陶鼎文 | 計算的力量

為夢想歸來

——“在國外深造這么多年，回頭發(fā)現(xiàn)，中國才是成就大事業(yè)的地方?！?/p>

2024年4月，正是北京乍暖還寒的時節(jié)，此時傳來美國深造工作了12年之久的陶鼎文正式全職回國的消息。風乍起，吹皺一池春水，在原本就不大的高性能計算圈子里引起了不小的反響。

▲陶鼎文

很多人，即便是熟識陶鼎文的人，都沒有想到他會真的全職回國。在大家眼中，這位自從12年前踏上美國土地，在異國他鄉(xiāng)的學術領域里打拼的天才少年，早已成為國際上高性能計算領域年輕一代的佼佼者。在美期間，他先后在加州大學河濱分校、阿拉巴馬大學、華盛頓州立大學，以及印第安納大學學習與任教，長期致力于高性能計算和超級計算機的研究，特別是在浮點數(shù)據(jù)壓縮算法和并行軟件方面做出了開創(chuàng)性的工作。3年前，陶鼎文憑借研發(fā)的新型數(shù)據(jù)壓縮框架軟件“SZ”獲得了被譽為“美國科技界的奧斯卡獎”的《研究與發(fā)展》雜志R&D100創(chuàng)新獎，他的研究成果廣泛發(fā)表于高性能計算領域的重要國際會議和期刊上，據(jù)權威統(tǒng)計，在過去10年中累計發(fā)表的高性能計算領域頂級會議論文數(shù)量，陶鼎文排名全球第二。

2013年，從中國科學技術大學（以下簡稱“中科大”）數(shù)學系畢業(yè)后的陶鼎文，踏上了赴大洋彼岸留學的旅途。這是中科大學子們的常規(guī)路線。出國深造是他們追求更高學術水平、開拓更廣闊視野的夢想。這和之前坐在冬暖夏涼的教室里學習書本知識大為不同，遠赴重洋的異地求學考驗的是一個人的綜合素養(yǎng)，語言表達、人際交往、承受壓力的能力……這一段求學經(jīng)歷，令陶鼎文獲益匪淺，在那樣一個國際化的平臺上，無論是從學科認知還是從眼界開闊上，都對他的人生產(chǎn)生了極其深遠的影響。

當然，也免不了初來乍到的慌亂和迷茫，幸運地是，在加州大學河濱分校，陶鼎文遇到了自己的博士生導師陳子忠教授。他憑借著扎實的數(shù)學基礎和計算能力，加入陳子忠的高性能計算實驗室團隊，這被陶鼎文視為人生的一個關鍵轉(zhuǎn)折?！瓣惱蠋煵粌H僅是我學術上的導師，我從他身上看到了一位自信的計算科學家的氣質(zhì)，他對我的人生各個方面都產(chǎn)生了巨大的影響?！?/p>

在陳子忠的指導下，陶鼎文完成了對于超級計算系統(tǒng)化的科研訓練。從完全不懂什么是科研、怎么做科研，不懂怎么寫論文、怎么發(fā)論文，不懂怎么申請項目、申報經(jīng)費，到獨當一面順利完成科研項目，陶鼎文迅速從一名懵懂的新人成長為實驗室的科研骨干。

高性能計算是超級計算機通過融合處理能力和存儲能力，快速解決科學、工程、商業(yè)等不同領域的計算難題和挑戰(zhàn)。這是一項戰(zhàn)略性的、顛覆性的技術，在促進經(jīng)濟、科學發(fā)展和國家安全方面具有重要意義，也是世界各國和企業(yè)競爭的前沿熱點。

在科研的過程中，陶鼎文同美國國家實驗室建立起密切的合作關系，包括阿貢國家實驗室（ANL）、布魯克海文國家實驗室（BNL）、橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）等，陶鼎文的很多項目便是與他們聯(lián)手合作開展的。“這種機會太難得了，我可以和領域里最先進的思想碰撞，可以利用世界上最尖端的超級計算機來研究最前沿的科學問題，這對我最初走上科研之路的幫助非常重大。”

在這些攻堅克難的科研過程中，遇到困難和障礙是再平常不過的事，有時候，會卡在一個難題上很長時間百思不得其解。除了向?qū)熣埥讨?，陶鼎文還積累了豐富的破解難題的經(jīng)驗。他主張學科研究要跳出原來的思維束縛，“超級計算是個高度交叉的領域，比如你原來是學數(shù)學的，但不能光死守著數(shù)學知識就成了，還需要懂編程、硬件、系統(tǒng)結構等計算機知識，以及材料、物理、化學等多領域知識。要跳出原先的小學科，進入到大的科學體系里去。”陶鼎文總結道。

“我越來越覺得不同圈子的交流是非常重要的。我現(xiàn)在不僅和同一領域的同行們交流，也很關注和相關研究領域的人去討論和溝通，愿意聽一聽他們的思路，因為可能在我這里的一些難題，在他們那里早就有了成熟的解決方案?！彼?，盡管困難林立，但在陶鼎文的海納百川之下，打破僵局，跳出桎梏，學科研究上的攔路虎一只接一只地被他降服了。

勤勉努力很快讓陶鼎文有了回報，一般需要6到7年才能從助理教授晉升到副教授，他4年時間就破格完成了。而由陶鼎文創(chuàng)造性提出并開發(fā)的針對多種科學數(shù)據(jù)壓縮技術及軟件SZ，被多個世界頂尖科研單位和超級計算中心采用，得到了一致好評。計算機領域的國際最高獎圖靈獎獲得者杰克·唐加拉（Jack Dongarra）教授也為他點贊，表示陶鼎文的成果“在CPU和GPU上提供高效實現(xiàn)，為減少3D傅里葉變換等通信密集型程序的運行時間帶來巨大潛在優(yōu)勢”。

11年的時間，一步一個腳印，陶鼎文不僅在異國他鄉(xiāng)的學術土壤里扎下了根，用他的能力躋身于高性能計算領域國際研究的前沿行列，用他的表現(xiàn)贏得了世界對于中國科研工作者的尊重，他還與妻子完成了人生大事，組建了美滿家庭，擁有了自己的寶寶?？梢哉f，他已經(jīng)在海外站穩(wěn)了腳跟，在高性能計算領域處于國際領先地位的美國，他的前途不可限量。所以，大家都認為，陶鼎文沒有理由放棄在海外的穩(wěn)定事業(yè)、優(yōu)渥生活和學術地位全職回國。

然而，一腔赤子之心的陶鼎文時刻關注著國內(nèi)科學事業(yè)的發(fā)展，他如此拼命地努力工作，傾注了所有精力，內(nèi)心深處一直懷有一種想將自己在海外所學植根到祖國的土壤之中的夙愿。

這些年來，陶鼎文感受到了西方發(fā)達國家對中國的科技封鎖與圍剿，也目睹了中國科技界對于人才的渴求和招募，越來越多重量級的海外人才紛紛回國發(fā)展，這些戰(zhàn)斗在科研第一線的人才在歸國的同時也把國際最前沿的科學技術和科研方法帶回。他也一直期待著有一天可以回國貢獻自己的一份力量。

“一方面我在美國主持和參與的項目經(jīng)費超過了1700萬美元，所研究的成果成功部署在美國E級超算機之上；另外一方面，國內(nèi)相關的很多關鍵技術卻還在被美國卡住脖子，這讓我的內(nèi)心非常不舒服?！碧斩ξ拿磕罴按?，“科學無國界，但科學家有祖國”這句話就在他的心中亮起一道光。

“這些年來，國內(nèi)無論是經(jīng)濟，還是科技，發(fā)展速度非?？?，國內(nèi)有比國外更好的機會?！碧斩ξ膶τ谥袊蒲械墓饷髑熬俺錆M了憧憬，在他看來，隨著經(jīng)濟實力的提升和國家對于科技事業(yè)的重視，中國的科技必將迎來跨越式的發(fā)展。

“我想做一些更有意義的事情，發(fā)揮更大的作用。”這是陶鼎文發(fā)自肺腑的心聲。為了“做大事”的理想回到國內(nèi)，想在祖國的土地上實現(xiàn)自己的抱負，中國科學院計算技術研究所（以下簡稱“計算所”）為他提供了一個廣闊的舞臺。

做科研“頂天立地”

——除了理論研究與科學實驗，計算是人類認識世界的第三種手段。

從海外回到國內(nèi)，陶鼎文最大的感觸就是中國的迅速崛起。過去10年，隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的到來，物聯(lián)網(wǎng)使成千上萬的網(wǎng)絡傳感器嵌入現(xiàn)實世界中，人工智能推動社會自動化、智能化發(fā)展，區(qū)塊鏈構建了一個可信的價值交互環(huán)境，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式的增長?！皵?shù)字中國”帶來變革的同時，也對數(shù)據(jù)處理的底層技術有著更高的要求。因為數(shù)據(jù)并不是想用就能用的，還需要通過“存儲”“計算”“智能”來對數(shù)據(jù)進行加工和支撐，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。而高性能計算是大數(shù)據(jù)和云計算等的基礎推動力之一。

▲陶鼎文與圖靈獎獲得者杰克·唐加拉（左）合影

作為高性能計算領域的學者，陶鼎文自然清楚“算力即是生產(chǎn)核心競爭力”的道理，計算科學在國家安全和社會發(fā)展的運行中發(fā)揮著巨大的基礎性支撐性作用。擔任過中科大軟件學院院長、創(chuàng)建了中國第一個國家高性能計算中心的陳國良院士甚至一針見血地指出：“高性能計算是一個國家重要的武器。衡量一個國家綜合實力中的科技實力，就是看高性能計算展現(xiàn)的結果?！?/p>

由于陶鼎文在專業(yè)上的突出表現(xiàn)，在他有了回國意向之初，包括北京大學、清華大學、北京航空航天大學等國內(nèi)眾多頂尖學府都向他拋來了橄欖枝。之所以最終選擇計算所，因為這是一個具有光榮歷史和傳奇色彩的機構，是中國計算機事業(yè)的搖籃，成功研制出中國第一臺通用數(shù)字電子計算機和中國首枚通用CPU芯片。20世紀90年代，計算所專門為研究和開發(fā)我國自主的高性能計算機系統(tǒng)成立高性能計算機研究中心，先后完成了曙光1號、曙光1000至曙光6000等一系列高性能計算機系統(tǒng)，屢獲國家級獎勵，成為國內(nèi)高端計算機產(chǎn)業(yè)的主要技術源頭。在陶鼎文的心里，無論是在美國，還是在中國，做科研都要“頂天立地”，一頭深深扎根于基礎研究，解析世間萬物之間相互作用的奧秘；另一頭則與國家和社會需求緊密相連，解決工程上廣泛存在的一個個實際問題。計算所作為高性能計算的“國家隊”，經(jīng)常有機會牽頭和參與到結合國家重大需求的攻堅項目中去，能為中國經(jīng)濟建設、國家安全和社會可持續(xù)發(fā)展作出實質(zhì)性的重大貢獻。

“真正的戰(zhàn)士，只有聽到了前線的槍聲才能感到興奮。科研工作者也一樣，當你攻克了難關，完成了國家交給你的任務，那一刻內(nèi)心的成就感和滿足感是無法用語言來形容的?！碧斩ξ慕榻B說，高性能計算是信息領域的前沿技術，擁有極大的數(shù)據(jù)存儲容量和極高的數(shù)據(jù)處理速度，強大的算力讓它可以完成普通計算機無法處理的龐大數(shù)據(jù)，在軍事、醫(yī)藥、氣象、制造業(yè)等眾多領域發(fā)揮著舉足輕重的作用。在保障國家安全、推動社會科技進步、促進國民經(jīng)濟發(fā)展方面意義重大。

隨著科技的飛速發(fā)展，我國擁有了越來越多的大科學裝置，比如500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）、高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）、高能同步輻射光源（HEPS）、中國散裂中子源（CSNS）等，這些裝置每年生成的數(shù)據(jù)量已達到10PB級別，并預計將增長到100PB級別。但是，這種巨大的數(shù)據(jù)量為集成這些技術的智能科學工作流帶來了諸多挑戰(zhàn)，如輸入/輸出（I/O）瓶頸、顯著的存儲成本和復雜的AI計算。如何把這些數(shù)據(jù)非常好存儲、備份、轉(zhuǎn)移、使用，解決這些挑戰(zhàn)成為世界級的難題。

回國之后，陶鼎文馬不停蹄地與中國科學院國家空間科學中心、高能同步輻射光源團隊、國家天文臺等國內(nèi)多個大科學裝置團隊取得聯(lián)系并進行合作。他們針對具體的科學應用和人工智能應用，以及具有不同特征和后期分析需求的數(shù)據(jù)，使用先進的數(shù)據(jù)壓縮技術以保持數(shù)據(jù)質(zhì)量并加速數(shù)據(jù)訪問與處理，圍繞著大科學裝置和人工智能來建立一套高效的高性能計算、高性能存儲系統(tǒng)，服務于這些“國之重器”。

總書記一直鼓勵科研人員要“把論文寫在祖國的大地上”，將先進的科技成果應用在實現(xiàn)現(xiàn)代化強國的創(chuàng)建中。陶鼎文對此深以為然。他明白，核心技術是花多少錢也買不來的，搞科研攻關，總跟在別人的后面永遠無法做到超越。尤其是在代表著一個國家尖端科研實力的計算領域，不能依賴國外技術。如果受制于人，將會給國家安全帶來巨大的隱患。

“真正領先世界的尖端技術，只能靠自己一點一滴地突破、一城一池地攻克！”陶鼎文期望在自己的手中能建立起一個強健的框架，在最小化數(shù)據(jù)延遲的同時最大化分布式工作流中的吞吐量，從而促進科學研究的快速創(chuàng)新和精確發(fā)現(xiàn)?！拔蚁Ｍ业某晒粌H能為上天入地的大裝置服務，也能為中國老百姓實實在在地做事，融入國民的生活中，真正地在國民經(jīng)濟和國防安全的主戰(zhàn)場上發(fā)揮作用?！?/p>

在高性能計算創(chuàng)新的這條跑道上，陶鼎文有自己的創(chuàng)新想法，他不甘于跟在別人后面做一個跟隨者，而要成為一名領跑者?！笆聦嵶C明，只要我們敢于思考，敢于去創(chuàng)新，敢于去爭奪前沿科技陣地，中國人不比歐美人差！”陶鼎文的話擲地有聲。

奔跑向未來

——一個成功團隊的發(fā)展史，必然是一群志同道合者的奮斗史。

目前，陶鼎文已經(jīng)履新半年有余，他對于計算所的學術氛圍十分欣然，“計算所有著同國際化接軌的價值體系，有一大批非常有朝氣的奮斗者。領導也很開明，從不布置那些瑣碎的事情，能讓科技工作者心無旁騖地潛心研究。這對于我們這些年輕學者的成長至關重要”。

作為一名在海外浸染多年的科學家，陶鼎文有著極其開放的理念和胸懷。他一直強調(diào)現(xiàn)在是整合資源的社會，一個人做不了什么大事，必須把大門敞開，同行業(yè)之間甚至是跨行業(yè)之間進行合作，讓新鮮空氣流通起來，才會有更多的機會和成就。只有積極合作才能共贏，偏居一隅的閉門造車根本不可能跟上時代的步伐?；氐絿鴥?nèi)之后，陶鼎文也找到了很多志同道合的合作者。

▲陶鼎文（中）與團隊合影

一個人走得快，一群人走得遠。組建團隊的過程，也是一個尋找同路人的過程。在陶鼎文的團隊建設計劃中，既有“經(jīng)驗豐富的前輩”，又有“并肩作戰(zhàn)的戰(zhàn)友”，更有“充滿朝氣的年輕一代”，有了這樣老中青相結合的團隊構成，盡管面對的目標任重道遠、路阻且長，但他始終充滿信心。

從美國到中國，在陶鼎文看來，硬件上，國內(nèi)和西方發(fā)達國家已經(jīng)幾乎沒有太大的差異，唯一的差距在于“軟件”。而這里所說的“軟件”，即科研人員的學術思想和創(chuàng)新性，這恰恰是科技發(fā)展的關鍵所在。在陶鼎文的頭腦中，國家要成為一流的科技強國必須靠人，創(chuàng)新人才是一個國家科研界最珍貴的資源。

身為計算科學領域的知名學者，回國之后，除了前沿的科學研究之外，陶鼎文也并沒有忘記自己身上所擔負的為國家培養(yǎng)人才的重任，讓更多有天賦的年輕人熱愛計算科學、從事計算科學。陶鼎文一直覺得教師是一個很光榮的職業(yè)。他在美國6年的高校工作中，長期教授“高性能計算”“云計算”等課程，有著豐富的科教經(jīng)驗。截至目前，陶鼎文指導博士生16名、碩士生3名。在已畢業(yè)的學生中，有的加入了美國著名公立大學計算機系擔任教授，有的任職于微軟（Microsoft）、英偉達（NVIDIA）等全球頂尖科技公司，均已站穩(wěn)了腳跟。

“任何一個導師都希望能為自己的學生感到自豪。”在陶鼎文心中，身為導師既要“教書”更要“育人”。他希望學生們明白，做學問搞科研不是一種謀生的手段，那樣是做不長久的，必須有興趣和追求在里面。他篤定，研究內(nèi)容有足夠的吸引力，可以使研究者屏蔽掉很多外在的紛擾，能夠從中得到最純粹的喜悅和滿足，而不僅僅是把科研當成一份養(yǎng)家糊口的工作而已。“如果你不喜歡，在這個行業(yè)里面走下去是很累的一件事，所以我覺得最重要的還不是能力，最重要的是你的熱愛。”

“在我看來，論文在某個階段固然重要，但科研工作者絕不能為了發(fā)文章而發(fā)文章，而是一定能夠用來真正解決問題。所以學生們要從象牙塔里走出去，與實實在在的產(chǎn)業(yè)需求密切結合，做到學以致用、知行合一。”這也正是陶鼎文過去這些年來，無論在學術研究，還是團隊建設上，一以貫之的發(fā)展思路。

在團隊成員的學業(yè)或工作遇到阻礙停滯時，陶鼎文會現(xiàn)身說法，用自己的經(jīng)歷為他們解憂，把自己當年掉進去的“坑”一一標注出來，以免身邊的年輕人重蹈覆轍，甚至他會陪同學生們一起熬夜改程序中的bug（缺陷）。“作為一個‘過來人’，在團隊的年輕人面臨難題時，我還是愿意盡可能多地給他們一些有益的建議和幫助，就像自己當年也是受到了導師陳子忠先生，以及很多行業(yè)前輩的指點才順利走到今天一樣?！彼芟Ｍ@種人文關懷能作為一種師道傳承下去。

海外歸來的這半年多時光，對于一個年輕的高性能計算學者而言，可能是陶鼎文最辛苦最忙碌的一段時間，他把所有的精力都花在了如何打磨自己的研究上，目光緊緊盯著國際前沿技術和具有中國自身特色的工程難題。

陶鼎文常說，科學領域有很多東西，你知道的越多，就會發(fā)現(xiàn)你不知道的更多。這會鞭策著你繼續(xù)挖掘自己的潛能。無論是科研，還是生活，都不是固定寫好的劇本，而是要靠人勇敢地去探索未知的世界，不斷地突破和大膽創(chuàng)新。

“在科學研究中，我們要去解決一個具體的問題，一定要去做別人做不到的事情，去嘗試自己沒有用過的方法。去突破自己能力的極限，去和掌握新知識的人交流、合作。”在陶鼎文看來，只有這樣，一個研究者也好，一個團隊也好，才會變得越來越強大。

“人生與科研之路上，會有許多困難和辛苦，正因為艱難，正因為挑戰(zhàn)，做科研的人才更應該迎難而上去解決問題?！蹦贻p的陶鼎文有自己的雄心壯志，“既然大家選擇了這條路，就要風雨兼程，排除萬難地堅持下去。只有經(jīng)歷了風雨，彩虹才更顯得美麗。多年之后，它們一定會成為一段非常美好的記憶?！?/p>

專家簡介

陶鼎文，中國科學院計算技術研究所研究員、中國科學院大學教授、博士生導師。曾任美國印第安納大學終身副教授。獲得國家級人才項目、美國國家科學基金委杰出青年教授獎（NSF CAREER）、國家級海外青年人才項目、國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）高性能計算杰出新人獎、美國《研究與發(fā)展》雜志R&D100創(chuàng)新獎、Meta（原臉書公司）研究獎、2024年度中國計算機學會（CCF）高性能計算“青年科技人才”等榮譽。長期從事高性能計算并行算法和軟件及大規(guī)模深度學習系統(tǒng)研究，已發(fā)表高質(zhì)量學術論文80余篇，其中包括30余篇CCF-A類論文，如發(fā)表在全球超級計算大會（SC）、非常大型數(shù)據(jù)庫國際會議（VLDB）、國際數(shù)據(jù)工程會議（ICDE）上的論文等。