譚光明 無(wú)限“曙光”在險(xiǎn)峰

王碧清

得知榮獲“全國(guó)向上向善好青年”（創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)）的榮譽(yù)，譚光明還是很感欣喜、意外與感動(dòng)?！斑@不僅僅是榮譽(yù)，還有一份個(gè)人的自我滿足和成就感。特別感謝大家的支持，也很感恩自己的工作被單位的推薦和認(rèn)可。另外，感受很深刻的一點(diǎn)是，不管做哪個(gè)行業(yè)，只要兢兢業(yè)業(yè)，一直踏實(shí)工作，一定會(huì)得到認(rèn)可。”

譚光明從一名研究員，成長(zhǎng)為中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所高性能計(jì)算機(jī)研究中心主任，已攀登高性能計(jì)算機(jī)研究的“險(xiǎn)峰”十余年。這當(dāng)中既有高處不勝寒的艱難，更有“曙光”出現(xiàn)時(shí)的喜悅與自豪。

所謂高性能計(jì)算機(jī)，就是計(jì)算速度高、程序容量大、通信能力強(qiáng)的性能很高的計(jì)算機(jī)。近年來(lái)，在氣候氣象、藥物篩選、油田開(kāi)采、飛機(jī)船舶制造等等領(lǐng)域，都活躍著曙光公司（中科曙光）高性能計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品和技術(shù)。

從曙光一號(hào)到曙光6000、7000，以及人工智能時(shí)代下的研究探索，譚光明和眾多科研人員始終奔跑向前，以自我突破、自主創(chuàng)新，讓世界見(jiàn)證著中國(guó)的超算速度。

“這是值得一輩子耕耘的方向”

1980年代，譚光明出生于湖南農(nóng)村一戶普通家庭。在初中班主任何華英的啟蒙下，愛(ài)因斯坦、陳景潤(rùn)、華羅庚等眾多科學(xué)家的故事激勵(lì)著譚光明，在當(dāng)時(shí)優(yōu)先考慮讀中專的背景下，他立志讀大學(xué)，成為一名科學(xué)家。從湘潭大學(xué)數(shù)學(xué)系，再到中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)的碩博連讀，腳下的路漸漸清晰。

“我們當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)系除了數(shù)值計(jì)算，也開(kāi)設(shè)有編程課，這些其實(shí)和現(xiàn)在的工作很相關(guān)。大二時(shí)，我開(kāi)始選修、旁聽(tīng)計(jì)算機(jī)系的相關(guān)課程，覺(jué)得編程這些都很有意思。”譚光明回憶道。

讀碩博期間，譚光明師從高性能計(jì)算領(lǐng)域?qū)＜覍O凝暉院士，圍繞生命科學(xué)數(shù)據(jù)處理加速，以及高性能優(yōu)化技術(shù)等開(kāi)展工作，并逐步參與到曙光4000的研究當(dāng)中。

孫凝暉院士的要求嚴(yán)格和細(xì)致，“包括我們確定一個(gè)研究的課題，找解決的方法、關(guān)鍵的技術(shù)，他會(huì)逐步引導(dǎo)我們自己去查找文獻(xiàn)，開(kāi)展同行之間的討論，再系統(tǒng)而有邏輯地去闡述論證”。如今培養(yǎng)博士生，譚光明在告訴年輕人一定要想清楚是否具備極強(qiáng)的毅力和心理承受力之外，也在繼承著孫凝暉院士的教學(xué)傳統(tǒng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。

提到高性能計(jì)算機(jī)的研究之路，譚光明說(shuō)，是攻克一個(gè)個(gè)難題之后的契合與滿足?！敖鉀Q當(dāng)中的問(wèn)題和我的性格還是很匹配的，我有興致、有動(dòng)力去思考、去解決那些難題。”

“高性能計(jì)算機(jī)可以說(shuō)是一門(mén)交叉學(xué)科，從過(guò)去專注于數(shù)值模擬類，發(fā)展成為非常關(guān)注解決國(guó)計(jì)民生等諸多實(shí)際問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科。很多研究都離不開(kāi)高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，我覺(jué)得這是值得一輩子耕耘下去的方向?！弊T光明讀博士期間的第一個(gè)項(xiàng)目即研究高性能計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用，為人類基因組的分析、病毒演化的分析提供研究支持。

讀博最后的一年時(shí)光，譚光明由于出色的科研能力，獲得了赴美國(guó)特拉華大學(xué)開(kāi)展科研的機(jī)會(huì)。這期間，美國(guó)特拉華大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院終身教授、世界著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家高光榮的學(xué)術(shù)態(tài)度、學(xué)者風(fēng)范也給譚光明留下了深刻的印象。雖然，這位學(xué)術(shù)大家已經(jīng)功成名就，但依然葆有著旺盛的科研熱情，每個(gè)周末都會(huì)主動(dòng)和譚光明等學(xué)生約時(shí)間進(jìn)行討論，“實(shí)驗(yàn)室也是這位老教授最常待的地方，科研對(duì)他來(lái)說(shuō)就是一種習(xí)慣，離不開(kāi)。我也很受鼓舞”。

在美國(guó)一年的科研時(shí)光在充實(shí)中劃過(guò)，譚光明也在高性能計(jì)算機(jī)方面的加速引擎架構(gòu)研究中頗有所獲。他的博士論文獲得中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)，也為之后開(kāi)展曙光系列的科研攻關(guān)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

向更高處攀登

博士畢業(yè)后，譚光明開(kāi)始深度參與到“曙光6000千萬(wàn)億次高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”（曙光6000）的研究。最初，整個(gè)系統(tǒng)的性能并不理想，距離項(xiàng)目目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。

進(jìn)入2009年之后，譚光明和團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)一年的密集封閉式攻關(guān)。為了尋找到最優(yōu)解，譚光明和團(tuán)隊(duì)討論的技術(shù)圖紙隨著大家的思緒翻飛，一張張紙上落滿了各類的符號(hào)圖樣。終于，思路和靈感從層層圖紙之中破繭而生！譚光明推出的數(shù)據(jù)滲透優(yōu)化技術(shù)，不僅保障了整體系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，在速度、性能方面達(dá)到世界最優(yōu)。與譚光明一同攻關(guān)的一位“戰(zhàn)友”頗為興奮道：“多虧譚博士每天不停地畫(huà)圈圈，終于把問(wèn)題解決了！”

組裝調(diào)試階段，譚光明和團(tuán)隊(duì)來(lái)到天津一處還沒(méi)有完工的工作廠房，進(jìn)行最后的調(diào)試、優(yōu)化。曠野耕地的風(fēng)、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的轟鳴聲仿佛還在耳邊，熬夜通宵也是家常便飯。在高性能計(jì)算機(jī)研究團(tuán)隊(duì)的刻苦求索中，我國(guó)超算領(lǐng)域自主研發(fā)的羽翼振翅而動(dòng)。

2011年，數(shù)據(jù)滲透優(yōu)化技術(shù)的研究成果在業(yè)界頂級(jí)會(huì)議——全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)（SC）上發(fā)表，該技術(shù)使曙光6000成為國(guó)內(nèi)首次實(shí)測(cè)峰值性能突破千萬(wàn)億次的系統(tǒng)，該成果獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

與此同時(shí)，譚光明帶領(lǐng)一名博士生已經(jīng)開(kāi)始了機(jī)器學(xué)習(xí)方面的技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了同期性能最高的算法庫(kù)，并發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)會(huì)議PLDI上。論文發(fā)表兩年后的2015年，Intel公司才基于類似的優(yōu)化策略，運(yùn)用到數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)之中。

研究曙光7000系統(tǒng)時(shí)，譚光明的團(tuán)隊(duì)再度面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。相比于國(guó)外硬件基礎(chǔ)的完備，由于經(jīng)費(fèi)有限，國(guó)產(chǎn)硬件參數(shù)方面并不理想，需要通過(guò)其他系統(tǒng)層面、軟件方面的配合和優(yōu)化，在彌補(bǔ)硬件固有不足的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最快、最好的性能，這無(wú)異于登頂珠峰。

為了彌合理論預(yù)測(cè)與實(shí)際運(yùn)行之間的差距，團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了大量的時(shí)間從硬件結(jié)構(gòu)、底層系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境、數(shù)學(xué)庫(kù)優(yōu)化等逐一優(yōu)化，才使得整個(gè)運(yùn)行鏈條高效運(yùn)轉(zhuǎn)。曾經(jīng)一度，科研人員調(diào)侃，“我們需要一個(gè)超人”。最終，得益于譚光明與核心骨干在高性能計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域長(zhǎng)久的積累與實(shí)踐，他提出了新的模型和算法，刷新了超算領(lǐng)域的運(yùn)算速度。

當(dāng)然，譚光明研究攻克的難題遠(yuǎn)不止如此。多線程高速并行的不僅僅有復(fù)雜且精密的超算系統(tǒng)，還有團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人艱苦卓絕的不懈探索和日復(fù)一日甘于寂寞的努力。而也正是得益于他們的研究，我國(guó)的科研實(shí)力，尤其在超算領(lǐng)域不斷取得新的突破，逐步縮小了與國(guó)外先進(jìn)研制水平的差距，并在整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。

曙光6000和曙光7000研制中的關(guān)鍵技術(shù)等等這些聽(tīng)起來(lái)艱澀難懂的研究成果，已為諸如“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”、“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)施”、中國(guó)“天眼”（FAST）等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施提供重要的算力支持。

依托于高性能計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)，曙光團(tuán)隊(duì)為“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”建設(shè)項(xiàng)目提供了定制類運(yùn)算系統(tǒng)，為我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化、大氣環(huán)境治理等重大問(wèn)題提供科學(xué)支撐。

具體來(lái)說(shuō)，比如我國(guó)可以通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)，準(zhǔn)確評(píng)估全球歷史時(shí)期以及未來(lái)的氣候變化、溫室氣體的排放，以此為基礎(chǔ)提高中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化和碳減排的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。

而高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)除了在國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展領(lǐng)域發(fā)揮作用的同時(shí)，也距大眾的生活越來(lái)越近。據(jù)介紹，中科院計(jì)算技術(shù)研究所孵化的人工智能企業(yè)——哲源科技，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算科學(xué)等技術(shù)的支持下，將生命變得可數(shù)據(jù)化。而人體健康管理、藥企新藥研發(fā)等方方面面都離不開(kāi)超算支持。

目前，譚光明正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向著新一代更高性能、更快的計(jì)算機(jī)研究進(jìn)發(fā)。登高望遠(yuǎn)，未有窮期。在高性能計(jì)算機(jī)這項(xiàng)“馬拉松式攀登珠峰”的道路上，他們?cè)谝淮未谓^地求生中，迎向曙光。