陳國良(1938—)
并行算法和高性能計算專家,中國科學院院士,首屆國家級教學名師,中國科學技術大學教授,國家高性能計算中心(合肥)主任,大數據系統計算技術國家工程實驗室負責人。
1938年出生于安徽潁上,1956年考入交通大學電力系,1958年轉入無線電系計算數學與計算儀器專業。1961年畢業后從軍入伍,1965年轉業到太原785廠,1973年到中國科學技術大學任教。主要從事并行算法、高性能計算及其應用等領域研究,是我國非數值并行算法研究的學科帶頭人。曾獲國家科技進步獎二等獎、國家級教學成果獎二等獎、教育部科技進步獎一等獎、水利部大禹水利獎、安徽省重大科技成就獎、中國計算機學會終身成就獎等。2003年11月當選為中國科學院院士。
陳國良在部隊時期。
陳國良的書法作品。
陳國良(左三)與團隊在淮河水利委員會大院合影。
中國科學院院士陳國良是我國非數值并行算法研究的學科帶頭人,也是我國首屆國家級教學名師獎獲得者。他這樣概括自己的人生經歷,“亦工亦農,亦文亦武,亦強亦弱,亦硬亦軟,亦虛亦實,亦東亦西”。
這短短的24個字何解?亦工亦農——18年農村和8年工廠經歷;亦文亦武——早年當了4年兵,此后大半生都從事教學和科研工作;亦強亦弱——大學前期學習強電專業,后期學習弱電專業;亦硬亦軟——參與了我國三代計算機硬件的研制工作,又從事過并行計算軟件的設計與開發;亦虛亦實——不僅做計算機科學的理論研究,還服務國民經濟主戰場;亦東亦西——在東西方國家奔走,開展并行計算領域的學術交流。
1艱難求學,成為國內培養的第一屆計算機專業學生
20世紀30年代末,陳國良出生在皖北的一個小村莊——安徽省阜陽市潁上縣陳大圩村。當時正值日本侵略軍轟炸潁上,家人將剛出生不久的陳國良藏進了蘆葦蕩中,方才躲過日軍的掃蕩。與此同時,花園口決堤,黃河水“奪潁入淮”,潁上縣境內全部受災。陳國良一出生就遭遇了雙重災難。
像生活在此的莊稼人一樣,陳家世代農耕。陳國良從小就與草木牛羊為伴,嬉戲于田埂村巷,雖褐衣蔬食,但別有一番樂趣。在這樣的環境里,陳國良對農活非常熟悉,犁地、播種、收割等樣樣都會。
1945年,陳國良到了上學的年紀。陳國良的外公是名老中醫,為人開明,他認為應該送陳國良去讀“洋學堂”而不是私塾,這樣才能接受新式教育。
在小學里,陳國良全面發展,各科成績均優。他曾代表陳大圩小學參加每年一次的鄉鎮各小學統一會考并一舉奪魁。在潁上縣解放后的第一個兒童節,陳國良還曾作為代表在全鎮慶祝大會上演講。
1951年春,陳國良考入潁上縣立中學第一屆春季班,提前進入初中。學校離家20多公里,陳國良只能住校,由于經常交不夠每月的伙食費,只好自己帶點干糧度日。盡管生活艱苦,陳國良仍積極參加校園文化活動,包括合唱團、集體舞班等,還在運動會上獲得過擲手榴彈項目第二名。
1953年,因成績優異,陳國良僅讀了兩年半初中就再次提前畢業。他本意報考師范學校以盡快出來工作減輕家庭負擔,沒想到因為中考成績優異被鳳臺中學提前選中。鳳臺中學教導主任劉式漢為陳國良爭取到每月4.5元的生活補助,才讓他勉強上得起學。
1956年陳國良高中即將畢業,在填報志愿時他仍想報考師范類院校,但在班主任李超群老師的建議下,改為報考交通大學,并順利考入交通大學電力系工業企業電氣化專業。到校不久即隨校西遷到西安。
在工業企業電氣化專業就讀期間,陳國良學習了電力拖動專家嚴晙先生的電力拖動、電機工程專家鐘兆琳先生的電機學等大師課。他還曾到發電廠、電機廠、高壓及配電站現場實習,接受了嚴格的工程技術訓練,體驗了工地和車間的生活。
1958年底,學校新辦計算機專業,抽調在校生就讀,陳國良因勞動表現優異被列在其中,成為國內培養的第一屆計算機專業學生。
在大學里,除了接受良好的專業基礎課教育外,陳國良還參與了老師領導的第一代電子管計算機硬件的研制工作。該機是仿制美國LGP-30的小型通用磁鼓數字計算機。陳國良主要學習了LGP-30控制器的設計,這讓他邁進了“數字計算機邏輯設計”領域,受益匪淺。
2幾經坎坷,36歲站上大學講臺
成為一名教師是陳國良年輕時的心愿。在實現這個心愿之前,他經歷了4年部隊生活和8年工廠生活。
1961年,陳國良從西安交通大學畢業后被分配到部隊。當年10月他到遼寧省沈陽市參加集訓,之后正式到中國人民解放軍炮兵科學技術研究院工作。一名大尉帶領著包括陳國良在內的3名剛畢業的大學生,組建了火炮指揮儀研制籌備組,開展了炮兵數字指揮儀的前期研究。
1962年下半年,陳國良被派到廣州軍區炮兵司令部工作。他以軍方代表身份參加了廣州軍區炮兵司令部委托中山大學研究火炮指揮儀的項目。在中山大學,陳國良主持了采用磁芯存儲器和鍺晶體、硅晶體以及從蘇聯進口的分立元件晶體管數字計算機的設計和研制工作。該機是我國自主設計、具有獨立知識產權的軍用分立元件晶體管數字計算機。
從廣州軍區回到北京不久,陳國良又被下放到福州軍區鍛煉。作為一名“計算機兵”,陳國良駐扎在海邊的山頭上,負責借助收集的氣象等數據計算射擊諸元,然后傳送給前線炮陣地控制火炮發射。閑暇時間,陳國良主動教授部隊的戰士文化知識,并因此獲得了部隊的嘉獎。
1965年,全軍13萬名科研人員集體轉業到地方。陳國良被分到太原785廠的設計所,成為工廠大家庭中的一員。1968年,陳國良參與研制了“東方紅一號”數字指揮儀,該指揮儀在位于吉林省白城市的國家靶場順利通過打靶試驗。同年,陳國良參與研制的雙37高炮指揮儀也順利武裝到部隊。
不過,當時的大環境讓他們的業務工作無法繼續開展,陳國良開始和情報資料室的工作人員一起翻譯英文專業書籍,陸續翻譯并出版了《晶體管開關電路的設計和應用》《邏輯設計手冊》《邏輯電路手冊》等。
這段從軍隊到工廠10余年的不凡經歷,對陳國良后續的科教生涯有深刻的影響。軍旅生活讓他養成了遵守紀律、艱苦樸素等好習慣,更讓他認識到科技研究應以實踐需求為導向。而工廠生活則提升了陳國良的動手能力,讓他真切體會到何為“工匠精神”。
1970年10月,中國科學技術大學(以下簡稱中國科大)南遷至合肥辦學。搬遷過程中,學校圖書、器材等受損,師資力量不足。但對于陳國良來說,這正是一個“機緣”,加之對安徽這片故土的向往,他決定調往中國科大。
從工廠到學校,在那個年代無疑是“不明智”的,但陳國良仍然作了這一“冒險”的決定。1973年8月,申請調動成功的陳國良到中國科大“六系”——無線電電子學系擔任助教,在36歲這一年實現了自己十幾歲時夢想從事的職業。
進入中國科大后,陳國良面臨諸多困難和挑戰。首先是學校第一屆工農兵學員的教學任務。由于身份特殊,這批學員知識水平參差不齊。鑒于此,陳國良將他在太原785廠的工作經歷轉化為課堂上的操作實踐,在1974年到1975年期間帶領工農兵學員成功研制出中小規模集成電路的KD-3小型計算機,該機在當時被用在中國科大的教研工作中。
其次,陳國良擔任了專業英語課程的教學。由于此前并未專門學過英語,陳國良有不小的壓力。但他并沒有輕易放棄,機緣巧合之下,與外語系兩位老師結成“互助學習小組”——他教兩位老師打太極拳,兩位老師教他英語。為此,陳國良常常扛著一臺老式錄音機,日日錄音、跟讀,英語水平很快得到了外語系專業老師的認可。
之后,陳國良一直保持學習英語的習慣。除了基礎英語外,他還特別學習了計算機專業英語,大大小小的筆記本記了十幾本。
在中國科大教課不久,陳國良的課堂就被列為示范教學,他也被學校評為優秀教師,獎勵了一個公文包。這個包陳國良縫縫補補使用了30多年,成為他執教生涯的最好見證。
3上下求索,44歲開啟科研新篇章
1978年,改革開放的春風拂遍神州大地。中國科大在全國大學中率先采取“自由報名、群眾推薦、統一考試、擇優錄取”的原則選派一批老師去國外學習訪問。陳國良被教研室推薦至學校,并在英語考試中得了全校第二名,獲得出國訪學的機會。
1981年,44歲的陳國良乘坐前往美國的航班,開啟了科研的新篇章。到美國后,陳國良輾轉至普渡大學,聯系上華人教授、模式識別專家傅京孫先生,被其引薦至另一位華人教授華云生處。那時華云生剛到普渡大學不久,比陳國良年輕十余歲。
正是通過華云生,陳國良接觸到“并行選擇與排序算法”這一研究方向。陳國良具備較強的動手能力,但并行算法的研究需要更多的理論知識支撐,這正是陳國良薄弱的地方。在普渡大學的圖書館,陳國良從最簡單的關鍵詞開始查起,在啃資料的過程中,逐漸摸索厘清了并行算法的大致內容。
回國后,陳國良與華云生將其在訪美期間的研究成果整理編寫為A partitioning approach to the design of selection networks(《一種選擇網絡設計的劃分方法》)一文,發表在IEEE Transactions on Computers上。陳國良成為了那批訪問學者中首位在IEEE匯刊上發表論文的學者。
在國外對并行算法的研究讓陳國良發現,相較于只能按照固定步驟一步一步處理問題的串行算法,并行算法可以利用多臺設備對問題進行聯合求解,極大增強了計算機的處理性能。
不過,當時國內對并行算法所知甚少,更別提開設相關課程,陳國良一心想改變這種現狀。“美國有最先進的教材,但我們要遵守諾言,完成祖國交給的任務,按時歸來”,完成訪問的陳國良與中國科大同一批出國的幾位老師都回到了祖國。
回國后,陳國良率先開辟了國內非數值計算的并行算法這一研究領域,帶領團隊從排序和選擇這兩種基本網絡實現方法入手,在分組選擇網絡、遞歸選擇網絡、雙調選擇網絡等領域發表了一系列文章,開國內學術界之“先聲”。隨后陳國良把研究領域逐漸拓展到超大規模集成電路和并行圖論算法兩個方向,同樣形成了諸多研究成果。
多年來,陳國良帶領團隊逐漸形成了“算法理論-算法設計-算法實現-算法應用”一套完整的并行算法學科體系,提出了“并行機結構-并行算法-并行編程”一體化的并行計算研究方法,開創了我國非數值并行算法教學與研究的先河。為推廣并行計算,陳國良相繼撰寫出版了“并行算法”和“并行計算”兩套系列叢書,在教育界和學術界頗有影響。
科研之余,陳國良不忘教書育人的初心,即使擔任系主任等行政職務,也從未間斷過給學生上課,講義已經積累了近30本。由于長期在教學一線且深受學生喜愛,2003年,陳國良被評為首屆國家級教學名師。同年,陳國良被增選為中國科學院院士。
4學以致用,被稱為淮河大堤上的“神算子”
在推動計算機學科建設和自身學術科研過程中,陳國良始終懷揣愛國情懷,他認為“發表論文不是我們高校的唯一指標,我們必須面向國家實際需求”,并堅持將并行計算應用到國民經濟主戰場中,讓普通大眾從中切實受益。
20世紀90年代,陳國良開始關注高性能計算。1995年,陳國良帶領團隊率先創建了我國第一家國家高性能計算中心。在購置設備時,相比性價比更高的國外產品,陳國良堅持選擇國產“曙光”系列并行機,提出“國產機不怕不好用,就怕你不用”。
在這之后,陳國良更加堅定了“為推廣國產并行機應用服務,替振興民族計算機產業踐行”的想法,帶領國家高性能計算中心的研究人員研制了基于國產龍芯CPU的KD、SD系列的高性能計算機,支撐了先進高性能計算機的中國制造。
20世紀末,伴隨著國家現代化建設的加快,許多重大工程都需要收集大量數據并進行精確計算。陳國良常常帶領團隊堅守在一線,為破解各個領域的復雜難題貢獻智慧和力量。
這里特別要提到淮河水災治理。陳國良一直渴望為家鄉父老鄉親做些事情,淮河流域頻繁發生的洪澇災害讓他找到了切入口。為此,他先后5次到安徽蚌埠與水利部淮河水利委員會(以下簡稱淮委)接洽,表示自己不計報酬、自帶設備、自籌經費,并不厭其煩地教他們使用并行機。
陳國良的舉動最終打動了淮委。靠著駐扎現場獲取的一手數據,陳國良帶領團隊以削峰、錯峰調度為目標,以“曙光1000”作為服務器,將氣象預報、水情分析、洪水預警、水庫調度等有機結合,為淮河流域防洪調度決策工作提供計算支持和科學依據,因此被譽為淮河大堤上的“神算子”。陳國良與淮委合作研制開發的“安徽省防災減災智能信息與決策支持系統”榮獲2001年度國家科技進步獎二等獎。
除了治淮外,陳國良在服務國民經濟方面還做了氣象預報、橋梁安檢、石油勘探、交通管控等一系列工作。“學以致用,到生產第一線,為國民經濟主戰場服務。”他始終在踐行大學畢業時就立下的志向。
2008年以后,陳國良先后到深圳大學、南京郵電大學任職。在深圳大學,陳國良出任計算機與軟件學院創院院長,從零開始引進人才、發展科研,幫助深圳大學完成科研平臺從市級到省級再到國家級的“三級跳”,學科的國際、國內排名連年提升。
在南京郵電大學,陳國良提出3C融合(Computer、Control、Communication)的特色學科發展策略,并在科研上積極與紫金山天文臺、曙光公司等合作,共同研制“天文大數據一體機”,為我國“悟空號”衛星的數據分析提供支持。
奔走一生,陳國良最終回到了合肥,回到了中國科大,參與到處理器芯片全國重點實驗室的建設中,在中國科大的科研平臺建設和青年人才培養等方面繼續發光發熱。他的思想從未停止前進,這時的陳國良將關注點著重放在計算思維上,呼吁將計算思維充分運用在教學與科研工作中,從更高層面廣泛傳播計算科學的魅力。
(王丹系南京大學校史研究室助理館員,尹貝系南京大學信息管理學院碩士研究生,顏祥林系江蘇省蘇科創新戰略研究院兼職研究員)
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