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中国巨型机之父――慈云桂院士

发布时间:2014-01-24 浏览次数:

   河疑是九天来,妙算神机费剪裁。

  跃马横刀多壮士,披星戴月育雄才。

  慈云桂院士离开我们快15年了。他是我国计算机界的一代宗师,中国巨型计算机之父,国防科技大学计算机系、计算机研究所的创始人。慈云桂院士从研制电子管计算机开始,继而到晶体管计算机、集成电路计算机,又从一般大型机到“银河”亿次巨型机,他始终活跃在我国计算机科学技术与国防建设的最前沿。他与同事们共同奋战的经历就是一部中国计算机发展史的光辉篇章。

  耕读世家聪颖好学

  慈云桂,1917年生于安徽省桐城县杨树湾(今属枞阳县)的一户耕读世家。

  他自幼聪颖过人,5岁入私塾,7岁能文,8岁能诗。《滕王阁序》那样的长文听讲一遍,很快就能一字不差地背诵,有神童之誉而闻名乡里。13岁那年他以第一名的成绩考入桐城中学,入学后成绩优异,连年名列榜首。后因水灾与疾患而休学两年,其间他曾习武,以强身救国。18岁考入安庆高中,6个学期全部名列第一。

  1938年6月,安庆被日军攻陷。他正值高中毕业前夕,随学校被迫迁往九华山,毕业后又迁往湖南。沿途日机轰炸,目睹同胞惨遭杀害,他决心积极投身于抗日救亡运动。同年8月,他考取了西南联合大学航空系,但因病无法登程,只好借读于湖南大学机械系,后转入电机系。在湖南大学,他不仅各科成绩出类拔萃,而且在全校的数学、国文和英文竞赛中连获第一名,备受各方青睐。

  慈云桂秉性刚直、意志坚强、待人热情、生活俭朴,这些都与他青少年时期的经历和磨炼分不开。

  投身革命迎接解放

  1943年7月慈云桂大学毕业,8月被保送到昆明西南联大的清华大学无线电研究所做研究生,潜心于微波理论与雷达技术的研究。

  1946年1月至7月,他被选派赴英国考察雷达技术。8月,分配到已迁回北平(也就是现在的北京)的清华大学物理系,从事无线电实验室的创建工作。除研究工作外,他积极参加中共地下组织领导的革命活动。1948年北平解放前夕,他毅然放弃公费留美的机会,加入清华教职员志愿进城工作团,投身革命,迎接北平的和平解放。

  慈云桂的革命精神贯穿了他整个一生。他锐意进取、思想开拓、办事果断、作风踏实,讲求科学态度和实干精神。这种革命精神与科学态度的统一,为我们的时代造就了一位计算机事业难得的帅才。

  响应号召军校创业

  新中国成立以后,他响应国家号召,于1950年4月奔赴大连高等海军学校,任指挥系副教授。1953年任雷达通信系副主任,为培养我国第一批海军指挥员和通信专家作出了贡献。

  1954年11月,他被选调到当时的哈尔滨军事工程学院,任雷达教研室主任。1955年3月任电子工程系副主任。其间,他主持建成了雷达和声纳实验室,研制了我国早期的舰用雷达和声纳,为我国雷达和水声事业的发展起到了奠基作用。

  1956年,慈云桂加入了中国共产党。1961年他晋升为教授。

  年富力强的慈云桂工作魄力大,说话号召力强。他经常告诫他的学生和青年教师:“业精于勤荒于嬉,行成于思毁于随”,“书山有路勤为径,学海无涯苦作舟”。这也是他本人几十年治学生涯中一贯遵循的格言。

  901机冰城诞生

  1957年,中国科学院组织了一批科学家专攻数字电子计算机项目,正在前苏联和东欧访问的慈云桂也包括在内。回国后,他接受了研制鱼雷快艇指挥仪的任务。

  1957年7月,美国无线电工程师学会会刊上有一篇关于数字电子计算机的综述性文章,慈云桂读后很受启发,于是和同事一起研究,提出把数字计算机用于指挥仪的方案,并迅速组成了一个由柳克俊等人参加的计算机研制小组。

  1958年5月,他带领一个8人小组进驻北京中关村的中科院计算所,经过日夜奋战,模型试验告捷。1958年9月8日,代号为“901”的样机在哈尔滨诞生,这是我国第一台电子管专用数字计算机。

  901样机作为向国庆十周年的献礼在北京展出期间,周恩来总理和朱德、陈毅元帅等给予了高度的评价。周总理赞扬慈云桂等年轻人:“干得很有成绩嘛,要继续努力。”临别时还握着慈云桂的手说:“要发展我们自己的计算机啊!我们起步晚,但也要赶超。”总理的嘱托成了慈云桂拼搏的动力。哈尔滨军事工程学院院长陈赓大将当即决定在学院创建计算机专业。从此,慈云桂的名字与我国计算机事业的发展就紧紧地连在了一起。

  奋发图强连续换代

  1961年9月,慈云桂随中国计算机代表团出访英国。他敏锐地预感到国际上计算机发展的主流方向将是全晶体管化。然而在国内,由他主持的一台电子管通用计算机还在研制,并且签订了生产和销售协议。慈云桂感到如芒刺背,坐卧不宁。

  他认为,中国计算机事业既以赶超世界先进水平为宏伟目标,就不能无视世界计算机发展的新动向,要赶超就得不断地加速。他一面写信回国,建议停止电子管计算机的研制,一面争分夺秒,白天参观访问,留意先进机型,晚上通宵达旦地进行晶体管计算机的设计。终于,在回国之前完成了晶体管计算机体系结构和基本逻辑电路的方案设计。回国后,他向国防科委领导作了汇报,并迅速得到了积极支持,聂荣臻元帅指示:尽快用国产晶体管研制出通用计算机。

  然而,当慈云桂回到哈尔滨军事工程学院宣布电子管计算机研制停止、立即开始晶体管计算机研制的决定时,人们普遍感到震惊。下马意味着否定自己用心血换来的成果,还意味着中止已经签订的协议,而上马又谈何容易。诚然,早在1959年国内就有单位开始用国产晶体管研制计算机。到1961年,机器是安装起来了,但很不稳定,几分种就出一次毛病,不是管子被烧坏,就是电路出故障。不少专家断言:5年之内用国产晶体管做不出通用计算机。可见当时面临的风险是相当大的。

  面对强大的舆论压力,慈云桂坚定不移,把全部精力都用在组织队伍与攻克技术难关上。在慈云桂“路总是人趟出来的”坚定信念鼓舞下,一批年轻的助教和学生聚集到他的麾下,热火朝天地干了起来。为了克服国产晶体管的质量问题,慈云桂提出在基本电路、系统可靠性设计和生产工艺三个方面狠下功夫。

  首先,他积极鼓励创新,与康鹏等助手们经过反复实验,发明了高可靠、高稳定的隔离阻塞式推拉触发器技术,有效地解决了电路上的问题。接着,慈云桂带领大家制定出一整套对国产晶体管进行科学测试的方法和标准。他狠抓质量,强调严肃、严密、严格的三严作风,对每一只晶体管都进行认真的测试和严格的筛选,制成插件和部件后还要层层把关测试。他们一步一个脚印,在接连研制成功8位、20位运算器模型和主存模型之后才装出40位字长的整机。

  1964年末,他们终于用国产半导体元器件研制成功我国第一台晶体管通用电子计算机441B-I型计算机。1965年2月该机通过国家鉴定,连续运行268小时未发生任何故障,稳定性达到当时的国际先进水平。1965年末他们又研制成功441B-Ⅱ型计算机。

  在研制441B系列机中,慈云桂领导的研制组两次荣立集体一等功。441B系列机在天津电子仪器厂共生产了100余台,及时装备到重点院校和科研院所,平均使用10年以上,是我国20世纪60年代中期至70年代中期的主流系列机型之一。某基地的441B-Ⅲ型计算机总运行时间达48000小时,出色地完成了许多重要任务。从此,慈云桂等人研制的计算机以技术先进和稳定可靠而著称。

  动乱年代愈挫愈奋

  1964年4月,世界上最早的集成电路通用计算机IBM 360问世,计算机开始进入第三代。1965年,441B-I型计算机鉴定会刚刚结束,慈云桂便提出研制中国的集成电路计算机。这使得他周围的人连连感叹:“实在跟不上慈教授的步伐。”

  1966年1月,慈云桂率计算机代表团赴英国参观学习,历时8个多月,访问了英国的计算机公司和国家物理实验室,以及牛津、剑桥等大学。慈云桂又开始构思新的集成电路计算机体系结构和软件系统。

  回国后,“文革”开始,他受到冲击,历尽磨难,但他没有屈服。

  1969年11月4日,国家组织召开“远望”号科学测量船中心处理机的方案论证会。当时仍带着“重点审查对象”帽子的慈云桂,在国防科委指名下才由专案组“护送”到北京开会。会前,专案组成员一再警告他:只准听,不准表态!

  论证会上争论激烈,中心问题是上晶体管还是上集成电路,是每秒50万次还是100万次。不少人主张仍用晶体管,认为在目前条件下能搞50万次就很不错了。此时,按捺不住要为国家发展贡献力量的慈云桂不顾专案组给他设置的禁令,详尽地陈述了在“牛棚”里就精心思考的集成电路化、百万次级、双机系统的计算机设计方案。他的旁征博引和翔实论据,又一次折服了与会同行。方案最终获得了上级领导部门的批准,他也接受了试制百万次集成电路计算机的艰巨任务。

  慈云桂回到哈尔滨,又遇到来自各方面的压力。专案组的人说他“心怀叵测”,也有人埋怨他“清白无辜还遭到隔离审查,何苦还自己找罪受”。更多的人则为他的健康和安危担忧。然而,这一切都不能动摇慈云桂的决心,因为他的心里只有集成电路大型通用计算机!

  1970年春节刚过,他就带领科研人员先后到全国几十家工厂和科研所进行调研,又躲到上海市郊的一个小镇上进行分析和设计,仅三个多月就完成了样机的设计草图。

  1970年4月,百万次级集成电路计算机研制任务正式下达。他到处招贤纳士,一支科研队伍很快建立起来。为了高质量地完成任务,他提出指令先行控制、超高速数据缓冲存储、循环控制寄存器等一系列新技术,还构想了双机、双处理器等六种体系结构。在研制工作正待铺开之时,林彪的“一号命令”迫使学院主体于1970年秋从哈尔滨南迁长沙,改名为长沙工学院。计算机系借用市郊一座破旧的农校,鸭舍成了他们的实验室,搬迁对研制工作造成的损失可想而知。在慈云桂的带领下,全系教职员工同心协力,研究工作迅速展开。在完善系统设计方案和展开逻辑设计的同时,他组织精干力量派驻元件厂,帮助解决集成电路的质量问题,还组织软件人员在441B-I型计算机上进行模拟,就各类典型数学问题对未来的集成电路计算机的性能进行了科学的论证。

  1973年秋,在完成了各种模型机和全部生产图样之后,慈云桂又带领40多名科研人员开赴北京生产厂,工作和睡觉都挤在一间木板棚里,夏暑如蒸笼,冬寒似冰窟,前后达4年之久。他们顶住了各种干扰,坚持三严作风,进行测试和生产。即使1976年在唐山发生的大地震也没能动摇他们坚强的意志,他们仍然坚守在调试岗位上。

  1977年夏,百万次级集成电路计算机151-3终于研制成功。1978年10月,二百万次集成电路大型通用计算机系统151-4在连续稳定运行169小时之后,通过了国家的鉴定和验收,顺利地装上了远望一号远洋科学测量船。

  在20世纪80年代我国首次向南太平洋发射运载火箭、首次潜艇水下发射导弹以及第一颗试验型广播通信卫星的发射和定位中,151计算机出色地完成了计算测量任务,为我国航天战线三大重点试验的圆满成功作出了重大贡献。151-3/4型计算机获国防科委科技成果一等奖,并与远望号测量船一起荣获国家科技进步特等奖,研制人员荣立集体一等功。

  亿次银河中国制造

  早在20世纪70年代初期,巨型计算机在国外初露锋芒时,就吸引了慈云桂的注意力。1972年夏天,他应邀参加国防科委专门讨论研制亿次巨型机的会议,并接受委托起草向中央申请尽快开展亿次机研制的报告。从此,他开始了研制每秒上亿次的巨型计算机的技术准备。

  1975年,邓小平同志主持中央工作期间,慈云桂带领有关科技人员走遍大江南北,围绕巨型机问题进行了广泛的调研。粉碎“四人帮”后,巨型机又提到了议事日程。1978年3月,邓小平同志亲自决断,把研制巨型机的任务交给国防科委,张爱萍主任立下了“军令状”,把这项艰巨任务交给了慈云桂和他所在的学校。

  1978年5月,以长沙工学院(一个月后改建为国防科技大学)计算机研究所为主,有全国20多个单位参与协作的亿次巨型机大会战正式拉开帷幕,担任工程技术总指挥和总设计师的慈云桂在总体方案论证会上发出誓言:“现在我刚好60岁,就是豁出这条老命,也一定要把我国的巨型机搞出来。”自此,他带领科研人员日夜奋战,开始了中国计算机史上最为壮观的战役,也翻开了他人生中最绚丽的一章。

  像银河这样特别大的项目,显然是大协作的结果。慈云桂是总指挥和总设计师,在他上面有国防科工委张震寰副主任、李庄、李勇、唐遇合等同志在国防科大坐阵指导;在他的下面则有周兴铭院士、陈火旺院士、卢锡城院士以及陈福接、王振青、张德芳、杨晓东、孟庆余、谈正信、吴明霞、陈立杰、李晓梅、吴泉源、李思昆等等得力干将参加。

  为了确保亿次机各项技术指标的全面实现,在慈云桂的主持下,从元器件的选取、体系结构的确立、部件的设计、工艺的实施到软件的开发,他们都经过充分的论证与反复的实验,作出了一系列符合中国国情的决断,并先后攻克了100多道技术难关。

  为积极跟踪国际最新水平,他们不惜抛弃了辛苦好几个月才完成的工作成果,重新设计了更为先进的总体方案;为弥补机器主频的不足,他们创造性地提出了双向量阵列的全流水化体系结构;为提高存储器实际存取速度,在增加存储通道的同时,提出了使访问冲突大为减少的主存素数模方案;他们还选用高速动态MOS集成器件做主存,使亿次机容量远远大于当时国外主流巨型机的容量(国外两年后才使用MOS做主存);为避开液冷技术的困难,他们改用风冷,并设计了锲形柱状管道结构,进行等压短风道送风;在印制底板的组装中,他们采用先进的绕接技术;为使软件系统充分发挥巨型机硬件的性能,他们提出了与国外主流巨型机软件兼容的指导思想,开创了并行操作系统、向量化编译、多级诊断和并行算法等研究,进而在我国首先采用软件工程方法,研制了多种软件工具,完成了近200万行结构化的程序设计任务。其中在理论上、技术上和工艺上达到国际水平者就有十来项。

  为了保证亿次机的稳定性和可靠性,慈云桂带领研制人员继续发扬他们的老传统:坚持三严作风,层层把好质量关。全机底板2.5万条绕接线,12万个绕接点,每个都检查8遍以上;全机800多块多层印刷板,每块板上平均有5000个金属化孔,全部都进行了孔壁检查、孔导通测试和绝缘测试。他们创造了200多万个焊点无一虚焊的奇迹。

  1983年12月7日,银河-Ⅰ型计算机鉴定大会在长沙举行,会议由国防科工委李庄秘书长主持。在主席台上就座的有方毅副总理、王首道、何长工、邓稼先、郭平欣等领导人和科学家。在会上最难忘的是何长工的发言。他说:“我1930年就是红军军长,带兵打长沙。当时红军的军歌是这样唱的……”随即他唱起了当时红军的军歌。何长工唱完了1930年的红军军歌,情绪更加振奋。他提高了声调说:“1930年的红军打长沙是壮举,50年后,你们在长沙研制成功银河-Ⅰ巨型计算机是更成功的壮举!”

  由张爱萍将军命名的“银河”亿次计算机系统在长沙国防科技大学顺利通过国家鉴定,主机平均无故障时间长达441小时,远远超过鉴定大纲的要求,达到了国际先进水平。银河亿次机的研制成功,打破了西方大国在超高性能计算机上对我国的封锁,使我国跻身于世界巨型机的研制行列,标志着我国计算机技术已经发展到了一个新阶段。

  聂荣臻元帅写来了热情洋溢的贺信,张爱萍将军寄来了贺词,国务委员、国家科委主任方毅到会热烈祝贺。慈云桂抑制不住幸福的泪水,回顾往事,感慨万千,挥笔抒怀七绝《银河颂》:

  银河疑是九天来,

  妙算神机费剪裁。

  跃马横刀多壮士,

  披星戴月育雄才。

  1984年,银河亿次机荣获中央军委科技成果特等奖,被选为向国庆35周年献礼的全国十大科技成果之一,国防科技大学计算机研究所因而荣立集体一等功,并被誉为“国防战线上一支勇于进取、能打硬仗的先进集体”。慈云桂受到军委授予的个人二等功奖励。

  著书立说培养人才

  1985年,作为国防科工委科技委主管计算机工作的常委和国防科大的教授,慈云桂以极大的热情,积极宣传发展我国智能机的重要性和可能性,并多次向有关部门建议尽快组织精干力量开展智能化新一代机的研究。同时,他身体力行,亲自组织中青年教师和博士生率先在逻辑程序的并行与串行执行机制、数据流机、知识表示模型和知识库机等方面进行深入研究,取得了一系列具有国际先进水平的成果,共获国防科工委科技进步一等奖三项、二等奖三项,并先后在国内外核心学术刊物和国际学术会议上发表论文40余篇,其中有2篇在国际会议上获优秀论文奖。在中国计算机学会,他作为副理事长负责筹建了新一代机专业组,并成功地主持了一次新一代计算机系统的国际会议。

  20世纪80年代后期,他抓紧时间著书立说,先后出版了三部英文专著,系统地阐述了他和同事们在智能化新一代机和巨型机等领域所取得的重要学术成就。其中,在荷兰出版的《新一代计算机前沿研究》(New Generation Computing: Recent Research)被专家评审委员会一致评为高水平的科学专著。关于串行和并行逻辑推理机体系结构、并行执行模型PSOF以及同步数据流系统结构等的论述,受到了国内外学者的高度重视。

  1990年,慈云桂与阿姆斯特丹大学赫兹伯格(L.O.Hertzberger)教授合作为荷兰未来计算机系统FGCS杂志编了一期专集,收集了中国作者的论文13篇。他还应邀作为美国第二届人工智能工具国际会议(TAI'90)的程序委员会委员,对中国学者的论文进行了认真的组织和严格的评审。这些活动,进一步推进了我国新一代机和巨型机的学术研究,也提高了我国新一代机研究的国际声誉。

  1990年7月16日深夜,他因劳累突患脑栓塞陷入昏迷。7月21日,慈云桂院士的心脏停止了跳动。

  1990年8月24日,在北京八宝山革命公墓礼堂举行了隆重的慈云桂遗体告别仪式。党和国家领导人江泽民、聂荣臻、刘华清、张爱萍等送了花圈,宋健、钱学森等参加了告别仪式。1990年10月,在华盛顿召开的人工智能工具国际会议上,第一项议程临时改为:向世界著名的中国计算机科学家慈云桂教授肃立默哀。

  银河精神慈老缔造

  慈云桂院士是国防科技大学计算机研究所的创建者,而研究所是银河巨型机的摇篮。它从无到有、从小到大、从默默无闻到世人皆知,都浸透着慈云桂的心血。是他带领着一批血气方刚的青年,从441-B、718(151系列机)到银河系列,做出了震惊世界的成绩,带出了一支敢打硬仗的科技队伍,造就了敢闯科技高峰、越是艰险越向前的品格,逐步形成了现在的银河精神。在长期的教学科研实践中,“银河人”凝成了“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的精神。这是“银河人”几十年奉献、牺牲的生动写照。

  慈云桂院士是银河精神的创造者,他与同事们共同开创的团结、献身、求实、创新的银河精神永远活在我们的心中!

  今天,我们可以告慰慈教授:新一代“银河人”没有辜负您的期望,银河精神正在不断发扬光大。

  1992年11月,慈老生前极为关怀的“银河-II”10亿次通用并行巨型机问世,军委主席江泽民题词鼓励:“攻克巨型机技术,为中华民族争光。”中央军委授予国防科大计算机研究所“科技攻关先锋”荣誉称号。

  1997年6月,“银河-III”百亿次并行巨型机研制成功,标志着我国超高性能计算机技术又取得新的突破。银河机已经在石油勘探、能源开发、核物理研究、中长期天气预报、飞行器设计等领域得到广泛应用,为我国“四化”建设作出了重大贡献。

  中国工程院院士卢锡城教授在总结时坦诚而自豪地说:“这么多年来,论条件和实力我们不是最好的,但我们能够及时抓住机遇,敢于迎接挑战,敢于承接国家大型科研项目,敢于大胆创新,而且受领的任务,从来没有打过水漂,都保质保量地完成了。”

  今天,战功显赫的国防科大计算机系和研究所已发展成为集教学、科研、生产于一体的计算机学院,正向建设有我军特色的世界一流计算机学院的宏伟目标挺进!

  慈云桂院士简历

  1917年4月5日 生于安徽桐城。

  1938―1943年湖南大学电机系读书。

  1943―1946年 清华大学无线电研究所研究生。

  1946―1950年清华大学物理系助教、讲师。

  1950―1953年大连高等海军学校指挥系副教授。

  1953―1954年大连高等海军学校雷达通信系副主任、副教授。

  1954―1955年哈尔滨军事工程学院海军系雷达教研室主任、副教授。

  1955―1966年哈尔滨军事工程学院电子工程系副主任、副教授、教授。

  1966―1970年哈尔滨军事工程学院电子计算机系主任、教授。

  1970―1978年长沙工学院电子计算机系主任兼计算机研究所所长、教授。

  1978―1984年国防科技大学电子计算机系主任兼计算机研究所所长。

  1979―1985年国防科技大学副校长、教授。

  1985―1990年国防科工委科技委常委、顾问、教授。 1990年7月21日因病医治无效于北京逝世。