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      筑夢計算 加速人生
      ——記北京大學信息科學技術(shù)學院特聘研究員羅國杰

      2018-08-24 01:46:50衛(wèi)婷婷
      科學中國人 2018年13期
      關鍵詞:計算機領域北京大學競賽

      本刊記者 衛(wèi)婷婷

      羅國杰在2017ACM-ICPC現(xiàn)場

      “人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開?!痹诘教幎紡浡鷻C與春意的四月里,正是人們放飛希望、展望未來的好時節(jié)。就在4月19日,北京大學也迎來了科研中的一抹春色。第42屆國際大學生程序設計競賽(ACM-ICPC或ICPC)全球總決賽在北京大學落下帷幕,經(jīng)過激烈角逐后,北京大學代表隊在140支隊伍中脫穎而出,獲得了全球第三、亞洲第一的好成績。同時這也是北京大學代表隊在2014年獲得金牌第三名的突破性成績后,再次奪金。

      賽場中,密切關注比賽狀況的指導老師羅國杰,在聽到結(jié)果后終于長舒一口氣,領獎臺上的他也笑得格外燦爛。

      被譽為“計算機程序設計領域奧林匹克”的國際大學生程序設計競賽是一項考驗學生編寫程序、分析和解決問題能力的國際競賽,從1970年第一屆舉辦開始,在經(jīng)過40多年的發(fā)展后,它已經(jīng)成為全球最具影響力的大學生程序設計競賽?!斑@是一個展示學生創(chuàng)新能力與團隊精神于一體的計算機領域的舞臺,參與競賽更是一種為校爭奪榮譽的體現(xiàn)?!睆?012年開始,北京大學信息科學技術(shù)學院特聘研究員羅國杰就擔任北京大學ACM競賽的教練員,負責選拔、指導與培訓學生等相關工作,這次北京大學作為東道主,自己的學生又能夠獲得這樣的好成績,羅國杰甚是欣慰。多年來,他一直在努力探索計算機領域的奧秘,并在電子設計自動化、基于FPGA及新型器件的異構(gòu)計算以及醫(yī)學圖像分析算法等方向上,演繹出多彩的科研人生。

      “芯”路歷程

      如果要問羅國杰對什么感興趣,也許他能想到的只有計算機了。2001年,一心向往北京大學濃厚學術(shù)氛圍的羅國杰,如愿來到北京大學計算機系,經(jīng)過本科4年的學習,他對計算機領域的基礎知識已經(jīng)有了系統(tǒng)的了解。但計算機仿佛是個無底洞,越接觸就會越被它自身的魅力所吸引。于是,在老師的建議下,也為了繼續(xù)探索計算機領域里更深層的秘密,2005年一畢業(yè),羅國杰便遠赴美國加州大學洛杉磯校區(qū)學習,并相繼獲得了碩士與博士學位。

      “本科期間主要重點集中于學習書本知識,在碩士及博士期間則在書本中的基礎知識之外,對計算機進行了更深入的研究?!绷_國杰表示。在國外求學期間,他專注于三維芯片布局和布圖等方面的研究,試圖在后摩爾定律時代進一步提高芯片的集成度和性能。

      他提到,要想提高芯片集成度和性能,當時面臨著幾個急需解決的難題。新的制造工藝和新的集成技術(shù)是一方面;另一方面,即便有了可以應用的工藝技術(shù),但面對規(guī)模日益龐大的電路系統(tǒng),又該如何對芯片的升級實現(xiàn)有效的設計呢?“這就涉及到設計自動化的問題。”羅國杰說道,但當時缺乏的正是面向大規(guī)模三維芯片設計的自動化布局方法。

      羅國杰并不氣餒,他針對硅通孔(TSV)三維芯片布局設計算法進行了開創(chuàng)性的工作。他表示,與傳統(tǒng)二維芯片相比,三維芯片具有提高集成度、縮短時延、降低功耗、支持異構(gòu)集成等優(yōu)勢,那么能否將二維芯片的不利條件轉(zhuǎn)化為有利條件呢?為此,羅國杰利用三維折疊的理念,提出將二維布局轉(zhuǎn)換為三維布局的算法以及降低TSV數(shù)目和溫度的優(yōu)化技術(shù)。羅國杰將成果發(fā)表在《基于變換的三維芯片熱布局方法》這一論文中,并獲得第22屆亞洲及南太平洋電子設計自動化會議(ASP-DAC)十年最具影響力論文獎,近年來,成果陸續(xù)被大多數(shù)關于三維芯片物理設計的后繼工作所引用。

      獲第22屆ASP-DAC十年最具影響力論文獎

      與學生在一起

      為計算加速

      在羅國杰心中,除了科研工作,他還想將學到的知識不斷傳遞下去?!翱赡苁鞘艿綄煹挠绊?,我覺得如果能重回學校,成為一名教師,維護學生對知識的好奇心和熱情是很有意義的一件事。”2011年,博士畢業(yè)前夕,正值羅國杰的母校北京大學高能效計算與應用中心成立不久,借此機會,羅國杰毅然決定回國,來到高能效計算與應用中心任職。

      回到熟悉的校園,羅國杰來不及懷念過去,就立即投入到了下一階段的研究中。定制化和專門化是后摩爾定律時代提高計算性能的另一手段,他面向FPGA可重構(gòu)計算的設計自動化算法進行了深入研究。FPGA,也就是現(xiàn)場可編程門陣列,作為一種可重構(gòu)電路,既能面向應用或領域的特點實現(xiàn)計算的定制化,又能克服專用集成電路靈活性不足的缺點。

      如果想要定制化地完成計算任務,就需要使用可重構(gòu)邏輯,但長期阻礙任務完成的關鍵就在于其開發(fā)效率的低下,盡管高層次綜合在一定程度上緩解了此問題,但漫長的后端綜合時間所帶來的問題仍然很嚴重。“所以一定要為計算加速!”羅國杰補充道。他帶領團隊迎難而上,面向FPGA可重構(gòu)邏輯的后端綜合工具鏈,從并行化、參數(shù)調(diào)節(jié)等多個角度分別展開了加速方法的相關研究,取得了后端工具計算速度上的全新突破。在當時很長一段時間內(nèi),羅國杰在研究中獲得的后端算法計算速度都在國內(nèi)該領域中保持著最快的紀錄。

      一直以來,羅國杰都是真正踏下心來做科研的,同時也練就了他溫和沉穩(wěn)的性格,這點在他與學生交流與溝通中表現(xiàn)得淋漓盡致。在與學生交流中,羅國杰極其有耐心,也時常會就一些自己關注的熱點問題與學生溝通,及時了解學生想法,以便更好地對學生的科學研究進行指導。在他看來,學生的成功,就是自己的成功?!爸灰吹綄W生的成長,我就已經(jīng)很滿足了。”羅國杰笑談道。

      此外,已經(jīng)指導學生參與6年的ACM競賽,羅國杰有了自己的一些心得體會,對未來的參賽題目與比賽形式也有自己的看法。他認為,ACM競賽在北京大學的影響絕不會隨著比賽的結(jié)束而結(jié)束,目前,學校希望以比賽為契機,在學科的基礎教育上做出更多努力。羅國杰提到,可以通過改進比賽題目或形式,將教育界、科研界、產(chǎn)業(yè)界聯(lián)系起來,在教育和科技之間架一座橋梁,將雙方在各個領域內(nèi)需要的新興基礎技能都集中體現(xiàn)在比賽過程中,這樣一來,能夠更好地培養(yǎng)和選拔出高層次的人才。

      吾生也有涯,而知也無涯。在羅國杰看來,計算機領域里的學問是無窮無盡的,更是值得他用一生去探尋的。未來,無論是在科研還是教學上的工作,他都會始終如一,有條不紊地進行,為自己交出一份滿意的答卷。

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