国产工业软件算法专家系列之孙家昶（中国科学院软件研究所研究员）

孙家昶研究员是中科院软件所高性能计算研究方向的首席研究员

20世纪70年代发明圆弧样条，应用于国产大飞机“运10”的外形设计，学术上曾参与苏步青教授开创的我国计算几何学；80年代访美三年（耶鲁大学计算机系，加州大学UCLA数学系，Minnesota超级计算机研究所(MSI)等）,研究特征值问题，奇性差分方法及区域分解并行算法；回国后先后组建中科院计算中心与软件所的并行计算学科，研制具有自主知识产权的数学库与油藏数值模拟等并行软件，2001年领衔获国家科技进步二等奖。

他长期从事高性能应用与算法的基础研究；曾在美国耶鲁大学计算机系、明尼苏达超级计算研究所、UCLA数学系等学术访问多年；曾任软件所学术委员会主任。出版了《网络并行计算与分布式编程环境》等学术专著，他主持的“高性能分布式并行数值代数软件研究与开发”项目曾获国家科技进步奖二等奖。他是计算几何领域资深专家，并获得2018年中国工业与应用数学学会苏步青奖。

历史资料：

  从1974年起，复旦大学苏步青先生为江南造船厂设计了船身放样曲线光顺算法，中国科技大学常庚哲老师为贵州安顺飞机厂用孔斯曲面构造歼击机的机头罩和进气道曲面外形，北航熊振翔老师等为沈阳飞机厂建立了歼击机的全机外形数学模型，中科院计算中心孙家昶老师为上海飞机厂设计了机身曲面光顺算法等。

中国工业与应用数学学会访谈：

2018 年9月14 日，第七届CSIAM 苏步青应用数学奖在成都颁奖。中国科学院软件研究所的孙家昶研究员获此殊荣。本文是根据对孙家昶研究员的采访稿整理而成。

孙家昶1964 年于中国科学技术大学应用数学系毕业，考入中国科学院计算技术研究所研究生。1970 年，他承接三机部六院“飞机外形的数学模型”课题，当时被戏称为“三无课题”（没有任务书、没有指标、没有经费）。这个课题开启并影响了他以后30年的研究方向。2013年上海文化出版社出版的中国第一架大型喷气客机研制纪实丛书《难忘的运10》 中提到该团队“…对飞机整体进行了总体设计和当时国内首次数字化的模拟…合力开创了我国大规模使用计算机进行飞机模型仿真的先河”。

20世纪60年代左右，由于航空、造船、机械设计和制造等行业应用计算机辅助设计的需要，逐步形成了一个新的计算数学分支------ 计算几何。“1974 年3月，……美国犹他大学举行了CAGD第一次国际会议，标志计算几何学科的形成，……该会议的论文集由《国外航空》编辑部于1978 年组织常庚哲、孙家昶、熊振翔等人翻译发行”（复旦大学出版社------《苏步青传》，2012 年）。同年，苏老在复旦大学主持了首个计算几何讨论班，孙家昶是该班的主要成员之一；1980 年受中国航空学会邀请，孙家昶代表我国赴英国首次参加国际CAD 展览会。

计算几何与样条函数有着密切联系。孙家昶1974年发表的第一篇学术论文“样条函数及其在计算方法中的某些应用”。征得冯康先生同意，首次把英文“Spline”一词翻译成“样条”，成为我国学术界共识并沿用至今。1977 年发表在《数学学报》的“局部坐标下的样条函数与圆弧样条曲线”文章，对于“大扰度”曲线或多值曲线插值问题采用了几何内在坐标来代替整体坐标，利用局部坐标变换转化为弱非线性问题，同时设计了有效的非线性求解器，证明了算法的逼近阶。1982年12 月孙家昶于科学出版社出版了《样条函数与计算几何》一书，该书叙述了样条函数和计算几何的基本理论和方法，同时，总结了孙家昶几年来在该领域中的研究成果，2016 年作为典藏版再次出版。

在访谈中，孙家昶说：“数学应用是把数学方法用在实际应用问题中，使用的方法好坏会直接影响解决问题的效果。如果及时把好的方法提炼成理论，这类数学的应用就成了应用数学。所以应用数学是要找到最好的方法解决问题。然而如果给应用数学下定义，9个人可能有10个答案”。

孙家昶于上世纪80年代作为高级访问学者赴美考察并行计算（耶鲁大学计算机系，加州大学UCLA 数学系，Minnesota 超级计算机研究所（MSI）等）。回国后组建了中国科学院计算中心的并行计算团队，后转入软件所成立并行研究开发中心（RDCPS）。该中心之后更名为并行软件与计算科学实验室。从实验室成立就开展了面向体系结构的高性能可扩展数学库的研究和开发，先后应用于日立系统、曙光系列、国产申威系列处理器等。同时研究“大规模整体油田的精细油藏数值模拟”，利用曙光系列等国产高性能计算环境，进行了百万节点精细油藏模拟计算，并应用于大庆油田、胜利油田等。1995 年与中科院物理所、生物物理所一起成立曙光1000“并行特征值”攻关团队，完成了广义本征值分解并应用于非线性光学晶体LBO 及天然DNA 片段的电子结构计算。孙家昶提出了“黑匣子并行”的思想及并行方案，同事在理论上证明了若干收敛性定理，为保证计算结果的正确性及准确预估迭代时间提供了可靠的理论保证（见人民日报（海外版）1996年3月30日）。该成果在“863” 十周年展览会上展出，为曙光并行计算机系统后续研制的立项提供了有力证据。

孙家昶在采访中也说道：“学数学的人要学会刨根问底。不仅要注重数学与其他学科的交叉，也要重视数学内部的交叉。搞应用数学的年轻人要重视基础数学，可以互相借鉴用来解决问题”。在研究的道路上，孙家昶一直本着用数学的思维和方法做应用问题，透过现象看本质。无论是从理论还是实践，他一直关注研究方向上国际最前沿的进展。他还为中国科学技术大学50 周年校庆撰写了50万字专著《非传统区域Fourier 变换与正交多项式》（中国科学技术大学出版社，2009 年）。

在并行计算领域，孙家昶带领研究团队获得了一系列重大成就。“高性能分布式并行数值代数软件研究与开发”于2000 年获得国家科学进步二等奖。2016 年，孙家昶的博士研究生杨超的团队领衔为我国首次获得了国际高性能计算应用最高奖------ 美国计算机学会“戈登·贝尔”奖，被我国计算机界权威人士认为实现了我国高性能计算领域里程碑式的突破，是数学、计算机与应用领域完美结合的范例(国家自然基金委《基金要闻》)，成果入选两院院士评选的“2016 年中国十大科技进展新闻”。同时，孙家昶是2017 年中科院杰出科技成就奖“国产P/E 级高性能软件与算法库研究集体”两位突出贡献者之一。