編者按

近年來，隨著人工智能、高性能計算、邊緣計算等技術(shù)的持續(xù)突破，計算機領(lǐng)域掀起了新一輪的變革浪潮。以往被視為遙不可及的智能化愿景，如今正逐漸成為現(xiàn)實。與此同時，此輪浪潮也帶來了數(shù)據(jù)安全、隱私保護、倫理道德等一系列亟待解決的挑戰(zhàn)。

如何擁抱技術(shù)革新？如何確保技術(shù)可持續(xù)發(fā)展？如何在創(chuàng)新與責任之間尋找平衡點？封面新聞推出圖靈獎得主系列專訪，本期獨家對話杰克·唐加拉。

對話·人物

杰克·唐加拉（Jack Dongarra），1950年出生，美國計算機科學家、數(shù)學家，美國國家工程院院士，全球超級計算機Top500排行榜發(fā)起人，田納西大學特聘教授。此外，他還是橡樹嶺國家實驗室計算機科學與數(shù)學部的研究人員，該實驗室隸屬于美國能源部，擁有泰坦和高峰等多次排名世界第一的超級計算機。

2021年圖靈獎得主杰克·唐加拉。受訪者供圖

美國計算機協(xié)會（ACM）將2021年圖靈獎授予唐加拉，以表彰他在數(shù)值算法和庫方面的開創(chuàng)性貢獻，他的研究使得高性能計算能夠跟上四十多年來硬件發(fā)展的步伐。

圖靈獎獎杯。圖片來源：圖靈獎網(wǎng)站

對話·獎項

圖靈獎（Turing Award），美國計算機協(xié)會于1966年設(shè)立，目的之一是紀念世界計算機科學先驅(qū)、英國曼徹斯特大學教授艾倫·圖靈。圖靈獎是計算機界最負盛名的獎項，有“計算機界諾貝爾獎”之稱，獲獎?wù)弑仨氃谟嬎銠C領(lǐng)域作出卓越且影響深遠的貢獻。

圖靈獎對獲獎?wù)叩囊髽O高，評獎程序也極嚴，一般每年只獎勵一位計算機科學家，只有少數(shù)年度有兩名以上在同一方向上作出貢獻的科學家同時獲獎。

“過去十年來，中國在高性能計算領(lǐng)域取得了顯著進步。在2001年時全球超級計算機500強中還沒有中國的身影，但時間來到2019年9月，中國研發(fā)制造的超級計算機在全球500強名單中，已占據(jù)219個位置，排名全球第一?！?/P>

神威·太湖之光超級計算機。圖片來源：交匯點

杰克·唐加拉在接受封面新聞記者專訪時表示，中國在高性能計算方面的成就已成為其他國家的競爭基準，這使美國、日本和歐洲一些國家加速發(fā)展本國高性能計算，這進一步推動了全球技術(shù)進步和創(chuàng)新。

TOP500推動

高性能計算領(lǐng)域創(chuàng)新

封面新聞：您在數(shù)值算法和庫方面的開創(chuàng)性工作對高性能計算產(chǎn)生了深遠影響。你能簡要介紹在這個領(lǐng)域的貢獻以及為何它具有開創(chuàng)性嗎？

唐加拉：近40年來，摩爾定律使計算機硬件性能呈指數(shù)級增長。與此同時，大多數(shù)軟件未能跟上這些硬件發(fā)展的步伐。我的研究提高了高性能計算的性能并拓展了其功能，使得數(shù)值軟件能跟上硬件發(fā)展步伐，這為高性能計算（High Performance computing，HPC）的發(fā)展奠定了一個框架，使來自不同學科的研究人員能執(zhí)行“以前不可能”的模擬和分析，對生物醫(yī)學、物理學、材料科學等眾多學科的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。

具體而言，我開發(fā)的基礎(chǔ)線性代數(shù)包（Basic Linear Algebra Subprograms，BLAS）、線性代數(shù)算法庫（the Linear Algebra PACKage，LAPACK）等為高性能計算發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過提高計算的效率和可擴展性，這些庫使研究人員能處理比以前更多、更復雜的問題。此外，我提出了高性能系統(tǒng)軟件開發(fā)的標準化方法，如消息傳遞接口（MPI），確保了不同計算平臺之間的兼容性。這種標準化對計算機科學的協(xié)作性至關(guān)重要，允許不同團隊有效地協(xié)同工作。

值得一提的是，從1993年起，我與漢斯·沃納梅爾等人聯(lián)合編制了一個全球超級計算機TOP500排行榜，從系統(tǒng)性能、技術(shù)方向等多個方面反映了全球超級計算機的最新發(fā)展狀況，成為世界最權(quán)威的超級計算機排行榜。這推動了高性能計算領(lǐng)域的競爭和創(chuàng)新，拓展了算力的邊界，促進了硬件和軟件的進步。

高性能計算

如何影響其他領(lǐng)域

封面新聞：能否介紹高性能計算是如何影響其他領(lǐng)域的？

唐加拉：比如對生物醫(yī)學的研究，HPC在基因組測序、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測和細胞水平的生物過程模擬中發(fā)揮重要作用。例如，在新冠肺炎疫情期間，HPC被用于模擬不同藥物如何對病毒產(chǎn)生作用，從而更快速地找到有效治療方法。

在氣象領(lǐng)域，HPC對天氣預報和氣候模擬中使用的模型至關(guān)重要。這些模型需要處理大量氣象數(shù)據(jù)，以預測氣溫和氣候變化。HPC可實現(xiàn)更精確的預測，這對防范自然災害和了解氣候變化至關(guān)重要。

在金融領(lǐng)域，HPC用于風險評估、為復雜的金融工具定價以及模擬市場。這些任務(wù)需要快速處理大量數(shù)據(jù)以作出實時決策和預測，從而直接影響交易和投資策略。

在人工智能和機器學習領(lǐng)域，HPC提供了訓練復雜AI模型所必需的計算能力，特別是深度學習算法，這需要大量算力來有效處理大型數(shù)據(jù)集。

高性能計算領(lǐng)域

有哪些挑戰(zhàn)和機遇

封面新聞：隨著人工智能和機器學習的興起，對高性能計算資源的需求越來越大，以訓練大模型和處理海量數(shù)據(jù)。您認為這一領(lǐng)域存在哪些挑戰(zhàn)和機遇？

唐加拉：我認為HPC可以大幅縮短訓練AI模型的時間，從而實現(xiàn)更快速的迭代和創(chuàng)新。這種“加速度”可以使研究更快地取得突破，并在現(xiàn)實應用中更快地給出人工智能解決方案。HPC的計算能力允許在更大數(shù)據(jù)集上訓練更復雜的模型，這還可以大大提高AI應用的準確性和可靠性。

此外，HPC驅(qū)動的AI正開辟新的市場和應用，從零售業(yè)的實時分析到科學研究的復雜模擬，這些應用可以推動經(jīng)濟增長并帶來新的商機。

隨著HPC資源通過云服務(wù)和協(xié)作框架變得更加廣泛，較小的組織和研究人員能獲得以前只有大型機構(gòu)才能獲得的算力，從而使AI更加可及。同時，人工智能、機器學習和高性能計算的融合促進了跨學科研究，結(jié)合了來自不同領(lǐng)域的見解，以便更有效地解決復雜問題。

但不可否認的是，這種融合給許多行業(yè)帶來變革的同時也引發(fā)了一系列問題。比如，隨著AI模型變得越來越復雜，對HPC資源的需求呈指數(shù)級增長。訓練最先進的模型（如圖像識別模型）可能需要數(shù)千個GPU。在保持性能的同時，有效擴展這些資源是一項重大挑戰(zhàn)。同時，運行HPC基礎(chǔ)設(shè)施的能源需求是巨大的，尤其在用于訓練大模型時。與這些操作相關(guān)的碳足跡越來越令人擔憂，尋找高能效計算解決方案正成為當務(wù)之急。人工智能和機器學習通常涉及需要安全存儲、處理的海量數(shù)據(jù)集。確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性，尤其是在醫(yī)療保健或金融等敏感領(lǐng)域，會增加HPC運行的復雜性。

高性能計算領(lǐng)域

中國的表現(xiàn)如何

封面新聞：如何評價中國在高性能計算領(lǐng)域的表現(xiàn)？這將如何影響全球高性能計算的發(fā)展格局？

唐加拉：過去十年來，中國在HPC領(lǐng)域取得了顯著進步。2001年全球超級計算機500強中還沒有中國的身影，但時間來到2019年9月，中國研發(fā)制造的超級計算機在全球500強名單中，已占據(jù)219個位置，排名全球第一。其中，中國自主研發(fā)的神威·太湖之光超級計算機在2016年和2017年的TOP500排行榜中位列第一，這些數(shù)據(jù)足可以看出中國在超級計算機領(lǐng)域的實力。中國也一直在擴展其HPC的基礎(chǔ)設(shè)施，支持了眾多服務(wù)于學術(shù)和工業(yè)的超級計算中心。

中國在HPC方面的成就已成為其他國家的競爭基準，這使美國、日本和歐洲加速發(fā)展本國高性能計算，這種競爭進一步推動了全球技術(shù)進步和創(chuàng)新。

先進的HPC能力影響一國的經(jīng)濟競爭力，因為HPC可以支持制造業(yè)、制藥和數(shù)字服務(wù)等行業(yè)的創(chuàng)新。中國HPC的發(fā)展支持了其各領(lǐng)域的經(jīng)濟增長，并使其成為技術(shù)驅(qū)動型市場的重要參與者。

作為圖靈獎得主

哪些新技術(shù)方向讓您感興趣

封面新聞：您2021年獲得了圖靈獎，這是一項巨大的榮譽對您來說意味著什么？

唐加拉：對我來說，這個獎項證明了我的工作對全球計算機科學特別是在軟件工具開發(fā)的影響，這些工具對解決科學計算中的數(shù)值問題至關(guān)重要?；A(chǔ)線性代數(shù)包等工具不僅提高了許多學科的計算能力，還制定了促進計算領(lǐng)域廣泛創(chuàng)新的標準。

這一獎項不僅反映了我個人的成就，也反映了基礎(chǔ)軟件在計算生態(tài)系統(tǒng)中的重要性，證實了軟件工具在提高全球復雜計算系統(tǒng)的性能和效率方面的作用。

封面新聞：是什么激發(fā)了您對計算機領(lǐng)域最初的好奇和熱情？

唐加拉：我在職業(yè)生涯早期就對計算機科學和數(shù)值算法產(chǎn)生了興趣，這是我的學習經(jīng)歷帶來的。在獲得芝加哥州立大學數(shù)學學士學位和伊利諾伊理工學院計算機碩士學位后，我于1980年在新墨西哥大學獲得了應用數(shù)學博士學位。我的博士工作重點是線性代數(shù)中的數(shù)值算法，這為我后期對HPC的貢獻奠定了基礎(chǔ)。

我對HPC的興趣在美國能源部下屬的阿貢國家實驗室得到了進一步滿足，在那里我為EISPACK和LINPACK庫的開發(fā)作出了貢獻，這兩個庫在數(shù)值線性代數(shù)計算中至關(guān)重要。能解決復雜的計算問題令我興奮，且HPC發(fā)展給其他領(lǐng)域帶來的新變化也令我滿足。

封面新聞：哪些新的技術(shù)方向讓您感興趣？

唐加拉：我對許多新技術(shù)感興趣，比如神經(jīng)形態(tài)計算。受人腦的啟發(fā)，神經(jīng)形態(tài)芯片以模擬神經(jīng)架構(gòu)的方式處理信息，這足夠令人興奮，因為它提供了創(chuàng)建更節(jié)能的人工智能系統(tǒng)的可能性，能夠以更接近人腦的速度和精度執(zhí)行模式識別等任務(wù)。同時，隨著技術(shù)對環(huán)境的影響越來越明顯，可持續(xù)計算變得越來越重要。節(jié)能計算、更好的電池技術(shù)和更環(huán)保的數(shù)據(jù)中心也令人期待。此外，我對量子計算、機器學習、邊緣計算等領(lǐng)域也充滿了興趣。

圖靈獎得主給年輕人的寄語

我希望年輕人能去追尋他們真正感興趣的東西。深入?yún)⑴c他們感興趣的主題通常會更有成就感，這種內(nèi)在動力對長期保持努力和興趣至關(guān)重要，尤其是在具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。

我還建議年輕人設(shè)定高遠的目標。這能鼓勵他們拓展自己的能力，探索更多可能性，而不是滿足于平庸。即使他們并不總是能達成這些目標，他們從中獲得的也會比設(shè)定一般目標而獲得的要多。

此外，年輕人要學會預見并擁抱失敗，把它作為獲得洞察力的機會，這對于培養(yǎng)毅力和勇氣來解決難題是至關(guān)重要的。

與自己感興趣領(lǐng)域的同齡人、導師和專業(yè)人士建立關(guān)系同樣重要。人際關(guān)系網(wǎng)能幫助年輕人從他人的經(jīng)驗中學習，獲得新的機會，并獲得支持和指導。

——杰克·唐加拉

封面新聞記者 張馨心