——记中国科学院计算技术研究所研究员陶鼎文

杨 戈  祝传海  谭 凯　　

为梦想归来

——“在国外深造这么多年，回头发现，中国才是成就大事业的地方。”

　　2024年4月，正是北京乍暖还寒的时节，此时传来美国深造工作了12年之久的陶鼎文正式全职回国的消息。风乍起，吹皱一池春水，在原本就不大的高性能计算圈子里引起了不小的反响。

　　很多人，即便是熟识陶鼎文的人，都没有想到他会真的全职回国。在大家眼中，这位自从12年前踏上美国土地，在异国他乡的学术领域里打拼的天才少年，早已成为国际上高性能计算领域年轻一代的佼佼者。在美期间，他先后在加州大学河滨分校、阿拉巴马大学、华盛顿州立大学，以及印第安纳大学学习与任教，长期致力于高性能计算和超级计算机的研究，特别是在浮点数据压缩算法和并行软件方面做出了开创性的工作。3年前，陶鼎文凭借研发的新型数据压缩框架软件“SZ”获得了被誉为“美国科技界的奥斯卡奖”的《研究与发展》杂志R&D100创新奖，他的研究成果广泛发表于高性能计算领域的重要国际会议和期刊上，据权威统计，在过去10年中累计发表的高性能计算领域顶级会议论文数量，陶鼎文排名全球第二。

　　2013年，从中国科学技术大学（以下简称“中科大”）数学系毕业后的陶鼎文，踏上了赴大洋彼岸留学的旅途。这是中科大学子们的常规路线。出国深造是他们追求更高学术水平、开拓更广阔视野的梦想。这和之前坐在冬暖夏凉的教室里学习书本知识大为不同，远赴重洋的异地求学考验的是一个人的综合素养，语言表达、人际交往、承受压力的能力……这一段求学经历，令陶鼎文获益匪浅，在那样一个国际化的平台上，无论是从学科认知还是从眼界开阔上，都对他的人生产生了极其深远的影响。

　　当然，也免不了初来乍到的慌乱和迷茫，幸运地是，在加州大学河滨分校，陶鼎文遇到了自己的博士生导师陈子忠教授。他凭借着扎实的数学基础和计算能力，加入陈子忠的高性能计算实验室团队，这被陶鼎文视为人生的一个关键转折。“陈老师不仅仅是我学术上的导师，我从他身上看到了一位自信的计算科学家的气质，他对我的人生各个方面都产生了巨大的影响。”

　　在陈子忠的指导下，陶鼎文完成了对于超级计算系统化的科研训练。从完全不懂什么是科研、怎么做科研，不懂怎么写论文、怎么发论文，不懂怎么申请项目、申报经费，到独当一面顺利完成科研项目，陶鼎文迅速从一名懵懂的新人成长为实验室的科研骨干。

　　高性能计算是超级计算机通过融合处理能力和存储能力，快速解决科学、工程、商业等不同领域的计算难题和挑战。这是一项战略性的、颠覆性的技术，在促进经济、科学发展和国家安全方面具有重要意义，也是世界各国和企业竞争的前沿热点。

　　在科研的过程中，陶鼎文同美国国家实验室建立起密切的合作关系，包括阿贡国家实验室（ANL）、布鲁克海文国家实验室（BNL）、橡树岭国家实验室（ORNL）和洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）等，陶鼎文的很多项目便是与他们联手合作开展的。“这种机会太难得了，我可以和领域里最先进的思想碰撞，可以利用世界上最尖端的超级计算机来研究最前沿的科学问题，这对我最初走上科研之路的帮助非常重大。”

　　在这些攻坚克难的科研过程中，遇到困难和障碍是再平常不过的事，有时候，会卡在一个难题上很长时间百思不得其解。除了向导师请教之外，陶鼎文还积累了丰富的破解难题的经验。他主张学科研究要跳出原来的思维束缚，“超级计算是个高度交叉的领域，比如你原来是学数学的，但不能光死守着数学知识就成了，还需要懂编程、硬件、系统结构等计算机知识，以及材料、物理、化学等多领域知识。要跳出原先的小学科，进入到大的科学体系里去。”陶鼎文总结道。

　　“我越来越觉得不同圈子的交流是非常重要的。我现在不仅和同一领域的同行们交流，也很关注和相关研究领域的人去讨论和沟通，愿意听一听他们的思路，因为可能在我这里的一些难题，在他们那里早就有了成熟的解决方案。”所以，尽管困难林立，但在陶鼎文的海纳百川之下，打破僵局，跳出桎梏，学科研究上的拦路虎一只接一只地被他降服了。

　　勤勉努力很快让陶鼎文有了回报，一般需要6到7年才能从助理教授晋升到副教授，他4年时间就破格完成了。而由陶鼎文创造性提出并开发的针对多种科学数据压缩技术及软件SZ，被多个世界顶尖科研单位和超级计算中心采用，得到了一致好评。计算机领域的国际最高奖图灵奖获得者杰克·唐加拉（Jack Dongarra）教授也为他点赞，表示陶鼎文的成果“在CPU和GPU上提供高效实现，为减少3D傅里叶变换等通信密集型程序的运行时间带来巨大潜在优势”。

　　11年的时间，一步一个脚印，陶鼎文不仅在异国他乡的学术土壤里扎下了根，用他的能力跻身于高性能计算领域国际研究的前沿行列，用他的表现赢得了世界对于中国科研工作者的尊重，他还与妻子完成了人生大事，组建了美满家庭，拥有了自己的宝宝。可以说，他已经在海外站稳了脚跟，在高性能计算领域处于国际领先地位的美国，他的前途不可限量。所以，大家都认为，陶鼎文没有理由放弃在海外的稳定事业、优渥生活和学术地位全职回国。

　　然而，一腔赤子之心的陶鼎文时刻关注着国内科学事业的发展，他如此拼命地努力工作，倾注了所有精力，内心深处一直怀有一种想将自己在海外所学植根到祖国的土壤之中的夙愿。

　　这些年来，陶鼎文感受到了西方发达国家对中国的科技封锁与围剿，也目睹了中国科技界对于人才的渴求和招募，越来越多重量级的海外人才纷纷回国发展，这些战斗在科研第一线的人才在归国的同时也把国际最前沿的科学技术和科研方法带回。他也一直期待着有一天可以回国贡献自己的一份力量。

　　“一方面我在美国主持和参与的项目经费超过了1700万美元，所研究的成果成功部署在美国E级超算机之上；另外一方面，国内相关的很多关键技术却还在被美国卡住脖子，这让我的内心非常不舒服。”陶鼎文每念及此，“科学无国界，但科学家有祖国”这句话就在他的心中亮起一道光。

　　“这些年来，国内无论是经济，还是科技，发展速度非常快，国内有比国外更好的机会。”陶鼎文对于中国科研的光明前景充满了憧憬，在他看来，随着经济实力的提升和国家对于科技事业的重视，中国的科技必将迎来跨越式的发展。

　　“我想做一些更有意义的事情，发挥更大的作用。”这是陶鼎文发自肺腑的心声。为了“做大事”的理想回到国内，想在祖国的土地上实现自己的抱负，中国科学院计算技术研究所（以下简称“计算所”）为他提供了一个广阔的舞台。

做科研“顶天立地”

——除了理论研究与科学实验，计算是人类认识世界的第三种手段。

　　从海外回到国内，陶鼎文最大的感触就是中国的迅速崛起。过去10年，随着数字化、网络化、智能化的到来，物联网使成千上万的网络传感器嵌入现实世界中，人工智能推动社会自动化、智能化发展，区块链构建了一个可信的价值交互环境，通过互联网、物联网采集到的数据呈现爆炸式的增长。“数字中国”带来变革的同时，也对数据处理的底层技术有着更高的要求。因为数据并不是想用就能用的，还需要通过“存储”“计算”“智能”来对数据进行加工和支撑，从而实现数据的价值。而高性能计算是大数据和云计算等的基础推动力之一。

　　作为高性能计算领域的学者，陶鼎文自然清楚“算力即是生产核心竞争力”的道理，计算科学在国家安全和社会发展的运行中发挥着巨大的基础性支撑性作用。担任过中科大软件学院院长、创建了中国第一个国家高性能计算中心的陈国良院士甚至一针见血地指出：“高性能计算是一个国家重要的武器。衡量一个国家综合实力中的科技实力，就是看高性能计算展现的结果。”

　　由于陶鼎文在专业上的突出表现，在他有了回国意向之初，包括北京大学、清华大学、北京航空航天大学等国内众多顶尖学府都向他抛来了橄榄枝。之所以最终选择计算所，因为这是一个具有光荣历史和传奇色彩的机构，是中国计算机事业的摇篮，成功研制出中国第一台通用数字电子计算机和中国首枚通用CPU芯片。20世纪90年代，计算所专门为研究和开发我国自主的高性能计算机系统成立高性能计算机研究中心，先后完成了曙光1号、曙光1000至曙光6000等一系列高性能计算机系统，屡获国家级奖励，成为国内高端计算机产业的主要技术源头。在陶鼎文的心里，无论是在美国，还是在中国，做科研都要“顶天立地”，一头深深扎根于基础研究，解析世间万物之间相互作用的奥秘；另一头则与国家和社会需求紧密相连，解决工程上广泛存在的一个个实际问题。计算所作为高性能计算的“国家队”，经常有机会牵头和参与到结合国家重大需求的攻坚项目中去，能为中国经济建设、国家安全和社会可持续发展作出实质性的重大贡献。

　　“真正的战士，只有听到了前线的枪声才能感到兴奋。科研工作者也一样，当你攻克了难关，完成了国家交给你的任务，那一刻内心的成就感和满足感是无法用语言来形容的。”陶鼎文介绍说，高性能计算是信息领域的前沿技术，拥有极大的数据存储容量和极高的数据处理速度，强大的算力让它可以完成普通计算机无法处理的庞大数据，在军事、医药、气象、制造业等众多领域发挥着举足轻重的作用。在保障国家安全、推动社会科技进步、促进国民经济发展方面意义重大。

　　随着科技的飞速发展，我国拥有了越来越多的大科学装置，比如500米口径球面射电望远镜（FAST）、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）、高能同步辐射光源（HEPS）、中国散裂中子源（CSNS）等，这些装置每年生成的数据量已达到10PB级别，并预计将增长到100PB级别。但是，这种巨大的数据量为集成这些技术的智能科学工作流带来了诸多挑战，如输入/输出（I/O）瓶颈、显著的存储成本和复杂的AI计算。如何把这些数据非常好存储、备份、转移、使用，解决这些挑战成为世界级的难题。

　　回国之后，陶鼎文马不停蹄地与中国科学院国家空间科学中心、高能同步辐射光源团队、国家天文台等国内多个大科学装置团队取得联系并进行合作。他们针对具体的科学应用和人工智能应用，以及具有不同特征和后期分析需求的数据，使用先进的数据压缩技术以保持数据质量并加速数据访问与处理，围绕着大科学装置和人工智能来建立一套高效的高性能计算、高性能存储系统，服务于这些“国之重器”。

　　习近平总书记一直鼓励科研人员要“把论文写在祖国的大地上”，将先进的科技成果应用在实现现代化强国的创建中。陶鼎文对此深以为然。他明白，核心技术是花多少钱也买不来的，搞科研攻关，总跟在别人的后面永远无法做到超越。尤其是在代表着一个国家尖端科研实力的计算领域，不能依赖国外技术。如果受制于人，将会给国家安全带来巨大的隐患。

　　“真正领先世界的尖端技术，只能靠自己一点一滴地突破、一城一池地攻克！”陶鼎文期望在自己的手中能建立起一个强健的框架，在最小化数据延迟的同时最大化分布式工作流中的吞吐量，从而促进科学研究的快速创新和精确发现。“我希望我的成果，不仅能为上天入地的大装置服务，也能为中国老百姓实实在在地做事，融入国民的生活中，真正地在国民经济和国防安全的主战场上发挥作用。”

　　在高性能计算创新的这条跑道上，陶鼎文有自己的创新想法，他不甘于跟在别人后面做一个跟随者，而要成为一名领跑者。“事实证明，只要我们敢于思考，敢于去创新，敢于去争夺前沿科技阵地，中国人不比欧美人差！”陶鼎文的话掷地有声。

奔跑向未来

——一个成功团队的发展史，必然是一群志同道合者的奋斗史。

　　目前，陶鼎文已经履新半年有余，他对于计算所的学术氛围十分欣然，“计算所有着同国际化接轨的价值体系，有一大批非常有朝气的奋斗者。领导也很开明，从不布置那些琐碎的事情，能让科技工作者心无旁骛地潜心研究。这对于我们这些年轻学者的成长至关重要”。

　　作为一名在海外浸染多年的科学家，陶鼎文有着极其开放的理念和胸怀。他一直强调现在是整合资源的社会，一个人做不了什么大事，必须把大门敞开，同行业之间甚至是跨行业之间进行合作，让新鲜空气流通起来，才会有更多的机会和成就。只有积极合作才能共赢，偏居一隅的闭门造车根本不可能跟上时代的步伐。回到国内之后，陶鼎文也找到了很多志同道合的合作者。

　　一个人走得快，一群人走得远。组建团队的过程，也是一个寻找同路人的过程。在陶鼎文的团队建设计划中，既有“经验丰富的前辈”，又有“并肩作战的战友”，更有“充满朝气的年轻一代”，有了这样老中青相结合的团队构成，尽管面对的目标任重道远、路阻且长，但他始终充满信心。

　　从美国到中国，在陶鼎文看来，硬件上，国内和西方发达国家已经几乎没有太大的差异，唯一的差距在于“软件”。而这里所说的“软件”，即科研人员的学术思想和创新性，这恰恰是科技发展的关键所在。在陶鼎文的头脑中，国家要成为一流的科技强国必须靠人，创新人才是一个国家科研界最珍贵的资源。

　　身为计算科学领域的知名学者，回国之后，除了前沿的科学研究之外，陶鼎文也并没有忘记自己身上所担负的为国家培养人才的重任，让更多有天赋的年轻人热爱计算科学、从事计算科学。陶鼎文一直觉得教师是一个很光荣的职业。他在美国6年的高校工作中，长期教授“高性能计算”“云计算”等课程，有着丰富的科教经验。截至目前，陶鼎文指导博士生16名、硕士生3名。在已毕业的学生中，有的加入了美国著名公立大学计算机系担任教授，有的任职于微软（Microsoft）、英伟达（NVIDIA）等全球顶尖科技公司，均已站稳了脚跟。

　　“任何一个导师都希望能为自己的学生感到自豪。”在陶鼎文心中，身为导师既要“教书”更要“育人”。他希望学生们明白，做学问搞科研不是一种谋生的手段，那样是做不长久的，必须有兴趣和追求在里面。他笃定，研究内容有足够的吸引力，可以使研究者屏蔽掉很多外在的纷扰，能够从中得到最纯粹的喜悦和满足，而不仅仅是把科研当成一份养家糊口的工作而已。“如果你不喜欢，在这个行业里面走下去是很累的一件事，所以我觉得最重要的还不是能力，最重要的是你的热爱。”

　　“在我看来，论文在某个阶段固然重要，但科研工作者绝不能为了发文章而发文章，而是一定能够用来真正解决问题。所以学生们要从象牙塔里走出去，与实实在在的产业需求密切结合，做到学以致用、知行合一。”这也正是陶鼎文过去这些年来，无论在学术研究，还是团队建设上，一以贯之的发展思路。

　　在团队成员的学业或工作遇到阻碍停滞时，陶鼎文会现身说法，用自己的经历为他们解忧，把自己当年掉进去的“坑”一一标注出来，以免身边的年轻人重蹈覆辙，甚至他会陪同学生们一起熬夜改程序中的bug（缺陷）。“作为一个‘过来人’，在团队的年轻人面临难题时，我还是愿意尽可能多地给他们一些有益的建议和帮助，就像自己当年也是受到了导师陈子忠先生，以及很多行业前辈的指点才顺利走到今天一样。”他很希望这种人文关怀能作为一种师道传承下去。

　　海外归来的这半年多时光，对于一个年轻的高性能计算学者而言，可能是陶鼎文最辛苦最忙碌的一段时间，他把所有的精力都花在了如何打磨自己的研究上，目光紧紧盯着国际前沿技术和具有中国自身特色的工程难题。

　　陶鼎文常说，科学领域有很多东西，你知道的越多，就会发现你不知道的更多。这会鞭策着你继续挖掘自己的潜能。无论是科研，还是生活，都不是固定写好的剧本，而是要靠人勇敢地去探索未知的世界，不断地突破和大胆创新。

　　“在科学研究中，我们要去解决一个具体的问题，一定要去做别人做不到的事情，去尝试自己没有用过的方法。去突破自己能力的极限，去和掌握新知识的人交流、合作。”在陶鼎文看来，只有这样，一个研究者也好，一个团队也好，才会变得越来越强大。

　　“人生与科研之路上，会有许多困难和辛苦，正因为艰难，正因为挑战，做科研的人才更应该迎难而上去解决问题。”年轻的陶鼎文有自己的雄心壮志，“既然大家选择了这条路，就要风雨兼程，排除万难地坚持下去。只有经历了风雨，彩虹才更显得美丽。多年之后，它们一定会成为一段非常美好的记忆。”

专家简介

　　陶鼎文，中国科学院计算技术研究所研究员、中国科学院大学教授、博士生导师。曾任美国印第安纳大学终身副教授。获得美国国家科学基金委杰出青年教授奖（NSF CAREER）、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）、国际电气与电子工程师协会（IEEE）高性能计算杰出新人奖、美国《研究与发展》杂志R&D100创新奖、Meta（原脸书公司）研究奖、2024年度中国计算机学会（CCF）高性能计算“青年科技人才”等荣誉。长期从事高性能计算并行算法和软件及大规模深度学习系统研究，已发表高质量学术论文80余篇，其中包括30余篇CCF-A类论文，如发表在全球超级计算大会（SC）、非常大型数据库国际会议（VLDB）、国际数据工程会议（ICDE）上的论文等。