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教学和科研并重 理论与实践结合——中国科学院院士陈国良专访

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陈国良,1938年生,中国科学院院士,南京邮电大学教授,深圳大学教授,首届全国高等学校国家级教学名师,我国非数值并行计算方向的开创者、并行计算教学体系的奠基者、高性能计算事业的推广者。他在理论研究、工程技术、实际应用和人才培养等方面,为我国并行算法和高性能计算作出了载入史册的贡献,因而获得了CCF终身成就奖(2020年)和CCF杰出教育奖(2013年)。CCCF动态编委对陈国良院士进行了特别采访。


陈国良



陈老师您好!三年前,我曾有幸参加了您80岁的寿辰。能否请您简单回顾一下过去这80多年的人生经历?

陈国良:我对自己的总结可以用两句话来概括:“二十四字人生路,工农兵学商践行”。

“二十四字人生路”是指“亦工亦农,亦文亦武,亦强亦弱,亦硬亦软,亦虚亦实,亦东亦西”。我有着18年的农村生活和8年的工人生活经历,可谓“亦工亦农”;我大半生都从事教学和科研工作,期间去部队当了4年兵,可谓“亦文亦武”;我大学前期学习电力电机等强电专业,后期学习无线电、计算机等弱电专业,可谓“亦强亦弱”;我参加了我国三代计算机硬件的研制,又从事过并行计算的软件设计与开发,可谓“亦硬亦软”;我不仅做计算机科学的理论研究,还服务国民经济主战场,可谓“亦虚亦实”;我在东方和西方发达国家各地奔走,开展并行计算领域的学术交流,可谓“亦东亦西”。

“工农兵学商践行”是指我当过工人、农民、士兵、学者,也办过企业。所以,今天还有人说我是“五像”学者:穿上工服走进车间,像工人;戴上草帽走向田野,像农民;穿上军装下到连队,像战士;打上领带走上讲台,像学者;戴上围裙走进厨房,像主妇。

 

您早期丰富曲折的工农兵生涯,给您后面的计算机科教工作带来了什么影响?

陈国良:我出身于农民家庭,小时候与牛羊为伴,自小学起才开始读书。但我认为,小时候受教育的不同不会成为成才的阻碍。打个比方,大家知道在农村种小麦,最后一批小麦和第一批小麦的播种时间相差了近两个月,但是东南风一刮,两批麦子就一起熟了。

我爱劳动、能吃苦的精神来自从小的农村劳动。巧合的是,正是擅长农活,使我走上了从事计算机研究的道路。1956年我考上上海交通大学电力系,那时全国各个高校都还没有计算机专业。1958年,西迁后的交通大学组织学生帮助陕西阎良农民秋收,我什么农活都做得又快又好,被大家戏称为“生产大队长”,成为被学校点名表扬的十名优秀学生之一。正是由于这个原因,一个月后,西安交通大学抽调30名学生学习当时的尖端新专业——计算机和自动化,把我选上了。

这件事也可以看出,做事不能太功利。闻一多曾引述过一句话:“莫问收获,但问耕耘。”我把这句话写在了座右铭上,自己在后面加了一句“老天不负有心人”。就像我秋收时专心干活,又怎么会想到回来后就被抽调到计算机专业了?

我的部队经历对我的科研生涯也有很深远的影响。1961年,我大学毕业后被分配到部队,先后转战西北、北京、沈阳、广州、福州五大军区。部队生活使得我在日后的工作中养成了行动快、纪律性强、不说废话的习惯。更重要的是,在部队的几年里,我认识到军事发展离不开科技的支撑,科技研究应以实践需求为导向。我曾战斗在炮击金门的第一线,是炮兵中的计算机兵,驻扎在海边的山头上,计算射击诸元参数,然后传送给火炮阵地。当时我国很多军事装备都是落后的,火炮发射需要大量的手工计算,速度慢。所以我研究了炮兵控制指挥仪,通过计算机数字化自动控制火炮发射,提升了发射的速度。这为我积累了宝贵的计算机硬件工程技术经验。

 

所以说,农民的经历让您走上计算机道路,士兵的经历让您走进了计算机硬件方向?

陈国良:可以这样说。我参加过我国三代早期计算机硬件的开发。第一代计算机是我在西安交通大学读书期间,参与了老师领导的电子管计算机的研制,是仿制美国的小型通用磁鼓数字计算机。这使我首次迈进了数字计算机逻辑设计领域。第二代计算机是60年代初我在部队时研制的我国自主设计、具有独立知识产权的军用分立元件晶体管数字计算机。第三代是70年代,我在中国科学技术大学主持设计和研制的中小规模集成电路的小型专用和通用数字计算机。当时我带领团队,边教边学边研究。这款计算机后来用于东方红Ⅰ号和Ⅱ号军用计算机,以及中国科大KD-3计算机的研制中。

正是因为我参与并见证了我国三代早期计算机硬件的发展,在21世纪才能着手研制国产高性能计算机,并取得了一定的成果。

 

您转到计算机专业后一直在做计算机硬件。是什么机遇让您开始转向并行计算理论呢?

陈国良:80年代邓小平同志提出改革开放后,为缩小中国与外国科技水平的差距,国家要派一批年轻人到美国做访问学者,我是其中之一,被派到普渡大学学习了3年。当时华云生教授觉得我的硬件水平比很多教授都厉害,便建议我做些基础理论研究。于是我就开始转向计算机科学理论研究,研究能否将计算机的多种操作并行化。回国后,我发现随着科学技术的发展,国内需要并行计算的领域也越来越多。当时国内很少有人研究并行计算,我便组建团队,着手研究计算机基本操作的并行计算方法,并提出了“非数值计算的并行算法”。所以这一项技术是我从美国带回中国,在中国科大开展研究,再普及到全国的。早期国内关于并行计算的综述性文章大都是出自我们团队。

 

您是怎样一步步将并行计算推行到全国的?

陈国:将并行计算推行到全国主要有三方面。第一方面是出版学术专著。我热爱教育,在我心里,写书而后育人是一件非常高尚的事。为了让更多的人学习并行计算,我出版了并行算法和并行计算系列丛书,包括《并行算法——排序和选择》《VLSI计算理论和并行算法》《并行图论算法》《并行算法的设计和分析》和《并行计算机体系结构》等。后来教育部希望我能将并行计算的教材从深度扩展到广度,使得一般院校的计算机专业都能开设这门课程,所以就有了《并行计算——结构算法编程》。此外我还参编了一系列计算机类的词汇和词典。

第二方面是创办了并行计算课程,形成并行计算完整的科学体系。在教育部的组织下,我每年暑假给全国高校的年轻教师培训,专门讲并行计算,从最早在云南大学、贵州大学、太原理工大学等,扩展到全国范围内培养年轻教师,并在国内多家高校进行并行算法与并行计算的专题演讲,也积极去港澳台等地进行讲座交流。后来我们又为此与国际多所知名高校开展了访问交流活动,以推行并行计算,提高我们在国际同行的学术地位。

第三方面是将并行计算应用到国民经济主战场中,让全国人民感受到并行计算机实实在在的好处。我是安徽人,在我小的时候,我们的校园就在淮河大堤边,每逢狂风暴雨,校园外就是一片汪洋。所以,我在科学治淮上投入了很多时间和精力,利用计算机理论和方法对淮河进行防污防洪调度。

 

您在科学治淮中作出了巨大的贡献,被称为淮堤上的“神算子”。水利部淮委会给中国科大的感谢信中专门指出:“特别感谢陈国良教授项目组,在淮河防洪战斗中亲临防洪调度第一线,提供高性能计算支持,使我们取得了战胜特大洪水的胜利。”能否请您具体介绍一下相关工作?

陈国良:科学治淮,实际上是指在汛期时合理地调度行洪区和蓄洪区,降低洪水带来的损失。因此我们围绕“如何利用高性能计算的手段使淮河上游不同地点的水库在不同时间开放不同的流量,以减轻淮河主河道的水流压力”一事主要做了两方面的工作。一是确定淮河的边界条件:因急于发展经济,淮河沿途被人为挖出多条支流。为确保调度准确,我们一边在后台进行高性能计算以提供技术支撑,推算水库调度的理论方案;一边到淮河流域现场勘测,在国家防办和安徽政府的配合下修复淮河不合理的边界条件,并重新模拟推算。二是修复气象模型:为了计算江淮气旋对淮河的影响,我带领团队着手研究世界气象组织的MM4模型,不仅修复了代码,还将模型并行化运行在国产曙光机上,为淮河灾害性气象预报作出了贡献。

除了治淮,我还做了桥梁安全检测、气象预报、石油勘探、交通管控等一系列数字化建设工作。我牵头研制了我国首台基于国产CPU的万亿次高性能计算机KD-50,并通过改进计算节点的设计、提高系统主频、采用纠错能力更强的存储芯片、改进机器结构布局等,使KD-50的整机性能得到了大幅度提升,运行更加稳定可靠,实地应用在合肥市城市路口交通灯管控和交通道路的全盘规划业务中,效果良好。

 

您刚才回顾了从改革开放至今并行计算方面的工作。这些工作目前在国际上处于什么位置?

陈国良:我国并行计算这门课在国际上的起步是很早的,比较领先。何以见得?澳门大学和美国一些很好的大学曾请我去讲授这门课。我写的《并行计算——结构算法和编程》教材也是比较早的,同期国际上没有类似的教材。这本书是把《并行算法设计和分析》《并行体系结构》和《并行编程》三本书综合在一起,对内容进行了扩展,并且更加简明,使大部分学校都能开设这门课程,也不需要办训练班了。

 

您是我国非数值并行计算的先驱,也是一位伟大的教育工作者。我们看到一个这样的现象,很多教师(尤其是青年教师)生存压力较大,只能将多数时间用于科研而忽略了教学。作为少有的既是院士又是教学名师的教授,您是怎么做到科研和教学的平衡的呢?

陈国良:科研和教学的矛盾总是存在的,我早期也遇到过这个问题。我在大学工作,理应把教学放在第一位,同理,如果我在研究所工作,肯定要把研究放在第一位。在大学里,如果经常因为科研任务出差便请假不去上课了,那绝对是教育事故,这一点我分得很清楚。

至于怎么平衡教学与科研,我的处理方式与中国科大的教学环境有关。科大的学生基础素质较好,相比于教学内容的深奥难懂,他们更担心老师照本宣读,让人毫无兴趣。因此我每堂课只有2/3的内容是课本里的知识,剩余1/3的内容都是新知识,侧重学科前沿方面。通过讲授前沿的知识将教学与科研结合起来。所以首先要坚持给本科生上课,其次讲课的内容要“年年讲、年年新”,绝对不能照本宣读。这样既能做前沿的科学研究,又能保证教学工作的正常进行。

 

您对很多青年学生、教师的培养倾注了大量心血,培养了很多计算机事业的中坚力量,不仅包括多位国际知名的科学家,甚至还有杨元庆、陈友和陈天石这样的上市公司董事长。您为什么会把培养人才放到这么重要的位置上?

陈国良:人是学而知之,而不是生而知之,没有老师怎么学呢?有一年在座谈会上,谷超豪的老师苏步青先生说:“我的学生谷超豪在很多方面已经超过我了。但是有一点,谷超豪没有超过我,那就是他还没有培养出来像谷超豪似的学生!”他的话赢得了大家的热烈鼓掌。这句话太伟大了。

我一直觉得教师是一个很光荣的职业。等到我这个年纪,回想起年轻时候的争强好胜、为了申请项目和奖项东奔西跑时才发现,项目和奖项也只对当时的一两年有影响,但是培养出一个好学生,心中的自豪感是任何科研成绩都不可比拟的。有什么事业比培养人才还伟大呢?正是因为这样,我非常热爱教育,希望尽量能把我所学的知识、研究的方法和做人的道理都教给他们,毕竟未来国家的科技发展及产业应用还会交到他们这一代人的手里。

 

您在学生培养上有什么诀窍吗?

陈国良:我当了一辈子的老师,对学生的要求既严格又宽容。严格是指对于该学会、该练习的知识,学生必须认真对待;宽容是指年轻人难免有一些小问题,比如说逃课、上课打瞌睡、交头接耳、不认真听讲等,我对这些都很宽容,因为我相信年轻人总有浪子回头的一天,“树大自直”就是他们的写照。

 

现在的科研人员比起您年轻的时候有了更好的物质条件,您觉得这一代青年科研人员是不是已经达到了您对他们的期待呢?您对他们有什么建议吗?

陈国良:整体来说,现在的年轻一代在知识结构、学术影响等方面都比以前好很多。但是存在一种现象:追求光环和帽子。南京邮电大学校园里有一句习近平总书记的话:“青年时代,选择吃苦也就选择了收获,选择奉献也就选择了高尚。”所以我希望年轻人要有爱国情怀,坚持科研服务于祖国的初心,而不是片面地追求功利。另一方面,希望现在的年轻人在科研上不吝施教。高校的教师要注重培养学生,研究所的研究人员要勤于交流分享,这样才能把科学成果一代代传承下去。

借此机会,我还想再强调一下爱国情怀的重要性。我一直宣传推广国产高性能计算机及并行应用,为振兴民族计算机事业作贡献。我的内心一直有一个理念:“替民族计算机产业呐喊,为民族计算机产业践行。”国产的东西,不怕不好用,就怕不去用。因为没有一个东西刚做出来就是非常完美的,不好用可以改,越改就会越好。如果因噎废食不去用,就没有希望了。面对当前美国对我国计算机技术的重重封锁,青年科研人员更要奋发图强、自力更生。


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