如果把人的大腦比作一臺(tái)計(jì)算機(jī)，那么北京大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院楊仝老師的大腦似乎總在運(yùn)行一個(gè)名為科研的程序。無論是日常通勤、飲食休息，還是睡夢(mèng)中，他都不停思考著科學(xué)研究的前沿難題。

這種近乎本能的思考狀態(tài)，來自于他一路走來的科研軌跡。學(xué)生時(shí)代的楊仝，是許多人眼中的“天才少年”——用三年在清華拿到博士學(xué)位，在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所訪問一年，之后便來到北大繼續(xù)科研之路。

近年來，楊仝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)表CCF A類論文100多篇，與華為、小米、360、開物等多家企業(yè)展開合作，并成立了三個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，持續(xù)推動(dòng)研究成果轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的有效工具。在與華為的合作中，已累計(jì)6次獲得華為“難題揭榜”火花獎(jiǎng)。

作為北大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，楊仝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在2018年發(fā)表北大首篇SIGCOMM頂會(huì)論文，2025年提出全球首個(gè)復(fù)數(shù)基座大模型和首個(gè)復(fù)域變換方法（實(shí)數(shù)大模型與復(fù)數(shù)大模型雙向等價(jià)轉(zhuǎn)換）。數(shù)年時(shí)間內(nèi)，多次應(yīng)用經(jīng)典數(shù)學(xué)理論，實(shí)現(xiàn)獨(dú)具理論美感的算法創(chuàng)新與落地，例如費(fèi)馬小定理+Sketch、四色定理+過濾器......

楊仝的科研團(tuán)隊(duì)也在不斷吸收著一批批優(yōu)秀同學(xué)加入，其中不乏拿國(guó)際競(jìng)賽金牌的同學(xué)。實(shí)驗(yàn)室里跳動(dòng)的代碼和公式，搭載大模型靈活移動(dòng)的機(jī)器人，都是這支不斷壯大的團(tuán)隊(duì)用AI技術(shù)貢獻(xiàn)社會(huì)、服務(wù)國(guó)計(jì)民生的生動(dòng)印記。

北大PKU-DS實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生

楊仝（左）指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室學(xué)生調(diào)試搭載大模型的機(jī)器人

01

大道至簡(jiǎn)

- 給大模型做“減法” -

近年來，AI大模型迅速發(fā)展，但其部署仍面臨“成本高、功耗大”的瓶頸。要想降低部署空間與費(fèi)用，推動(dòng)大模型在手機(jī)、機(jī)器人等終端設(shè)備上普及應(yīng)用，發(fā)展高效的輕量化方案已成為關(guān)鍵需求。這也正是楊仝團(tuán)隊(duì)全力攻克的技術(shù)痛點(diǎn)。

團(tuán)隊(duì)最初在實(shí)數(shù)軸上反復(fù)嘗試，微軟的方案是0和±1，看似合理，卻浪費(fèi)了25%的空間；換成±1、±2，實(shí)驗(yàn)效果又大打折扣。實(shí)數(shù)軸上想找4個(gè)對(duì)稱、合理又高效的點(diǎn)，根本做不到。

面對(duì)難題，楊仝的思索停不下來。在一次開車通勤時(shí)，一個(gè)靈感在他的腦海中閃過：“橫坐標(biāo)加縱坐標(biāo)，不就有天然完美的四個(gè)點(diǎn)嗎？+1、-1、+i、-i，取±1的時(shí)候，虛部是0，取±i的時(shí)候，實(shí)部是0，對(duì)稱又簡(jiǎn)潔。矩陣乘法還簡(jiǎn)化成了實(shí)部和虛部的加法，沒有比這更理想的組合了！”這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓他興奮不已。

但靈感也只是開始，落地的路上密布荊棘：復(fù)數(shù)大模型是全新方向，領(lǐng)域內(nèi)沒有任何可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。十月份想到的idea，到來年三月份才拿到算力。開始預(yù)訓(xùn)練時(shí)，90%以上都以失敗告終，高昂的租卡成本也帶來巨大的壓力，有時(shí)團(tuán)隊(duì)甚至覺得堅(jiān)持不下去。計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)胡振江老師曾鼓勵(lì)青年學(xué)者“要做第一且唯一的研究”。大模型領(lǐng)域“第一且唯一”的方向少之又少，而復(fù)數(shù)大模型正是這樣的創(chuàng)新，這讓團(tuán)隊(duì)的決心歷久彌堅(jiān)。

除此之外，支撐他們熬過反復(fù)失敗的，是對(duì)復(fù)數(shù)模型的第一性直覺——“模型的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)本身很漂亮，而且自然界中大量信號(hào)天生就是復(fù)數(shù)形式，有模長(zhǎng)、有輻角，這種貼合自然的設(shè)計(jì)，沒理由做不成?！?strong>經(jīng)過不懈努力，楊仝團(tuán)隊(duì)提出的新方案最終落地，推出Fairy系列大模型，用復(fù)數(shù)將矩陣乘法完全消除，轉(zhuǎn)化為能耗低一個(gè)數(shù)量級(jí)的加法。這種底層技術(shù)創(chuàng)新，源于楊仝對(duì)數(shù)學(xué)美感“大道至簡(jiǎn)”的執(zhí)著追求。

《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》主編徐志偉老師評(píng)述復(fù)數(shù)模型的論文：妙在展示了團(tuán)隊(duì)的數(shù)學(xué)洞察、理論創(chuàng)新、技術(shù)突破。他們繼承了從黎曼到彭羅斯的智慧：復(fù)數(shù)有其獨(dú)特的奇妙。

楊仝講解iFary整體架構(gòu)

打開北京大學(xué)APP，“大模型試驗(yàn)場(chǎng)”一欄的FairyR1-32B-Preview模型，就出自楊仝團(tuán)隊(duì)之手。Fairy R1模型通過將參數(shù)量精簡(jiǎn)至DeepSeek-R1 671B滿血版的5%，實(shí)現(xiàn)極致輕量化的同時(shí)，保持了極高性能，最終在數(shù)學(xué)與代碼能力上超越DeepSeek-R1滿血版。

值得一提的是，在FairyR1之外，楊仝團(tuán)隊(duì)在“大模型做減法”方向上還有兩項(xiàng)代表性工作：iFairy探索復(fù)數(shù)域原生建模與極限量化下的性能上界，F(xiàn)airy2i則聚焦已有模型的低成本遷移與高效部署。兩條路線從不同方向推進(jìn)同一件事——讓大模型更輕、更省，同時(shí)盡可能保持高性能。

這個(gè)給大模型做減法的過程，合乎計(jì)算機(jī)的發(fā)展軌跡，從占滿幾個(gè)房間的巨型機(jī)，到如今能夠被每個(gè)人握在手心的手機(jī)，設(shè)備越來越小，也越來越普及。

“大模型必然會(huì)走同樣的路”，楊仝說，“從云端逐步下沉到企業(yè)局域網(wǎng)、筆記本，最終的目標(biāo)是讓大模型裝到手機(jī)這樣的小型終端里，或者按需部署到機(jī)器人、機(jī)器狗身上?！?/strong>

更珍貴的是，楊仝團(tuán)隊(duì)將iFairy和Fairy2i代碼、數(shù)據(jù)和模型全部開源，讓更多人能參與進(jìn)來，繼續(xù)探索這份“數(shù)學(xué)美感”背后的可能。

02

頂天立地

- “既仰望星空發(fā)表論文，也腳踏實(shí)地算法落地” -

“高科技應(yīng)做到‘頂天立地’?！笔峭踹x先生一生奮斗的信條?！绊斕臁奔床粩嘧非蠹夹g(shù)上的新突破，“立地”即把技術(shù)商品化，并大量推廣、應(yīng)用，而“頂天”是為了更好地“立地”。

楊仝科研之路的開始并不順?biāo)臁?015年，他來到北京大學(xué)做助理研究員，轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)測(cè)量這個(gè)新領(lǐng)域，起初的幾年論文幾乎全部被拒。當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)生都是年級(jí)里名列前茅的佼佼者，可新領(lǐng)域的陌生感、論文屢投屢拒的挫敗感，讓楊仝難免擔(dān)心：這些優(yōu)秀的學(xué)生會(huì)不會(huì)因?yàn)榭床坏匠晒x開？

讓他欣慰的是，這群學(xué)生選擇了堅(jiān)守，甚至常駐實(shí)驗(yàn)室潛心鉆研。終于，2018年，歷經(jīng)半年構(gòu)思和撰寫，楊仝團(tuán)隊(duì)成功發(fā)表了北京大學(xué)首篇SIGCOMM論文Elastic Sketch。SIGCOMM是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域公認(rèn)的頂會(huì)，“零的突破”分量不言而喻。

這篇破局之作中，最關(guān)鍵的突破源自睡夢(mèng)中的靈感?！爱?dāng)時(shí)突然想到，分流之后可以做一次壓縮，按理說壓縮會(huì)讓精度變差，但如果和直接構(gòu)建的結(jié)果對(duì)比，精度反而能提高，給人一種‘越壓越準(zhǔn)’的感覺?！?/strong>

一次次看似偶然的思維火花，源于長(zhǎng)期的艱苦思索，更源于對(duì)科研發(fā)自內(nèi)心的熱愛。他剛起床就立刻給學(xué)生周洋打去電話，迫不及待地分享這個(gè)思路。

最終，Elastic Sketch通過巧妙的壓縮設(shè)計(jì)，加速的同時(shí)不僅沒降低性能，反而實(shí)現(xiàn)了反超。相比當(dāng)時(shí)的主流方案，Elastic sketch的處理速度提升44.6~45.2倍，錯(cuò)誤率降低2.0~273.7倍，還能適配P4、FPGA、GPU等六大平臺(tái)，完成六種典型測(cè)量任務(wù)。

這成為楊仝“頂天”之路的堅(jiān)實(shí)一步，也打開了與華為“立地”合作的大門。華為南京邀請(qǐng)他參加“網(wǎng)絡(luò)天下論壇”做報(bào)告，報(bào)告結(jié)束后，華為的鄭曉龍博士主動(dòng)找上門，提議將論文中的新算法應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。不久之后，算法落地到華為芯片生產(chǎn)中。

與華為的合作一直持續(xù)了八年，楊仝透露，自從首個(gè)算法嵌入芯片，他與華為合作越來越順，并6次獲得華為火花獎(jiǎng)。所有合作項(xiàng)目中，80%都被評(píng)為優(yōu)秀，而華為項(xiàng)目的優(yōu)秀率通常不到10%。

六次火花獎(jiǎng)

2023年

在珠峰會(huì)戰(zhàn)難題“IPv6數(shù)據(jù)面查找算法”中提出降低片內(nèi)內(nèi)存的高價(jià)值方案

2023年

在高性能難題“基于微流的高性能轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度模型”中提出高價(jià)值方案

2023年

在珠峰會(huì)戰(zhàn)難題“[自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)]資源約束下百萬數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)/篩選算法”中提出高價(jià)值方案

2024年

在華為云難題“[網(wǎng)絡(luò)測(cè)量]面向海量真實(shí)業(yè)務(wù)流的軟硬協(xié)同測(cè)量技術(shù)”中提出了高價(jià)值的架構(gòu)與算法

2024年

在算力會(huì)戰(zhàn)難題“MOE訓(xùn)練的動(dòng)態(tài)專家負(fù)載預(yù)測(cè)技術(shù)”中提出高價(jià)值方案

2025年

在珠峰會(huì)戰(zhàn)難題“網(wǎng)算協(xié)同推薦系統(tǒng)卸載算法”中提出了高價(jià)值算法

近期楊仝團(tuán)隊(duì)提出AgentRob框架，打通了LLM智能體落地物理世界的新路徑。該框架實(shí)現(xiàn)在線論壇、LLM智能體與物理機(jī)器人三方貫通，用戶只需在論壇中@機(jī)器人，即可直接調(diào)度現(xiàn)實(shí)中的機(jī)器狗、人形機(jī)器人完成任務(wù)。它將智能體與機(jī)器人的交互融入人類可讀的社會(huì)語境，有效驗(yàn)證了社區(qū)驅(qū)動(dòng)式機(jī)器人協(xié)作的可行性。（論文地址：https://arxiv.org/abs/2602.13591 開源代碼GitHub：https://github.com/PKULab1806/AgentRob）

近年來，楊仝團(tuán)隊(duì)發(fā)表CCF A類論文100多篇，和小米、360、開物等多家企業(yè)均有合作，并成立了3個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，堅(jiān)持把研究成果轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的有效工具。從科研“頂天”到應(yīng)用“立地”，印證了“科研既要仰望星空，更要腳踏實(shí)地”的初心。

03

師門傳承

- “我們實(shí)驗(yàn)室沒有改不好的bug” -

學(xué)生時(shí)代，楊仝是不折不扣的“天才少年”，曾在全國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)頂尖的三個(gè)地方讀書和工作：在清華讀博，用三年拿到學(xué)位；在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所做一年研究后，來到北大踏上研究員之路。

如今，楊仝的實(shí)驗(yàn)室匯聚了更多 “天才少年”，累計(jì)有百余名背景各異的學(xué)生。這里年齡最小的學(xué)生僅17歲，有IMO、IOI、IBO等多項(xiàng)國(guó)際競(jìng)賽金牌得主，還有高二就拿金牌、通過預(yù)科提前進(jìn)入北大的少年班學(xué)子。

管理高密度的天才可謂是千古難題。而在楊仝的實(shí)驗(yàn)室里，這群頂尖學(xué)子相互碰撞磨合，卻迸發(fā)出奇妙的化學(xué)反應(yīng)。楊仝笑著說，大家總覺得計(jì)算機(jī)學(xué)生偏內(nèi)向，不愛說話。而實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)生分成兩類，一類善于表達(dá)，一類沉默寡言。他們總能互補(bǔ)著形成“搭子”，讓實(shí)驗(yàn)室氛圍既活躍又踏實(shí)，各抒己見的同時(shí)能夠通力合作。

有時(shí)間就和學(xué)生飯?zhí)眉s飯，面對(duì)面溝通

在楊仝的引導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)室有如一個(gè)親密無間的大家庭。學(xué)生們根據(jù)研究方向分組合作，學(xué)生作為項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人與他高效對(duì)接工作。而楊仝自己則更像一個(gè)大家長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室百余名學(xué)生之眾，他仍能和每一位學(xué)生定期溝通。為此，他幾乎每天都與同學(xué)們一起約飯，了解每一位學(xué)生的近況。讓他欣慰的是，學(xué)生們不僅成為科研伙伴，私下里也親如家人，經(jīng)常聚會(huì)、出游，偶爾還會(huì)互相借住。遇到困難永遠(yuǎn)有人熱心幫忙，誰的代碼卡了殼，其他同學(xué)都會(huì)主動(dòng)幫忙debug，即使忙到深夜也從未抱怨。楊仝篤定地說，“我們實(shí)驗(yàn)室從來沒有修不好的bug”。

有事一起扛、有難一起解，這份默契讓這個(gè)匯聚“天才少年”的團(tuán)隊(duì)，不僅有頂尖的科研實(shí)力，更有令人感到溫暖的凝聚力，在探索未知的道路上穩(wěn)步前行。

“雖然沒有硬性考核，但看著實(shí)驗(yàn)室里這么多頂級(jí)學(xué)生，你會(huì)覺得不做點(diǎn)大事，都對(duì)不起他們的天賦”。這份責(zé)任感推著他不斷追求首創(chuàng)、追求極致。

楊仝與學(xué)生討論問題

生活中，他始終保持著規(guī)律的作息，每天7點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)起床，早早抵達(dá)學(xué)校。實(shí)驗(yàn)室的清晨格外安靜，正適合沉淀思考。稍晚的時(shí)候，各類項(xiàng)目會(huì)議、團(tuán)隊(duì)討論會(huì)陸續(xù)開始，排滿一整天，直到深夜才能告一段落。就在采訪前一晚，楊仝還在和團(tuán)隊(duì)討論如何使用GPU加速數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。在繁重的工作之余，楊仝堅(jiān)持健身、打乒乓球，保持頭腦清醒。

對(duì)他而言，科研從不是負(fù)擔(dān)，而是擁抱心底的熱愛。每一次靈感迸發(fā)、發(fā)表論文、獲頒獎(jiǎng)項(xiàng)，那種探索未至之境的享受，是任何東西都無法替代的。楊仝說，中國(guó)上下幾千年，科技高速發(fā)展卻只有最近幾十年，年輕人出生在最好的時(shí)代，也是最能做出最大貢獻(xiàn)的時(shí)代。他覺得，這代年輕人擁有前所未有的機(jī)遇，只要珍惜時(shí)光、追隨熱愛，就有可能為行業(yè)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展、國(guó)計(jì)民生貢獻(xiàn)巨大力量。

人物簡(jiǎn)介

楊仝，北京大學(xué)PKU-DS實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，北京大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院研究員、長(zhǎng)聘副教授，北京大學(xué)人工智能研究院研究員，教育部青年長(zhǎng)江學(xué)者，北大-小米大模型聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，北大-360大模型聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，北大-開物金如意人工智能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，北大臨港-九章云極大模型聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，北大臨港大模型研發(fā)中心主任。主要研究方向?yàn)榇笳Z言模型關(guān)鍵技術(shù)與概率數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)室云集了眾多優(yōu)秀本碩博學(xué)生100余人，包括IMO、IOI、IBO、IPHO、NOI、CMO、CNBO、CChO金牌。近年發(fā)表一作/通信作者CCF A類論文100+篇。提出首個(gè)復(fù)數(shù)大模型iFairy和復(fù)域變換Fairy2i，實(shí)現(xiàn)了2比特的量化精度超過了量化前16比特實(shí)數(shù)大模型。課題組研發(fā)的FairyR1模型以5%參數(shù)超越DeepSeek滿血版R1的數(shù)學(xué)和代碼性能，已在北大校園網(wǎng)提供大模型服務(wù)。獲得中國(guó)電子學(xué)會(huì)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第二）、6次獲得華為火花獎(jiǎng)（全國(guó)最多），1次奧林帕斯先鋒獎(jiǎng)。研究成果獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)網(wǎng)站4次報(bào)道、教育部科技發(fā)展中心1次。

來源 | 北京大學(xué)融媒體中心、北京大學(xué)科技開發(fā)部

采寫 | 駱錦錦、張矣可

圖片 | 朱成軒

排版 | 唐儒雅

編輯&責(zé)編 | 郭雅頌