專家報(bào)告 | 湯濤院士：科學(xué)軟件與人才培養(yǎng)

湯濤 中國(guó)科學(xué)院院士、廣州南方學(xué)院校長(zhǎng)

尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師、各位同學(xué)：

大家上午好！

非常榮幸能參加本次“數(shù)啟天元，智算無界”2025國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件大會(huì)暨北太天元產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，與各位共同見證這款國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件的成長(zhǎng)與突破。剛才盧朓董事長(zhǎng)提到，我是看著北太天元一步步發(fā)展起來的，最初曾希望能將團(tuán)隊(duì)引進(jìn)到廣東，雖然后來他們選擇在重慶扎根發(fā)展，但看到如今取得的豐碩成果，我由衷地為李若、盧朓團(tuán)隊(duì)感到祝賀。

今天，我想圍繞“科學(xué)軟件與人才培養(yǎng)”這一主題，分享幾點(diǎn)看法，主要聚焦科學(xué)計(jì)算的意義與重要性、科學(xué)軟件的分類與特點(diǎn)，以及新時(shí)代下如何培育相關(guān)領(lǐng)域人才。

在座各位大多深耕科研領(lǐng)域，深知數(shù)百年來，科研工作主要依賴實(shí)驗(yàn)與理論研究?jī)纱蠓妒健Ｉ蟼€(gè)世紀(jì)以來，科學(xué)計(jì)算成為第三種重要的科研范式，它融合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與各類應(yīng)用領(lǐng)域，借助強(qiáng)大的計(jì)算能力解決復(fù)雜問題。如今，算力、算法已成為各領(lǐng)域高頻詞匯，尤其在人工智能時(shí)代，科學(xué)計(jì)算的作用愈發(fā)凸顯。

人工智能時(shí)代，科學(xué)計(jì)算的核心價(jià)值首先體現(xiàn)在建模與算法上。數(shù)學(xué)知識(shí)支撐的數(shù)學(xué)建模，以及由此衍生的算法設(shè)計(jì)，是人工智能學(xué)習(xí)的兩大重點(diǎn)。而科學(xué)計(jì)算的落地，離不開計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與高性能計(jì)算的支撐，北太天元所專注的方向，正是與高性能計(jì)算緊密相關(guān)的關(guān)鍵領(lǐng)域。

從戰(zhàn)略層面來看，科學(xué)計(jì)算軟件是基礎(chǔ)軟件的核心根基。一個(gè)國(guó)家若僅依賴開源軟件，無疑是短視之舉——關(guān)鍵時(shí)期一旦開源軟件斷供，諸多科研與產(chǎn)業(yè)工作都將陷入停滯。自主可控的科學(xué)計(jì)算軟件，既是保障國(guó)家安全的重要屏障，也是驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展的核心動(dòng)力。當(dāng)前，我國(guó)在航空航天、芯片設(shè)計(jì)、生物醫(yī)藥、新能源等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展，都離不開科學(xué)計(jì)算軟件的強(qiáng)力支撐。

北太天元所從事的工作，源于科學(xué)方法的探索，更需要經(jīng)過充分的工業(yè)應(yīng)用錘煉與長(zhǎng)期積累。剛才多位嘉賓提到長(zhǎng)安汽車等企業(yè)開放應(yīng)用場(chǎng)景，這一點(diǎn)至關(guān)重要。軟件的研發(fā)相對(duì)容易，但要實(shí)現(xiàn)持續(xù)迭代、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)并真正具備實(shí)用價(jià)值，就必須整合工業(yè)知識(shí)、數(shù)學(xué)建模、軟件工程、工業(yè)應(yīng)用與軟件生態(tài)等多方面力量。從本質(zhì)上講，工業(yè)軟件是以軟件形態(tài)承載工業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，通過數(shù)學(xué)建模、軟件工程方法與科學(xué)方法，結(jié)合良好的工業(yè)軟件生態(tài)形成的核心產(chǎn)品。

回顧歷史，上個(gè)世紀(jì)有兩項(xiàng)重要算法深刻推動(dòng)了人類發(fā)展：一是有限元軟件，自上世紀(jì)50年代以來，為國(guó)家大壩建設(shè)、衛(wèi)星上天等重大工程提供了關(guān)鍵支撐；二是快速傅里葉變換(FFT)，直接促成了互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)、人臉識(shí)別等現(xiàn)代科技成果的誕生。這些案例充分證明，數(shù)學(xué)的進(jìn)步、算法的突破，能夠深刻改變?nèi)祟愇拿鞯倪M(jìn)程。

科學(xué)計(jì)算軟件主要分為專用型與通用型兩類，北太天元的目標(biāo)就是在這兩個(gè)領(lǐng)域都打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)上已有不少發(fā)展成熟的商業(yè)軟件，部分甚至擁有超過40年的發(fā)展歷程，這意味著我國(guó)國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件的發(fā)展任重道遠(yuǎn)，需要長(zhǎng)期不懈地努力。

上世紀(jì)80年代，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算中心、計(jì)算數(shù)學(xué)研究所有著實(shí)力雄厚的軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在技術(shù)上與西方幾乎同步。但受90年代經(jīng)濟(jì)環(huán)境等因素影響，再加上西方的策略性打壓，我國(guó)軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)逐漸被瓦解。事實(shí)上，20年前我國(guó)在CAD等領(lǐng)域已取得不錯(cuò)的成績(jī)，若能持續(xù)推進(jìn)，如今或許已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，令人惋惜。

今天的主講人之一李若教授，是北太天元的核心創(chuàng)始人。我有幸在他攻讀博士期間指導(dǎo)過兩年，深知他的科研與編程實(shí)力。早期我從事移動(dòng)網(wǎng)格方法研究時(shí)，李若教授是我的核心合作伙伴，正是由于他的突出貢獻(xiàn)，我們具有原創(chuàng)思想的移動(dòng)網(wǎng)格方法論文才能夠順利完成。李若教授在讀博期間，就能獨(dú)立寫出幾萬行代碼的自適應(yīng)有限元(AFEPack)軟件，2000年左右便成功研發(fā)出三維移動(dòng)網(wǎng)格程序，當(dāng)時(shí)我就建議他專注軟件研發(fā)。如今，時(shí)隔20年，他經(jīng)歷了教研和管理的成功歷程，最后回歸初心，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)投身國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件事業(yè)，這個(gè)順應(yīng)時(shí)代召喚的華麗轉(zhuǎn)身讓我倍感欣慰。

李若教授不僅是富有原創(chuàng)精神的科研工作者，更具備極強(qiáng)的軟件研發(fā)功底。我指導(dǎo)的十屆學(xué)生，都曾使用他編寫的軟件完成畢業(yè)論文，足以見得他研發(fā)成果的實(shí)用性與可靠性。

北太天元的發(fā)展成效顯著，獲得了國(guó)家與重慶市的多項(xiàng)支持與肯定。作為北太振寰的核心產(chǎn)品，“振寰”二字承載著我們對(duì)滕振寰教授的崇敬與懷念。滕振寰教授是北京大學(xué)數(shù)學(xué)院的優(yōu)秀學(xué)者，也是我和李若教授的導(dǎo)師，北太天元的研發(fā)，正是承載了幾代數(shù)學(xué)人的夢(mèng)想。如今，這款軟件從內(nèi)核能力、代碼質(zhì)量到交互式集成開發(fā)環(huán)境，都已形成規(guī)?；季?。李若教授曾提及軟件發(fā)展的三種可能結(jié)局，我曾一度為他們憂心，但看到今天的發(fā)布會(huì)，我倍感欣慰——北太天元已具備全面發(fā)展的潛力，在軟件開發(fā)的關(guān)鍵領(lǐng)域都打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。

同時(shí)，北太天元還集成了工程化與生態(tài)擴(kuò)展能力，目前已有眾多高校與應(yīng)用部門參與軟件的使用與開發(fā)，形成了良好的發(fā)展生態(tài)，前景十分樂觀。構(gòu)建國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算生態(tài)體系至關(guān)重要，MATLAB早期的成功，核心就在于其完善的生態(tài)——美國(guó)宇航局、高校及各行業(yè)都參與其中，推動(dòng)軟件持續(xù)迭代。如今，北太天元正以迅猛的速度追趕，未來不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)，更要完成超越。

在國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件領(lǐng)域，除了北太天元，還有不少優(yōu)秀的探索者。我另外一位學(xué)生主導(dǎo)研發(fā)的“不確定性量化”軟件，聚焦工業(yè)制造與數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)實(shí)中大量存在的不確定性問題提供解決方案。例如，飛機(jī)飛行中遭遇空氣驟變、結(jié)冰等異常天氣時(shí)，原有方程的適用性與誤差評(píng)估，或是在數(shù)據(jù)缺失情況下的概率分布預(yù)測(cè)，都能通過這款軟件得到有效解決。該團(tuán)隊(duì)在珠海成立了“珠海數(shù)舟”，目前發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，仍需進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模。

還有一位學(xué)生張鈺勃，他的畢業(yè)論文及相關(guān)研究均基于李若教授的程序完成，編程能力同樣十分突出，僅略遜于李若教授。我曾建議他放棄單純的數(shù)學(xué)研究，專注軟件研發(fā)。2020年，張鈺勃從美國(guó)回國(guó)后，擔(dān)任摩爾線程CTO，成為全功能GPU加速領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才。摩爾線程作為中國(guó)英偉達(dá)級(jí)別的科技企業(yè)，即將上市，而張鈺勃這位數(shù)學(xué)出身、受李若教授熏陶成長(zhǎng)起來的專家，正是企業(yè)發(fā)展的核心力量。倘若李若教授能早十年投身軟件研發(fā)，我國(guó)國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件的起步或許會(huì)更早，成果也可能更為豐碩。

張鈺勃求學(xué)期間，曾能在電腦前連續(xù)工作十幾個(gè)小時(shí)專注編程，這份執(zhí)著與堅(jiān)守令人敬佩。編程是一項(xiàng)艱辛的工作，但對(duì)于真正熱愛的人而言，其中的成就感與歸屬感無可替代，李若教授同樣具備這份專注與熱忱。

最后，我想談?wù)効茖W(xué)軟件與人才培養(yǎng)的結(jié)合。北太天元這類優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件，應(yīng)當(dāng)深度融入高校教育體系，不僅面向數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生，更應(yīng)向文科學(xué)生等非數(shù)學(xué)專業(yè)群體普及。如今已進(jìn)入大語言模型時(shí)代，編程不再是專業(yè)人士的專屬——我不久前訪問加拿大UDC時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)乜脊艑I(yè)的學(xué)生都在學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)與編程技術(shù)。借助自然語言輔助編程，機(jī)器能極大降低編程門檻，讓更多人受益。

我們應(yīng)當(dāng)開設(shè)兩類針對(duì)性課程：一類是面向數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)的學(xué)生，如李若教授目前正在推進(jìn)的專業(yè)軟件課程；另一類則面向無數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生，通過Python等基礎(chǔ)語言教學(xué)，結(jié)合人工智能驅(qū)動(dòng)的代碼生成技術(shù)，讓他們無需深入掌握數(shù)學(xué)理論，就能運(yùn)用軟件解決實(shí)際問題。例如，如何通過軟件生成界面、開展大數(shù)據(jù)分析，讓考古、語言、傳媒等領(lǐng)域的從業(yè)者也能借助數(shù)學(xué)工具挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。

若能成功開設(shè)這類普及性課程，讓更多人受益于科學(xué)軟件，北太天元必將煥發(fā)出更強(qiáng)大的生命力。

結(jié)語部分，我想提出幾點(diǎn)思考：如何充分發(fā)揮我國(guó)海量數(shù)學(xué)人才的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)科學(xué)計(jì)算軟件發(fā)展？如何平衡追趕國(guó)際先進(jìn)水平與自主研發(fā)的關(guān)系？如何讓更多科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為具有實(shí)用價(jià)值的科研軟件與工業(yè)軟件？基金委的領(lǐng)導(dǎo)今天也在場(chǎng)，美國(guó)基金委早年支持的諸多項(xiàng)目，最終都成功轉(zhuǎn)化為軟件產(chǎn)品，我國(guó)能否借鑒這一經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化相關(guān)機(jī)制？如何通過簡(jiǎn)單易用的課程體系，讓國(guó)產(chǎn)軟件真正落地生根、廣泛普及？

以上就是我的分享。

謝謝各位！