慈云桂 奋力攀登巨型计算机世界高峰

来源:《科学家精神·创新篇》      日期:2021-12-15

慈云桂(1917年4月—1990年7月),计算机专家,中国科学院院士。长期致力于计算机研究和教学工作,主持研制了我国第一台亿次巨型计算机系统。在中国计算机从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路的研制开发历程中,做出了重要贡献,他所创立、发展起来的“银河”计算机研究群体,相继研制出“银河”“天河”系列高性能计算机,多次荣登全球超级计算机500强排行榜榜首。获中央军委授予的特等国防科技成果奖,荣立集体一等功,被中央军委授予“科技攻关先锋”荣誉称号。

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慈云桂教授是我国计算机专业方向的引领者,是我国巨型计算机领域的奠基人,是“银河”事业的缔造者,是中国巨型计算机事业的开拓者。自1957年起,慈云桂开始从事计算机研究,带领团队创立了我国第一个计算机系,成功研制出我国第一台专用数字计算机、第一台晶体管通用数字计算机和第一台亿次巨型计算机“银河-I”,使我国跻身于世界上少数几个国家才有资格参加的巨型计算机“国际俱乐部”,为开拓和发展我国计算机教育与科研事业做出了杰出贡献,使中国计算机事业进入一个新的发展阶段。

初露锋芒,我国第一台电子管专用计算机问世

新中国成立之初,我国海军根据国家“积极防御”军事战略方针,制定了重点发展“空、潜、快”的建设方针,其中的“快”主要是指鱼雷快艇。当时海军装备的鱼雷快艇是从苏联进口的,其主要攻击武器是鱼雷,依靠一个机械式三角杆用肉眼瞄准目标。这种传统的瞄准方法,在航速极快、颠簸剧烈的鱼雷快艇上很难实施。敌军多次利用我国海军这一软肋在我国海域肆意航行,鱼雷快艇指挥仪技术成为影响我国海防安全的关键因素。

慈云桂了解这一情况后被强烈震撼了,心里很不是滋味,反复琢磨怎样才能改变这种落后状况。当攻克这一技术的任务责无旁贷地落在哈尔滨军事工程学院海军系身上时,作为海军系副主任的慈云桂主动请缨,带领9人小组接过了代号为“901”的鱼雷快艇指挥仪研制任务,实质上这就是我国第一台军用数字计算机。这样的计算机图纸,世界上任何国家都绝不会送给我们,这也注定了它是我国第一台自行设计和制造的专用数字计算机,也注定了其研制过程的艰辛。

40岁刚出头的慈云桂带领9人研制小组,拉开了研制中国第一代电子管专用计算机的序幕。9人小组的平均年龄只有25岁,而且当时设备简陋,器材奇缺。苏联专家听说这群毛头小伙子要在这样的环境中搞军用计算机,耸肩摇头不以为然,劝说他们不要想得太简单。苏联专家的话不无道理,研制小组中除了慈云桂和柳克俊,其他人员都是从各个单位抽调来的,所学专业不一,计算机知识基本一片空白,甚至连计算机都没有见过。军用计算机对运算速度、存储容量、可靠性、安全性、保密性、抗毁性、实时性、功耗、体积等若干方面提出了更高要求。对于这个年轻的科研小组来说,研制计算机确实就像攀登一座险峻的山峰、开辟一片未知的荒原一样。而这个小组,无疑成为中国计算机事业的第一批拓荒者,在中国历史上留下了他们的名字,他们是:慈云桂、柳克俊、胡守仁、陈福接、耿惠民、张玛娅、卢经友、李宗阳、盛建国、俞咸宜。

面对内外的质疑声音,研制小组的同志一笑置之,废寝忘食地开展“电路会战”,仪器设备不够就从全院调拨,人力资源不足就从全军选调,凭着对祖国的一片赤子之心和对计算机事业的无限热爱,大家边讨论、边研究、边实验,取消节假日昼夜加班,吃住都在实验室,半个月足不出户成为家常便饭。“银河”的前辈硬是凭着一本十几页的资料,铺开一张白纸,绘制出了中国电子计算机的蓝图。经过近百次的试验和修改,1958年9月,一台代号为“901”的我国第一台电子管专用计算机诞生了。时任哈尔滨军事工程学院院长的陈赓大将立即决定,在哈军工创建我国计算机专业。第二年,该机作为向国庆十周年敬献的礼物在北京展出,周恩来总理和朱德、陈毅元帅走近计算机看了又看,摸了又摸。周恩来总理赞扬慈云桂这些年轻人:“干得很有成绩嘛,要继续努力。”辞行时还握着慈云桂的手说:“要发展我们自己的计算机!我们起步晚,但也要赶超。”总理的嘱托成了慈云桂一生拼搏的动力。从此,慈云桂的名字与我国计算机教育与科研事业的发展紧紧连在了一起。

奋发图强,我国最早的晶体管通用计算机诞生

1961年,慈云桂在奉命出国考察时发现,国外正在进行计算机换代。回国后,慈云桂向领导汇报的第一件事就是:用晶体管取代电子管,立即进行计算机换代。他的想法得到了领导的热情支持,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,他的这一决定却让人们普遍感到震惊。有人甚至断言:5年之内用国产晶体管做不出通用计算机。

面对压力,慈云桂和他的年轻助手们毫不气馁。路是人趟出来的,科学的生命在于创新,要赶超就得敢于碰硬,关键是要克服国产元器件的抗干扰问题。他把攻关的重担交给了一批大学刚毕业的热血青年,经过几百个日日夜夜的奋战和反复试验,终于发明了一种抗干扰能力很强的推拉触发器。这一发明,轰动了我国当时的计算机界。紧接着,慈云桂带领大家制定了一整套晶体管测试方法和标准。在生产中,坚持严肃、严密、严格的“三严”作风,从元器件、插件、部件到整机,层层把关。到1964年年末,一台用国产半导体元器件研制的晶体管通用计算机441B/I型机诞生了。1965年,在国家正式验收中,连续268小时正常运转,没有出现任何故障。这在当时的国际计算机中也是少见的。

艰苦奋斗,200万次集成电路大型计算机研制成功

1965年,441B/I型机鉴定会刚刚结束,慈云桂就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。”原来,1964年4月,美国宣布已研制成世界上最早的集成电路通用计算机IBM360,世界计算机开始进入第三代。

不久,慈云桂受“文化大革命”的冲击,无法正常开展工作。1969年11月,国家亟须研制一台大型计算机。慈云桂在上级指名下由专案组“护送”到北京参加方案讨论会。会上争论激烈,中心问题是上不上集成电路,搞不搞每秒100万次。面对计算机发展的历史机遇,慈云桂不顾专案组事先给他设置的“只准听,不准表态”的紧箍咒,即席详尽地陈述了精心策划的国产化、集成电路化、百万次级、双机系统的计算机方案。他旁征博引并以翔实论据,对新设计蓝图的先进性与可行性做了分析,折服了与会同行,并得到上级批准。他也因此领受了研制百万次集成电路计算机的艰巨任务。

艰苦的研制工作开始了。为摆脱干扰,大家躲到上海郊区的一个小镇上,很快就搞出了总体方案。1970年秋,学校主体南迁长沙,计算机系在市郊的一座农校里开始了又一次攻关。在慈云桂的带领下,全体研制人员团结一心,克服重重困难,苦战3年完成了逻辑设计、工程设计和模型试验。接着,他又带领大家开赴北京生产厂。40多人工作和睡觉都挤在一间木板棚里,夏热如蒸笼,冬寒似冰窖,前后达4年之久。1977年夏,一台百万次集成电路计算机151-3呱呱落地;次年10月,200万次集成电路大型通用计算机系统151-4通过国家验收。1980年,151百万次集成电路计算机装载于“远望”号测量船上,南征太平洋,为完成我国首次洲际导弹飞行测量任务立下汗马功劳。

勇攀高峰,第一台“银河”亿次计算机通过国家鉴定

1975年和1977年,慈云桂两次率领科研人员走遍大江南北,进行高性能计算机调研活动。气象部门急需巨型计算机做中长期天气预报,航空航天部门急需巨型计算机以减少昂贵的风洞试验经费,石油勘探部门急需巨型计算机进行三维地震数据处理等。有一个部门租用了国外一台中型计算机,却要由外方控制使用,算什么题目都要交给人家,中国人不得进入主控室。在新中国的大地上怎能出现不许中国人进入的地方!慈云桂和他的助手们听着、思考着,心潮澎湃,激愤难平!强烈的民族自尊心进一步激发了慈云桂研制我国巨型计算机的决心。1978年3月,科学的春天来临了。由邓小平同志亲自决断,研制亿次计算机的任务正式交给了国防科技大学的前身长沙工学院计算机研究所,慈云桂担任技术总指挥和总设计师,并立下豪迈军令状:“每秒亿次,一次不少;五年时间,一天不拖;研制经费,一分不超。”

从百万次到一亿次是一个巨大的飞跃。慈云桂在总体方案论证会上当众发出誓言:“我刚好60岁,就是豁出这条老命,也要把我国的巨型机搞出来!”自此,他带领科研人员日夜兼程,成立了10多个攻关小组,从元器件的选取、体系结构的确立、部件的设计、工艺的实施,到软件的研制,都经过充分的科学论证与反复试验,做出了一系列符合中国国情的技术决策,攻克了100多个技术难关。

要高水平必须有高起点。为采用最新研究成果,慈云桂决定,抛弃辛苦好几个月才完成的总体方案,重新设计更先进的方案,实现了巨型计算机机型的跨越发展。

要攀登高峰必须勇于创新。在慈云桂的带领下,创造性地提出了双向量阵列的全流水线化体系结构、素数模主存储器结构和选用MOS器件方案,并首次在国内采用软件工程方法,研制了符合软件规范的近200万行大型程序。为确保机器质量,慈云桂带领研制人员发扬“三严”作风,层层把关。全机底板2.5万条绕接线,12万个绕接点;全机800多块多层印刷板,每块平均5000个金属化孔;全机600多块插件板,每块3000多个焊点;创造了200多万个焊点无一虚焊的奇迹。

1983年11月,由张爱萍将军命名的“银河”亿次计算机系统顺利通过国家鉴定,无故障时间长达441小时,远超过了鉴定大纲要求,达到国际先进水平。经过5年奋战,1983年,“银河-Ⅰ”亿次巨型计算机研制成功,我国继美、日之后,成为世界上第3个掌握巨型计算机研制技术的国家。时任中央军委主席邓小平签发嘉奖令,为国防科技大学电子计算机系兼研究所记集体一等功。这标志着我国计算机技术发展到一个新阶段。

1992年11月,慈云桂教授生前极为关心的“银河-Ⅱ”10亿次通用并行巨型计算机问世。1997年6月,“银河-Ⅲ”百亿次并行巨型计算机研制成功,标志着我国超高性能计算机技术又取得新的突破。2009年,“天河一号”研制成功。2010年,“天河一号”加强型首次登上世界超算之巅,打破了美日对这一桂冠的长期垄断。2013年,“天河二号”研制成功并连续夺得6次世界第一。

重温中国计算机事业发展的历史画卷,人们会发现,从电子管计算机、晶体管计算机,到集成电路的巨型计算机,慈云桂教授始终活跃在我国计算机科学与技术阵地的最前沿。如今,我国的大型计算机事业正站在以慈云桂教授为代表的前辈们奠定的坚实基础上,向着更为宏伟的目标不断挺进!

(撰稿:国防科技大学计算机学院)