值，让我们的学生可以在未来的职场中更有信心地利用云技术，为他们开拓更广阔的就业和创业机遇。”

展望未来

未来，陕西科技大学计划将学校的教务、科研计划等应用迁移到亚马逊云科技上，并积极采用 Amazon Lambda 实现无服务器化的应用部署。届时，学校只需将新应用的代码上传即可实现云端运行。此外，随着陕西科技大学对亚马逊云科技服务应用的不断深入，双方将继续在云计算技术支持学校 IT 创新、教学科研等多个领域携手合作，以亚马逊云科技前沿的云计算经验与技术助力高校学生的创新与创业，为西部地区的高等教育发展提供动力。