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首届计算机生的回望--李凯
来源:吉林大学《闻雁集》四十三:李凯 发布日期:2025/12/15 点击量:

在吉林大学迎来建校八十周年之际,应张希校长之邀,我以此文,将一段跨越半个世纪的记忆重新打开,和校友们分享。

一、从冶炼厂到吉大

1970年,由于“文革”导致高中停办,我们80名初中生被集体分配到位于宽城区杨家崴子的长春第二有色金属冶炼厂,年仅十六岁的我便成为了冶炼厂的一名新工人。车间里粉尘与浓烟常年弥漫,冶炼的炉火昼夜不息。每周工作六天,需要昼夜颠倒的“三班倒”。尽管环境艰苦,我对学习还有兴趣。我从旧书店买到高中自学丛书,利用工作休息时间和周日,断断续续学数学、物理和化学。也正因为缺书、缺老师、缺时间,学习对我来说反而变成了一种本能的愿望。

1973年,国家在首届推荐制“工农兵学员”的基础上,试行加入考试并将推荐名额增加到三倍。全厂四百多人只分到一个推荐参加考试的名额。因厂里条件艰苦,近四成工人为刑满释放人员,有背景的青年不会被分到这个厂;再加上很多人知道我平时学习,这个名额最终给了我。然而那一年恰逢“张铁生交白卷”事件,许多地方在录取新生时不重视考试成绩。幸运的是,吉林大学在长春招生主要依据考试成绩。正因如此,我才有机会作为第二届“工农兵学员”进入吉林大学。收到录取通知书那天,我心情久久不能平静。直到第一次站在吉大老数学系楼前,那种真实感才真正落地——我的新生活,就是从那里开始的。

二、学科创立与影响我的老师们

(一)学科创立(与普林斯顿大学的渊源)

吉林大学计算机科学的发展,与王湘浩教授的远见和贡献密切相关。王教授于1946年去普林斯顿大学数学系读研究生,1949年获得博士学位,是代数领域的专家。值得一提的是,“计算机科学理论之父”和“人工智能(AI)之父”艾伦·图灵(Alan Turing)也于 1938 年在同一系所取得博士学位。

在他求学期间,普林斯顿大学聚集着众多大师——除了数学界的先驱之外,“现代物理学之父”爱因斯坦(Albert Einstein)和“计算机之父”冯·诺依曼(John von Neumann)也都在该校数学系工作,后来转到普林斯顿高等研究院(IAS)。虽然我没机会听王教授讲述他在普林斯顿的经历,但可以想象,那样的环境必然给予他深刻的影响,也为他回国后创建吉林大学数学系和计算机学科奠定了高起点。

回国后,王湘浩教授于 1952 年主持创建吉林大学数学系,是首任系主任。1958 年起,他带领团队研究计算机和控制论,在国内最早提出要开展人工智能研究,在定理机器证明方面做出了贡献,被称为中国AI领域的开拓人。

1972 年,在他的推动下,数学系开设了“控制论专业”;1976 年发展为独立的计算机科学系;1977 年陆续更名为“程序设计专业”和“计算机科学专业”。我非常幸运,成为吉林大学计算机科学专业首届 22 位毕业生之一。

1 吉林大学计算机科学专业首届毕业班及教师合影(李凯中排左七)

(二)初创时期的老师们

尽管“文革”使教学和科研中断多年,但吉林大学早期参与计算机研制的核心师资力量依然保留下来。除了王湘浩教授之外,给我留下深刻印象的老师还有罗铸楷、管纪文、刘叙华、周长林和苏运霖。除苏老师外,他们几乎都是王教授亲自培养的人,被视为吉大计算机学科的奠基者。

王湘浩教授的课至今让我印象深刻。他总带着一本掌心大小的笔记本,开讲前只低头看一眼,就能讲上几十分钟,并在黑板上写满推导与结构,仿佛整堂课的内容都浓缩在那一页纸上。他的语言精练、逻辑严谨、毫无赘述,对我后来培养严密的思维方式影响极大。

罗铸楷老师和刘叙华老师教授我们逻辑设计。罗老师不仅数学基础深厚,还拥有丰富的工程设计经验。后来他在多值逻辑、代数理论、电路实现方法与开关理论等方面提出了许多原创性的思想,在国内逻辑设计理论领域具有重要影响。

刘叙华老师授课严谨,善于从数学角度理解和优化逻辑设计。他后来对定理机器证明、自动推理等方向有开创性的贡献,成为国内离散数学、定理证明、模糊逻辑与推理方面的专家,被视为中国人工智能研究的早期开拓者之一,并担任过吉大“符号计算与知识工程教育部重点实验室”的主任。

管纪文老师知识面极广,对算法、离散数学、数据结构、机器语言以及符号计算(symbolic computation)都颇为精通。管老师曾任计算机科学系主任。苏运霖老师相对年轻,在印尼接受教育,算法基础扎实,英文很好,阅读大量国外文献。当年他和管老师共同翻译了图灵奖得主 Donald Knuth 的名著《计算机程序设计艺术》(前三卷),在国内影响很大。

周长林老师是当时国内最有声望的操作系统专家之一。那时国内几乎没有操作系统教材,学习操作系统主要依靠阅读国外机器的二进制代码,再反向推导其结构与设计思想——这是今天的学生很难想象的。周老师在此方面极有天赋。他平日爱抽烟,常常是一口烟的工夫,就能从一段复杂的二进制代码推回程序流程图及数据结构。他编写的操作系统教程在国内影响甚广。

此外,我对张屹山老师也记忆深刻。他担任我们班的辅导员,负责班级管理,使我们在政治动荡时期仍能得到妥善关照。后来,他是吉林大学商学院的主要创建者之一,并于 1996—2008 年担任院长,为学校的学科建设与发展作出了重要贡献。

1981年我申请赴美攻读博士学位时,国内还没有托福或 GRE 考试,吉林大学也不提供正式成绩单。为了准备申请材料,我特意从北京飞回学校请求系里协助办理成绩单。但系里当时并没有保存课程成绩记录。最后,还是这些曾经教过我的老师从各自保存的记录找回我的成绩,才帮助我整理出一份可用于申请的成绩单。若没有他们的支持与付出,我根本不可能完成赴美申请,更无从踏上后来的人生道路。

三、课外机会

由于“文革”期间没有研究生教育,老师们把所有精力放在我们首届本科生班上,希望我们能够参加一些设计工作和科研项目,因此我们获得了一些难得的实践与交流机会。全班曾前往吉林通化无线电厂,那里的主要技术人员是王湘浩教授指导过的学生。指导我们学习早期计算器的设计,并参观磁环存储器的制作工艺。教研室老师与该厂合作造了一台早期的计算器。

图2 全班同学在通化实习期间合影(李凯后排右三)

记得我们学习期间,吉大进口了一台Data General Nova 的 16 位计算机,我们和老师们一起学习机器设计。系里承担了为北京某工厂设计一台仿 Nova 计算机的项目。以今天的眼光来看,这个项目并不复杂,但在当年却很有挑战性——中国刚刚开始使用小规模集成电路(IC),也就是触发器是基本设计元件。此外,还需要设计操作系统、编译程序以及相应的应用软件。那时我们全班随老师们一起赴北京,到工厂了解实际的应用需求。

那时第四机械工业部第十五研究所也在开展类似项目,教研室的老师们开始与他们交流硬件与软件设计的经验。我们全班再次前往北京访问十五所。恰逢唐山大地震,我们临时住在十五所的几间教室里,夜里打地铺,白天仍向研究人员学习他们正在开展的科研工作。后来班里有几位同学毕业后加入了十五所,成为那里的科研人员。

通过这些经历,我们直接接触了当时的工业环境与应用场景,对本科生而言极为珍贵。

计算机专业刚刚成立,在当时政治环境仍不稳定的背景下,仍能为本科生争取深入工厂和科研院所的实践机会,实属不易。这不仅需要得到合作单位的支持,也需要经费保障,是老师们费心争取的结果。即便放在今天,要组织大规模本科生开展类似的实践交流,也并非一件容易的事。

也正是在这些经历中,我对软件与计算机操作系统的兴趣逐渐加深,后来成为我研究工作中的重要方向之一。

四、“秘密”项目

在吉大期间,最锻炼我设计和工程能力的,是两个“秘密”进行的项目。

(一)重新设计计算机

在仿 Data General Nova 的计算机设计项目中,我们全班被分成若干小组,分别负责不同模块的逻辑设计。项目负责人罗铸楷老师很快发现,许多组的设计存在错误,其主要原因在于大家经验有限,完全依靠手工进行逻辑设计,缺乏系统化的设计与验证工具。

罗老师注意到我的设计比较细致,于是私下找到我,希望我在寒假中协助他重新完成整机的逻辑设计、系统验证以及相关图纸的绘制。我欣然答应了,于是埋头投入这项工作,每天傍晚都会到系里向罗老师汇报当天的设计进展。他教给我许多课堂上学不到的内容,例如逻辑设计必须考虑每个部件的负载能力,比如一个触发器(flip-flop)究竟能驱动多少逻辑部件。从数学角度出发优化并不考虑负载,所以数学上最优的设计必须修改为工程上可靠的设计,才能造出真正的计算机。

在当时的政治环境下,专注技术工作本身就带有一定风险,因此整个过程必须低调进行,不能向其他同学或老师公开。然而,正是这次难得的经历,给了我从零开始设计并验证一台完整的计算机的机会,这对我后来从事计算机系统研究产生了深远而持续的影响。

(二)自制电视机

上世纪七十年代的长春只有两个电视台,电视机既稀少又昂贵。我从小对电子硬件有浓厚兴趣,于是与同学汪海耕利用课余时间,尝试自己动手制作电视机。为了学习电路结构,我们采用了一半电子管、一半晶体管的混合设计。汪海耕家离系里很近,自然而然成了我们的“实验室”。

材料的获取是第一道难关。混合设计需要各种不同类型的电子元件,而我们又必须尽量节省费用,这让准备工作格外困难。我们常去长春唯一的旧货电子店购买电子管、晶体管和其它零件。有一次,我用低价买到批量淘汰的二极管和三极管,后来发现其中可用的不到5%。如果要为某个电路从几百个晶体管中逐一筛选出满足漏电和频率要求的器件,工作量巨大。为了解决这个问题,我们自己设计并制作了一个可以快速测试晶体管参数的万用表。这台自制仪器后来成为我们最常用、也最重要的调试工具。

买不到的关键部件就必须自己制作。由于电视机的不同电路需要多种电压,我们需要两个主要的变压器,但市场上完全买不到。一是同时为晶体管电路提供低压、又为电子管电路提供数百伏高压的电源变压器;二是用于显像管扫描的万伏高压变压器。为了制作这些变压器,我们先学习设计原理,再想办法寻找材料,最后手工绕制。尤其是万伏高压变压器,挑战较大又耗时间。最初制作的版本出现漏电、打火花的情况,我们经过多次失败、反复摸索,才最终制作完成。

调试阶段需要高频测量仪器,这类设备昂贵,无法自制。我们只好去请教从事硬件研究的罗铸楷老师和刘叙华老师。他们听说我们居然想自己做电视机,先是有些意外,但很快便表示支持,并介绍我们去他们曾合作过的物理系实验室使用那里的高频仪器。鉴于当时的环境,两位老师为我们严格保密,我们大多在周日去调试。

经过反复调试,两台没有外壳的电视机终于做成了。我记得和几位朋友一起,用自己制作的电视机收看了周恩来总理遗体告别的新闻。自制电视机的经历不仅锻炼了我的动手能力和坚持解决问题的毅力,也在心理层面上为我后来从事复杂计算机系统设计和工业产品研发打下了重要基础。

多年以后,耶鲁大学计算机系教授 Josh Fisher 告诉我,我是首批申请计算机科学博士的中国大陆学生,系里对大陆学生和教育体系也不了解。但我在申请材料中写到自制电视机的经历,让系里的老师们相信我对硬件有一定理解,也具备动手实现复杂系统的能力。于是他们决定录取我,看看中国学生的潜力如何。就这样,我成为耶鲁大学计算机系第一位来自中国大陆的博士生。

这个经历使我体会到,我的重要的成长,主要源于独立的探索与实践。

五、几位同学的回忆

(一)徐进

我写一篇小文纪念管老师吧!

时间是在1976年4月至8月期间,我们已经是大学三年级了,全班来到北京15所(华北计算技术研究所)实习。当时的带队指导有管纪文老师。他每天清晨在15所的院子里跑步一圈后,会来到一个安静的空地打太极拳。4月的北京初春,清早带着一丝寒意,管老师穿着单薄,精神抖擞,反复地搓手跺脚,活动四肢后,开始卖力地打太极拳,他每招每式都准确到位,一丝不苟。

我们几位女同学看到管老师那几乎可以算是优美的动作,不由自主地跟在他身后学着比划了起来。没几天,从几位女同学到全体女生,都加入了进来。每天清晨我们都跟着管老师比划太极拳。日复一日地坚持着。管老师明明知道我们一帮在后面跟着做,但他从不停下来,从不单独分解每一个动作来指导我们,而是旁若无人地、连续认真地做着太极拳12式的整套动作。但后来,他从做一遍增加到做两遍、三遍,没有任何语言上的交流,只是不停地、一遍又一遍地做着。就这样,他天天练,我们天天跟,居然,我们都能完整地完成12式太极拳了!并且对动作里的连续性、招架、亮相方式也似乎都悟出了一定的感觉。

之后,我们毕业、工作、生活,太极拳始终伴随着我。除了它本身动作里的刚柔度极具锻炼性,还有在学习过程中身教胜于言传的道理,所带给我的人生启示终身难忘。

(二)倪翠华

我记忆中管老师的太极拳是杨氏88式太极拳,一套打完需要半个小时,打完全身特别舒服,对身体健康很有好处。什么时候开始的我不记得了,只记得我们在教室外面的平台上和其它地方也都跟着管老师打过太极拳。

毕业以后,大概在1986年春夏之交的时候,我在去往山东烟台参加一个会议的列车上偶遇了同在一节车厢的管老师,在一起聊了很长时间,别提有多开心了!

(三)杨宪

记得我们二年级时,大概是74年的春天,学校为了做一期国产主播老教授与学生之间的互动交流的宣传,派我去与王湘浩教授拍一张教授辅导学生的照片,拍照时,由于我太过紧张连手都不知道如何摆放,摄影师拍了几张都不满意(那时的胶片是很贵重的,我觉得浪费了胶片非常自责),我紧张得直冒汗,看到我的紧张不自信,王教授非常慈爱暖心地告诉我,不要紧张,就当没有拍照这件事,只听老师讲课就好,听了他的话,我放下紧张情绪,终于拍下了一张摄影师满意的老教授耐心辅导学生的宣传照。通过这件事我也对老一辈知识分子的平易近人精神所感动,让我至今难忘!

(四)赵树声

提供一件王湘浩老师的事。记得我们去通化无线电厂实习吧,王老师同我们在厂食堂排队打饭,老人家一级教授,他工资360元,我跟他说:“您可以想吃啥就叫食堂给您做,思想上和我们学生同吃同住就行了”。后来他就不用和我们排队打饭了,在食堂里面单独吃饭。我记得老人家一个很早毕业在通化市工作的市领导邀请老人家到英额布水库玩,他说把我们都带上,那天中午招待我们一顿鱼宴。

那个年代称师生为“同一个战壕战友”,苏运霖老师是印尼华侨,他是吉林日报社特约记者,我们七四年下乡到长春九台放牛沟公社黑林子大队,和农民一起劳动,在那吃派饭,苏老师还在吉林日报社投稿。

(五)李曦瞳

我记得,当时数学系几个专业的同学一同去百家屯农场劳动的趣事。我们是在农场插秧,大家都特别努力干活,还特别会干,就是因为干得好,不怕苦不怕累,农场给我们杀了一头猪,当时我们班同学吃的老香了。

六、吉大之后

从吉林大学毕业后,我的人生迎来了不断学习和探索的机会:

1977年:吉林大学计算机科学专业首届毕业生;

1978年:考入“文革”后中国科学院首届研究生班;

1981年:成为首位赴耶鲁大学计算机系攻读博士学位的中国大陆学生;

1986年:成为首位获得耶鲁大学计算机科学博士学位的大陆学生,同年加入普林斯顿大学计算机科学系任教,成为该系首位来自中国大陆的教师。

三次重要的技术范式变革

在几十年探索的道路上,我有幸参与并推动了计算机领域三次具有深远影响的范式变革:

1.从专用并行机到大规模通用服务器集群的转型(1985-1995): 在这一转型之前,大型计算主要依赖昂贵而封闭的专用并行服务器,远不能满足大规模互联网服务的需求。我是最早提出利用通用服务器集群构建高性能系统的几位研究者之一。1986 年的博士论文中,我提出并演示了“分布式共享内存”(DSM),使分布式系统能够像共享内存并行机一样编程。随后,我在普林斯顿的科研组研发了用户级 DMA,将集群通信延迟降低两个数量级,是今日用于大型高性能服务器集群的 RDMA 技术的前身。这些工作推动了从“向上扩展”到“向外扩展”的模式转变,为今日的云计算、搜索服务、AI大模型训练用的超大规模数据中心的分布式计算架构提供了关键技术基础。

2.从磁带库到去重磁盘、闪存与云存储的转型(2000-2010):2000年前,数据中心的备份需要的巨大存储依赖磁带库,效率低、可靠性差且占空间庞大。2001 年,我带头创立了 Data Domain 公司,带领团队开发了大规模数据去重技术,可将备份数据需要的存储空间减少 20-100 倍,使磁盘与云存储首次在成本与性能上全面超越磁带。几年内,数据中心从离线磁带库全面转向在线去重存储系统,Data Domain 也占据了国际市场60% 以上的市场份额,长达十几年。我们的工作主导了从传统磁带库向高效去重磁盘和云存储系统的范式变革,使得去重成为企业闪存和云存储系统的核心技术。

3.从传统机器学习到深度学习革命 (2007-2012):在深度学习热潮之前,计算机视觉依赖工程特征和小规模数据集,远不能处理复杂的真实场景。2007 年,我与李飞飞联合启动 ImageNet 项目,构建了包含 1400 多万张、2万多个类别的大规模视觉数据集,为大规模机器学习奠定了基础。随后,李飞飞启动了ImageNet 竞赛。 2012 年,基于神经网络模型的AlexNet 在比赛中获得突破性胜利。AI领域认为、ImageNet、 GPU和深度学习模型引发了“深度学习革命”,推动了现代 AI 与大语言模型的迅速发展。

由于这些工作的长期影响力,我于2012年当选美国国家工程院院士,成为计算机领域首位获此荣誉的中国大陆出身学者;2024 年 又被授予耶鲁大学研究生校友最高荣誉——Wilbur Cross Medal,成为该奖项首位来自中国大陆的获奖者。

图3 2012年,李凯(中间)当选美国国家工程院院士

图4 2024年,李凯(左一)获得耶鲁大学Wilbur Cross奖章

回望这些经历,其中有许多“首次”的节点,但都源自吉林大学当年给予我的起点、基础与机会。

七、回环与致敬

多年以后,我走上了普林斯顿大学的讲台,在王湘浩教授当年求学的校园里从事教学与科研,培养下一代人才。王教授是最早获得普林斯顿大学数学博士学位的华人之一,而我是第一位加入普林斯顿大学计算机科学系任教的中国大陆学者。两代人走过不同的时代与道路,却在吉林大学相遇、相连。

回望来路,吉林大学给予我的,不仅是知识与机遇,更是激发了深层的兴趣与好奇心,锻炼了我在困境中仍能坚持前行的力量。她改变了我的人生轨迹,也影响了许多像我一样在时代变迁中寻找方向的青年。

值此母校建校八十周年之际,谨致以由衷的敬意与祝福:

愿吉林大学继续为学生提供自由探索的空间与成长的土壤;

愿更多吉大学子在此找到属于自己的道路、方向与动力。

谨以此文,献给吉林大学建校八十周年。

李凯出生于中国长春,1973年入吉林大学学习,并于 1977 年获得学士学位。次年,他考入首届中国科学院研究生院,在那里逐渐确立了赴美攻读博士学位的志向。1981 年,他被耶鲁大学计算机科学系博士项目录取,成为文革后首批赴美国攻读博士学位的中国留学生之一,并于 1986 年获得博士学位。此后,他加入普林斯顿大学任助理教授,并一直在该校任教至今,现任普林斯顿大学保罗·韦瑟斯55届及玛西亚·韦瑟斯86届捐赠讲席教授(Paul M. Wythes '55, P'86 and Marcia R. Wythes P'86 Professor)。

曾荣获多项学术殊荣,包括在计算机领域获得八项“高影响力论文奖”或“时间检验奖”(这些奖项用于表彰发表于十年以上、并长期影响本领域发展的论文)。当选为美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士和中国工程院外籍院士,同时获得耶鲁大学研究生校友最高荣誉 Wilbur Cross 奖章。

——转自吉林大学《闻雁集》四十三:李凯



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