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丛京生教授校刊首页文章:高效算法的力量

2017-04-19 点击数 269次

       中心主任丛京生教授专访文章:高效算法的力量,刊登于北京大学校刊第1442期首页,燕园学者栏目。

       以下内容转自校刊,原文地址http://pku.cuepa.cn/show_more.php?tkey=&bkey=&doc_id=2204072

 

       今年2月8日,北大校友、北大信息科学技术学院“千人计划”讲座教授、高能效计算与应用中心任丛京生当选为美国国家工程院院士。
       丛京生的成绩是耀眼的:
       “他所发明的FPGA综合算法成为目前世界上通信和计算基础设施的关键组成部分。”
       “他在电子设计自动化和高能效计算与应用领域发表论文400余篇,曾获美国计算机学会、美国电气电子工程师学会联合颁发的电子设计自动化技术成就奖,是唯一一个获得电气和电子工程师协会电路与系统分会和计算机分会年度技术成就奖的科学家。”
       “他是一名卓越的教育家,已培养了35名博士,其中,有9名学生跟随他走上了学术的道路,在包括美国康奈尔大学、美国佐治亚理工学院等众多著名研究型高校任教,有4名学生和他一起成立了3家高科技新企业。”

       ……

 

“4个小时排队间,算法关键点豁然开朗”
       丛京生1985毕业于北京大学计算机科学技术系,1987年和1990年于美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校分获计算机科学硕士和博士学位,随后加入加州大学洛杉矶分校计算机科学系,致力于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)芯片研究。FPGA是专用集成电路中集成度最高的一种,可编程逻辑器件除了具有开发成本低,周期短,速度快的优势外,还具有静态可充分编程和动态在线重构的特性,使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改,提高了电子系统设计的灵活性。FPGA突出的性能优势很快引起了业界的注意,但其可编程技术还待发展,许多科学家都着力于FPGA的研究,丛京生也是其中的一员。他在FPGA上的研究成果具有里程碑式的贡献,极大地促进了FPGA的发展。

       在他的研究工作中最有代表性的两项:一是著名的FlowMap综合算法的提出,当时,计算大规模逻辑电路到现场可编程逻辑门阵列的时延优化映射方案曾被认为是一个NP完全问题(即多项式复杂程度的非确定性问题)。丛京生提出综合算法在多项式时间内实现了时延优化,完美地解决了这个问题,极大地提高了电路的工作速度,引起了业界的极大轰动;二是通过高级语言C/C++实现对FPGA的编程,起初对FPGA的编程必须使用硬件描述语言实现,造成FPGA的入门开发难度大。而对于软件工程师来说,如果通过高级语言对硬件编程可以极大地提高效率,当时很多人都提出了通过高级语言实现硬件编程这个想法,但没有真正的实现,丛京生的这项研究使得这个想法从理论迈向了实践。

       FlowMap综合算法的关键点是在有一天他去领绿卡排队4个小时的过程中想到的。“这是一件幸运的事情,虽然不是每件事情都会这么幸运,但一件事情你花上足够多的时间,研究到足够深的深度,是会有突破的机会的,可能某个时候灵感就会出现。”丛京生说。

       与丛京生合作过的同事和学生对他工作中最深刻的印象是,“聪明,更重要的是勤奋、执着”。“每天任何时候都能收到他的邮件”,“在美国一年里,他每一天从早9点到晚12点都保持着饱满的状态和你在一起工作”,他的博士研究生张宸告诉记者。

 

“在北大建立高能效计算中心”

       2010年,时任北大常务副校长的林建华邀请在加州大学洛杉矶分校担任计算机系主任的丛京生回北京大学建立高能效计算与应用中心。

       在丛京生带领下,中心实行主任负责制,并实行特殊机制,在教师聘用和管理上具有相当大的灵活性,目的是建立具有世界一流水平的研究环境,以吸引国际高水平人才。其研究方向为高能效计算、通信以及应用,目标是为了大幅度提高计算能效并降低能耗。中心自建立以来取得了一些令人瞩目的成绩,填补了北大研究方向上的一些空白。2014年中心在计算机网络方面国际三大顶尖会议之一的MobiCom上发表论文,2015年中心在ISCA和MICRO上发表论文,其中MICRO上发表2篇,近20年大陆研究机构在MICRO上仅发表过5篇文章。这些是北大首次在MobiCom、ISCA及MICRO上发表文章。

       2014年中心在集成电路计算机辅助设计方向上取得的成果被学校科技成果宣传收录,该技术现由丛京生的学生、中心副主任罗国杰教授进行进一步深入研究。罗国杰在加州大学洛杉矶分校的博士学位论文于2013年获得美国计算机学会设计自动化专业组优秀博士论文奖,这一奖项平均每年在全球范围只颁给一位该领域的博士研究生。

       “中心的建设是有意义的,也为北大做出了一些贡献,我希望在国内本土建立一个有国际影响力的研究中心,这就是我坚持建设中心的原因。”丛京生说。

 

“北大对我有十分重要的影响”

       在80年代,国内的计算机刚刚发展,丛京生在本科期间的学习条件比较艰苦,当时使用的是6912机器,需要用纸带穿孔编程。艰苦的条件锻炼了他严谨的逻辑思维,必须要将算法的细节想得特别清楚,因为只有有限几分钟的上机时间。同时,有限的上机时间也激发了他对算法研究浓厚的兴趣,他说:“编程里有直接的算法,也有聪明的方法,不同的算法能让你清楚听到机器不一样的打印输出的效率,纸带穿孔编程让我看到了高效算法的力量。”

       丛京生在本科期间十分热爱数学,入学时他组织了一个离散数学和图论课外兴趣小组,并邀请王攻本教授作为辅导老师,王攻本教授虽然教学事务繁忙,但每次课外活动都准时参加,并十分耐心地向同学们答疑。王攻本对学生的关爱,对教学的上心很大程度地影响了丛京生,让他日后对学生教学工作也格外关心。张宸说:“丛老师对我的严格要求,教会我的科研学习方法会让我终生受益!”

       “北大严谨的学风,优秀的老师和同学,对我有非常重要的影响,让我受益匪浅。”丛京生说。

 

“做好研究,产业转化只是水到渠成”

       丛京生和他的团队先后建立了三个高新技术创业公司,90年代成立第一个科技公司Aplus,于2003年被电子自动化行业微捷码公司收购;2005年他成立了第二个自动系统设计工具公司,于2011年被全球领先可编程逻辑解决方案供应商赛灵思公司收购;第三个公司是大数据应用的可定制计算方向,这些公司都有着很好的发展。在第一个公司成立时,他并没有做开公司的准备,他的团队在现场可编程逻辑门阵列综合方面的研究工作在世界领先,也是当时工业界所需的技术,他向实验室的科研合作伙伴提供了论文和源代码,但是他们更需要的是持久性的技术支持,于是丛京生组建团队进行了进一步的产业开发。

       “产业转化是一件很好的事情,但是需要的是水到渠成。大学里的创业要建立在技术和科研的基础上,很重要的一点是要把技术专长发挥出来,要建立在基础研究上,做出一流的研究,有了产业前景自然有商业合作伙伴找上门来,让科技推动产业发展,这才是大学创业的意义。”丛京生说。