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从华罗庚的皮箱到“太湖之光”:中国计算机诞生记


来源:北京日报

华罗庚偕妇将子,经罗湖桥返回大陆。当时那段路很难走,华罗庚年轻时染病,腿有残疾,一瘸一拐地提着个大箱子走得很辛苦。儿子华陵便问箱子里是什么,华罗庚答曰:计算机资料。举世皆知华罗庚是数学大师,不太为人所知的是,华罗庚还是中国计算机事业的奠基人。

“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。”这就是计算机行业著名的“摩尔定律”。

摩尔定律提出至今已半个多世纪,计算机的性能几乎就是按照这条定律,以指数级的速度飞速发展。时至今日,随着材料和工艺迫近物理极限,这个速度变为三年翻一倍,甚至有“摩尔定律失效”之说。但毋庸置疑的是,计算机是二十世纪以来持续发展时间最长、进步最快的行业。

如果我们把摩尔定律反向应用,回过头去看一下以前的计算机,更容易看出这个产业发展之快。

华罗庚的皮箱

1950年3月,来自美国的“克利夫兰总统号”邮轮航抵香港。一个留美归国的学者下了船,随后写了两封信发出。一封是写给普林斯顿高等研究院院长奥本海默,信中说:“请您和数学系的同仁放心,我已安全抵达香港。我预备在这里停留十天然后直接去北京……”另一封《致中国全体留美学生的公开信》则通过新华社向全世界播发,这位学者在信中呼吁:“朋友们,梁园虽好,非久居之地。归去来兮!为了抉择真理……为了国家民族,我们应当回去……为我们伟大祖国的建设和发展而奋斗!”

华罗庚

夏培肃

这是这位学者在新中国的媒体上第一次发表文章,从此,数学家华罗庚的名字在新中国的土地上家喻户晓。

几天后,华罗庚偕妇将子,经罗湖桥返回大陆。当时那段路很难走,华罗庚年轻时染病,腿有残疾,一瘸一拐地提着个大箱子走得很辛苦。儿子华陵便问箱子里是什么,华罗庚答曰:计算机资料。

举世皆知华罗庚是数学大师,不太为人所知的是,华罗庚还是中国计算机事业的奠基人。

华罗庚是1946年9月赴美国普林斯顿高等研究院进行访问的。他原本是和化学家曾昭抡、物理学家吴大猷一起,受国民政府委派到那里研习原子弹的制造技术。可是国民政府和这些中国科学家的想法实在太“简单”了。原子弹是美国刚刚掌握并用以赢得二战的终极武器,怎么可能为外人道哉?

国民政府的“原子弹研习计划”碰了一鼻子灰。不过,这几位中国科学家当时在国际上也有一定声望,华罗庚在普林斯顿高等研究院做数学研究,并先后在美国多所大学任教。正是在普林斯顿高等研究院,华罗庚接触到了刚刚起步的电子计算机技术。

普林斯顿高等研究院教授冯·诺依曼非常欣赏华罗庚在数学上的造诣和成就,两个人有着密切交往。冯·诺依曼被称为二十世纪最伟大的全才之一,在数学、经济学、物理等领域均有很高建树。而他最著名的称号是“计算机之父”。

美国宾夕法尼亚大学1946年研制ENIAC计算机,多被认为是世界上第一台电子计算机。原北京市信息产业协会秘书长、计算机史学者徐祖哲介绍,真正意义上的第一台电子计算机,实际上是美国爱荷华州立大学研制的ABC计算机,时间大约是1939年,不过并没有实际应用。直到1973年,ABC机才被认定为世界上第一台电子计算机。

冯·诺依曼不是第一台电子计算机的发明人,在ENIAC计算机的研制过程中,冯·诺依曼也是“半路出家”。

ENIAC计算机是受美国军方委托,在1942年开始研制的。1944年时,正在参与研制原子弹的冯·诺依曼,带着原子弹研制过程中遇到的大量计算问题,加入了研制小组。1945年,他们在共同讨论的基础上,发表了一个全新的存储程序通用电子计算机(英文缩写EDVAC)方案。冯·诺依曼则起草了《关于EDVAC的报告草案》总结报告。

冯·诺依曼对EDVAC方案中的两大设计思想,为计算机的设计树立了一座里程碑。设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制,并预言二进制的采用将大大简化机器的逻辑线路。设计思想之二,计算机基本工作原理是存储程序和程序控制。

这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。时至今日,计算机行业的发展天翻地覆,但冯·诺依曼提出的两大设计思想,仍是最基本的计算机工作原理。

ENIAC计算机并非EDVAC方案的产物,它仍采用十进制,没有存储器,控制方式不是程序而是人工布线接板。这个占地面积约170平方米、重约30吨的庞然大物,每秒能执行5000次加法或400次乘法的运算。

以现在的眼光来看,这当然微不足道,但在当时可是了不起的成就。它的运算速度已经是机电式计算机的1000倍,人工运算的20万倍!

华罗庚在美国接触到计算机的时候,正是这个刚刚诞生的学科酝酿巨大变革的时候。ENIAC计算机刚刚研制成功,冯·诺依曼提出划时代的EDVAC设计思想仅仅一年,真正的EDVAC计算机要到1951年才开始运行。

幸而,华罗庚以数学家的远见卓识,敏锐地意识到计算机的远大发展前景。冯·诺依曼带着他参观实验室,探讨学术问题,华罗庚心里盘算的,是怎么把计算机研究带回中国去。

华罗庚囫囵吞枣地收集了大量计算机资料,带着它们踏上了归国之路。只是,美国也已经意识到计算机技术的意义,核心技术绝不外传,能搜集到的公开出版物,或仅仅是浅显皮毛,或并非现代计算机发展方向,实际应用价值并不大。

这不要紧,华罗庚带回国的是眼界和决心。他没有参与中国计算机研制的实际工作,却为中国计算机开拓了前路。

“中国计算机之母”

1951年1月,华罗庚被任命为筹建中的中科院数学所所长,他在工作报告中写道:“我们希望在三五年内能有计算数学所需要配备的各种机器,能有善于操纵并了解其结构的人才。”

这里所说的“人才”,指的就是计算机人才。在现在,这个问题简直太容易解决了,但是在1952年,这几乎就是一个不可能完成的任务。中国不但连一台计算机也没有,而且也没有一个人具备专业的计算机知识。

新中国建立伊始,百废待兴,当今国人引以为傲的科技成就,无不是在一穷二白的基础上“白手起家”。其中,中国计算机的源点也许是最低的——完完全全地从零开始。      

比如“两弹一星”,同样是在新中国成立之后“白手起家”,毕竟有钱学森、钱三强等一大批世界一流的物理学家投身其中。而计算机还是个新兴学科,计算机专家在全世界也是凤毛麟角。在中国,不要说专门的计算机人才,就是见过计算机实物的,一个巴掌就能数得过来。

华罗庚寻找中国的计算机人才,只能从其它相近的领域里物色。他最先相中的是清华大学电机系电讯网络研究室主任闵乃大。

闵乃大1932年毕业于清华大学电机系,后赴德留学,获博士学位,是电讯网络专家。当时的电讯网络设备,所用的元器件和工作方式,与最初的电子计算机多有相通或相似之处。

适逢全国高等学校院系调整,闵乃大所在的清华大学电机系电讯网络研究室被撤销。华罗庚觉得这是调动闵乃大到数学所研究计算机的好机会,于是登门求贤。

不料闵乃大却没有答应。计算机毕竟非闵乃大所学,他也只是在国外时有所耳闻而已。而且,他当时正忙着写电讯网络专著,一时腾不出时间。不过,他给华罗庚推荐了两位清华大学电机系电讯网络研究室的同事,一位是留学英国的爱丁堡大学博士夏培肃,一位是清华电机系的高材生王传英。

在华罗庚的邀请下,夏培肃和王传英都毫不犹豫地答应“改行”研究计算机。特别是夏培肃,1950年时,她刚刚在爱丁堡大学获得博士学位,正在做博士后研究。这时,她在报纸上看到华罗庚的《致中国全体留美学生的公开信》,受此感召,毅然回国。后来,夏培肃曾专门回忆过自己涉足计算机领域的缘起:“一个人在一生中,常常会有一些改变命运的重要转折点。对于我来说,这个重要的转折点出现于1952年的一个晚上——我第一次谒见华罗庚教授时。”

夏培肃不但答应调到数学所研究计算机,而且又转回头去,帮华罗庚说服了闵乃大。不久,华罗庚安排闵乃大、夏培肃和王传英从清华大学调入中国科学院数学所,由这三人成立计算机研究小组——中国计算机研制的序幕拉开了。

“那时候一切都从零开始,什么都没有!” 夏培肃曾这样回忆中国计算机的初创时期。

最大的困难,是当时中国找不到一本系统、完整地介绍计算机原理的书。夏培肃等人只能到图书馆查找英文期刊,从上面零零星星地搜罗相关的内容。当时没有复印设备,所有的内容只能他们自己一个字一个字地抄录下来。

他们掌握了计算机的原理后,开始对计算所需的基本逻辑电路进行实验,而绝大部分的实验设备、元器件,都不是数学所的必备物品。夏培肃曾经回忆“隔行如隔山”造成的一个笑话:“我们实验需要用一种毫安单位的电流表,委托数学所的采购员去买。结果他买回了一个家用的电表。后来我们需要什么东西都是自己去买,有时候甚至到旧货市场去找。”

尽管如此,计算机研究小组还是展现了极高的热忱和效率。1953年3月,闵乃大执笔完成了《电子计算机研究的设想和规划》,提出制造一台电子管串行计算机的设想,其规模与当时美国、英国刚完成不久的EDVAC和EDSAC相当。

1953年12月,计算机小组工作分成了两部分:由夏培肃负责基本逻辑电路、运算器、控制器的设计,由刚刚留学归国的吴几康负责存储器的设计。吴几康研制的宽带放大器,使微弱信号达到逻辑运算的电平,成功实现了存储功能。

这些工作完成时,计算机小组已经改换了“娘家”——1954年,计算机组从数学所调整到中科院物理研究所。

中国计算机领域最早的中科院院士高庆狮撰文回忆说:“中国半个世纪电子数字计算事业的领路人,是在两位共和国功勋科学家华罗庚和钱三强关注下的一个群体……”钱三强,就是当时的中科院物理所所长。

计算机组调入物理所,很大程度上与中国另一项刚刚起步的国家工程相关——核武器。实际上,早期计算机的发展本就与核武器研制密不可分,美、苏计算机研制成功后,都直接应用到核武器研制中。当时的中国既没有计算机,也没有掌握核武器,但已经意识到二者的关系。事后证明,中国的计算机对核武器研制做出了无可替代的贡献。

计算机研究组也在不断壮大,从最初的三人发展到数十人的规模。只是,有人来也有人走。1958年,闵乃大随德国妻子去德国定居,王传英被派往苏联留学,改学原子能专业。最初的计算机研究三人小组,只有夏培肃一直耕耘在中国计算机领域。她编写了第一本计算机讲义,众多的英文专业术语经她翻译为中文,沿用至今;她培养了中国第一代专业计算机人才,许多人后来成为我国计算机界的领军人物;她完成了中国第一个电子计算器和控制器的设计,主持研制了中国首台自行设计的通用电子计算机……直到20世纪90年代中期,她还担任着国家“高性能计算机中的若干关键问题的基础性研究”的首席科学家。此后,已经年逾古稀的夏培肃没有再牵头搞项目,但是她仍继续自己的研究,关注点仍是计算机领域的最前沿——量子计算机。

第一代、第二代计算机要通过打孔纸带输入指令。

2014年,夏培肃逝世,享年91岁。夏培肃一生淡泊名利,处事低调,只有在她的学生、后辈的大量深情怀念文章中,非计算机领域的人们才知道了这位堪称传奇的女科学家,知道了“中国计算机之母”。

四项紧急措施

1956年6月,中科院物理所下属的计算机研究组跨越升格,从物理所电子组下的一个分支,一跃成为与物理所平级的科研机构——中国科学院计算技术研究所筹备委员会成立。

这一年,中国提出了“向科学进军”的口号,计算机被当做“向科学进军”的一路先锋,是重点发展的“四项紧急措施”之一。

紧急措施,即大力发展计算机、无线电电子学、半导体、自动化。在国务院制定的《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要(草案)》中,它们和众多关系国计民生的科技规划项目并列,并不显眼。“四项紧急措施”当时没有公开,“紧急”也是内部掌握实施。不过,“紧急”实施的步骤是显而易见的,中科院马上开始筹备计算技术、电子和自动化三个研究所。半导体则是在物理所中先成立了研究室,后来也发展出了半导体研究所。

时至今日,这四个领域的科研工作者,在回顾行业发展史的时候,都会感念一个人的高瞻远瞩,他就是周恩来总理。

《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要(草案)》一般被称为“十二年科学规划”,是新中国成立后科技工作的一份纲领性规划,由周恩来总理亲自挂帅制定。

在制定科学规划的过程中,周恩来要求:要尽量采用世界先进技术,瞄准当时的新兴科学、新兴技术,不失时机地“迎头赶上”;同时根据实际国力“重点发展”,避免力量分散,拖延时日。先后参与科学规划制定的著名科学家有近800人,这样大规模的科学家集聚合作在新中国还是第一次。

在制定科学规划的讨论中,计算机的前景并不是被一致看好。科学家们在讨论计算机的起步和发展时,有赞同的,有疑问的,当然也有反对的。反对的原因,多缘于当时国力薄弱。

许多人认为当时中国研究和发展计算机是“可望而不可即”的,当时新中国经济实力有限,电子元件生产都要靠外国帮助。普通人对现代化的想象还只是“电灯电话”,想生产那种谁都没见过的计算机,谈何容易。

这时科学规划综合组组长钱学森的发言起了举足轻重的作用。他1955年刚刚回国,是国内为数不多的亲眼见到过计算机工作的科学家。钱学森举出了很多实例来说明发展电子计算机的重要性,他以水轮机的设计和下棋的实例来说明,电子计算机可以代替人的部分思维。

周恩来总理对计算机的了解,应该就是来自于华罗庚、钱学森这些大科学家的“科普”。在能够查询到的文字资料中,周恩来总理对计算机重要性有着极具远见卓识、极为准确的认知和判断。

1956年1月,中央召开关于知识分子问题会议,发出了“向科学进军”的号召。周恩来总理在会议上的报告中有这样一段话:“由于电子学和其他科学的进步而产生的电子自动控制机器,已经可以开始有条件地代替一部分特定的脑力劳动,就像其他机器代替体力劳动一样,从而大大提高了自动化技术的水平。这些最新的成就,使人类面临着一个新的科学技术和工业革命的前夕”。

“电子自动控制机器”即电子计算机。在正式文本中,对计算机这个新兴科技用词斟酌,而在大会讲话时,周恩来总理则直接提出“计算机是新的技术革命”。

在听到研制计算机的种种顾虑之声时,周恩来总理一锤定音:“依靠一个部门力量做不出来的计算机,在党中央,在国务院的领导下,集中全国力量,难道还做不出来吗?”

计算机最终被列入1956年8月发布十二年科学规划中,以“计算技术的建立”的名目列为第41项,主要任务为电子计算机的设计制造与运用。

看上去,这只是十二年科学规划中的一个普通项目,而在实际执行中,计算机和半导体、自动化、电子学成了大力发展的“四项紧急措施”。之所以被列为“紧急”,也是源自周恩来总理对一个细节的敏锐察觉。

当时的新中国,处处虚心学习“老大哥”苏联。制定十二年科学规划,同样也要向苏联取经。1956年2月10日,周恩来致信苏联部长会议主席布尔加宁,请苏联方面派出机械数学、电子学、无线电工学等学科的科学家来中国短期讲学,并帮助拟定科学规划。这些学科都是中国科学界的薄弱环节。

3月底,苏联科学代表团抵京。在为接见代表团进行准备工作时,周恩来总理注意到,代表团18位专家名单中,有6位专家的专业是从事微电子、计算机、自动化和通信等新技术。这些新技术在中国还是空白,或者还没有被当做专门的学科。这引起了他的思考。他急召王诤和李强询问情况。

王诤是红军电报事业奠基人,时任中央军委通信部部长,李强则是在中央特科时期就直接在周恩来领导下的无线电专家,时任外贸部副部长。周恩来总理找他们询问的,是这些新技术的国际发展水平,特别是在国防领域的应用情况。

一份苏联专家名单,却让周恩来总理一眼切中新兴技术的要害所在。当时这些新技术,最大的应用领域正是军事。美国已经用计算机模拟了导弹发射和核爆炸。苏联计算机比美国发展得晚,但也能够用计算机计算弹道了。

周恩来总理意识到发展计算机的紧迫性。当时他正在审定“十二年科学规划”,马上召集科学规划委员会负责人,让他们在规划项目中“把最紧急的事情搞一个报告”。于是,科学规划委员会起草了《发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案》,简称“四项紧急措施”。

1957年1月1日,按照周恩来的要求,“紧急措施”的执行单位中国科学院、解放军总参谋部、二机部(核工业部)签订了“合作发展中国计算技术协议书”。三方议定,用超常规办法集结人才,建立发展计算技术研究基地。

四期“黄埔班”

1959年5月,中科院计算技术研究所正式成立。实际上,从1956年6月计算所筹委会成立开始,这家中国最早的计算机研究基地就已经高效运转起来。

在制定“十二年科学规划”期间,计算技术规划组组长华罗庚提出了“先集中、后分散”的基本原则,得到大多数科学家的支持。事实证明,这确实是一个符合国情、卓有成效的做法。

“先集中”,是中国计算机事业发展战略的第一步,也就是周恩来总理所说的“集中全国力量”,实现计算机研制的突破;“后分散”是说普及计算机科学,百花齐放。

计算所筹委会的人员构成,就体现着这种集中:华罗庚任筹委会主任,三位副主任分别来自解放军总参某部、二机部和建设委员会。筹委会成员中,除了这几家单位的专家学者,还有清华、北大等高校教授。在中科院、解放军总参谋部和二机部(核工业部)签订合作协议之后,“先集中”更采用了超常规的办法。

分属中科院物理所、数学所的计算机相关科研人员集中到了筹委会,解放军总参、二机部的相关专家,人事关系不变,人却一律到筹委会报到。

当然,这样的“集中”其实能聚集来的人才也非常有限,毕竟计算机还是一个“只闻其声、未见其型”的新学科。为了解决研究和教学人员的极度短缺,计算所筹委会和清华大学、北京大学合作,抽调高年级学生和已毕业的大学生,举办了四期训练班。

从1956年至1962年举办的这四期训练班,可以说是中国计算机的“黄埔军校”。四期训练班共毕业学生684人。

经过约四年时间的集中,总参某部、二机部、原国防部五院的同志,陆续回到了原单位,建立起了各具特点的计算机研究所;来进修的有关高等院校的教师、学生也先后回去,建立起了计算机专业,上海、沈阳、武汉等地如雨后春笋般地建立起了近20个计算所、计算站、计算机研究室。此后几十年中全国计算机研究所的所长、大学计算机系的主任,很多在中科院计算所工作过、学习过。

训练班开始办的时候,计算所尚在筹备,完善的教学、科研条件还不具备。训练班的教学场地,借用过清华、北大的教室,甚至用过西苑兵营、香山大庙等地。在远离市区的古庙里办现代电子计算机训练班,现在看来很有些“穿越”的感觉。

而计算所训练班的“种子”效应,在第一期就开始显现。清华、北大和计算所合办了第一期训练班,这两所高校也开设了中国最早的计算机专业。1956年,清华大学增设了数学计算仪器与装置(计算机)专业。北京大学也从1956年开始招收六年制计算数学专业学生,同时,在校的数学系三、四年级学生也可以选择计算机作为自己的专业。这些中国第一批接受计算机专业教育的学生中,就包括后来让汉字印刷进入光电时代的两院院士王选。

王选曾撰文《我一生中的几个重要抉择》,文中回忆的第一个重要抉择是“1954年进入北京大学的数学力学系”,第二个抉择是“二年级(1956年)的下学期分专业”。那时候供王选等同年级学生选择的专业有三个:数学专业,力学专业,还有刚刚建立的计算数学专业。王选回忆,很多学生不愿意报计算数学专业,觉得与计算机打交道很繁琐,不见得有多高深的学问。而王选选择了计算数学专业,“正好赶上了计算机迅速发展的年代,这是我一生中的幸运。”

中国计算机领域最早的两位中科院院士之一高庆狮,当时也是北大数学系学生,比王选高一级,因而得以参加计算所举办的第一期训练班。高庆狮回忆,那时候他原本打算毕业后到中学去教数学,因为成绩好,老师动员他去学计算数学。“我自己是想学纯数学的,但是因为国家需要,那时候也没有那么多的个人想法,就开始了第一次‘改行’。”

参加计算所训练班的学员们,多少都有些“改行”的因素——他们的专业,多是数学、物理、电子、机电等。学生如此,教师也一样,几乎没有专业的计算机教育背景。归国不久的董铁宝教授,在美国有三年编程经验,是当时国内唯一真正直接接触过计算机的学者。不过,当时的计算机技术,很大程度上还是其他学科的应用和延伸,这些先行者们无不是各学科的佼佼者,其中还有钱学森这样的学界泰斗。

训练班的课程包括计算机原理、电路技术、程序设计等,教材就是老师们边教边写的讲义,手刻油印,课上分发。

理论教学没问题,但是计算机毕竟是应用科学,讲究实际操作,“无实物教学”很难让学生真正了解计算机。前两期训练班能接触到的“实物”,主要是电子管等元器件,计算机“实物”,只存在于来自苏联的照片中。

1956年,中科院两次派出计算机技术考察团赴苏“取经”,带回了大量资料。第一期训练班开学的时候,考察团正在莫斯科参观苏联最新型的БЭСМ计算机。人还没回国,他们拍摄的大量照片就先送到了训练班的课堂上。

到了第三期、第四期训练班的时候,学员们就已经有了亲眼观摩乃至上机操作计算机的机会。

“有了”

中科院派出的赴苏计算机考察团,带回国的不仅仅是苏联计算机的照片。几个月后,中国向苏联订购了M-3计算机的图纸资料。

M-3计算机其实并不算先进,是苏联早期研制的一种中小型计算机。中国引进这种计算机的目的也很明确,就是通过它吃透计算机生产技术。这也是中国计算机起步阶段与“先集中、后分散”并列的另一大原则:“先仿制、后创新”。

纯粹的理论研究,不可能凭空造出计算机来,而当时中国自己的工业水平,尚不足以撑起计算机这个电子工业的“塔尖”。就拿第一代电子管计算机使用最多的电子管来说,当时中国电子管主要应用于收音机,使用最多的也不过“十一灯”,即十一只电子管。

北京广播器材厂最初被选中生产计算机,也是“以电子管论英雄”。广播器材厂是当时中国使用电子管最多的工厂,既然计算机用的也是电子管,工业主管部门就想当然地认为广播器材厂能“照葫芦画瓢”。

殊不知,虽然都用电子管,但广播设备属于模拟信号系统,而计算机是数字信号,这是计算机区别于之前的所有工业设备、电子设备的根本特点。两者虽然“沾亲”,却隔代远矣。

北京广播器材厂制造计算机力所不及,M-3图纸资料转给了国营第738厂。

738是北京有线电厂代号,兆维集团的前身,可能很多人并不了解,提到它的“兄弟”798,可就无人不知了。不过,798现在的名气来自于艺术园区,而在上世纪50年代,798、738都是苏联援建的电子工厂,它们所在的酒仙桥,就是中国最早的电子工业基地。

按“辈分”,798其实是738的“侄子”,它原来是718厂的三分厂。酒仙桥基地最初有三个电子大厂,即718(无线零件厂)、738(有线电厂)和774(电子管厂)。

738厂生产计算机,就是将774厂的电子管、718厂的各种元器件,自己加工的部件及苏联提供的部分元器件,按照M-3的图纸和技术说明进行装配。

现在的家用电脑只有几个部件,数条接线,装配简单,很多人都能自己动手“攒机”。而M-3虽然性能远远比不上现在的任何一台家用电脑,但块头可大得多了。它有三个大衣柜大小的机箱,全机有700多只电子管、2000个二极管、10000个阻容元件、400个插件,不但有插接,还有焊接,全部都要手工完成,一条导线、一个螺丝、一个焊点都马虎不得。

装配中国第一台电子计算机,738厂日夜兼程用了八个月。

1958年6月1日,738厂仿制的M-3计算机交付中科院计算所调试。

开机运行,问题来了。 

这台计算机运行很不稳定,甚至有些简单的运算也会出错,有时候又干脆中途“罢工”。问题出在哪里?计算所的技术人员只能根据苏联图纸,用电子仪器一处处地测试关键点。

这个中国第一台电子计算机,装配时出现了个别接线错误或虚焊点,纠正后却仍没有效果,运行中各种不稳定一如既往。

时间却不等人了。时值“大跃进”,各行各业都在“放卫星”,仿制M-3计算机被定为1958年“八一献礼”。为了赶上这个时间点,科技人员只能在调试中做出取舍:先不管可靠性和实用性,集中力量解决“正确性”,也就是确保这台计算机能在8月1日运转起来,运算正确。

经过两个月不舍昼夜的调试,这台仿制的M-3计算机终于在8月1日完成了四条指令的运行表演。因为这个有纪念意义的日子,这台计算机被定名为“八一机”,后来同样仿制M-3的计算机则命名为103机。虽然它的运算速度只有每秒30次,但“中国第一台电子计算机”的标志性意义,已经足够激动人心,新华社当即播发了中国研制成功计算机的消息。

103计算机,共生产了48台。60年后的今天,完整的103计算机仅存一台,位于山东曲阜。

时任中国科学院党组书记的张劲夫,那一天也特意来到计算所。看到计算机成功运行,张劲夫风趣地说,这台计算机就叫“有了”。

“有了”,饱含着夙愿达成的喜悦,却也有一种不满足的心境——“八一机”解决的是中国计算机“有和无”的问题,但距离这台计算机实际应用还有很长的路要走。

1958年9月,苏联计算机专家来计算所指导,最后找到了症结:“八一机”的磁鼓质量不合格。没想到这又引起了一番争论。苏联专家说738厂生产的磁鼓镀层不合格,与苏联的产品标准不符。738厂说磁鼓是严格按照苏联技术文件生产的,指标合格。谁对谁错莫衷一是。倒是后来苏联方面送来了第二批资料,把磁鼓的磁层配方,由镍钴合金改成了镍钴磷合金,这才真正解决了问题。

其实,M-3计算机是苏联研制计算机过程中的一个实验性的初级产品,本身就很不完善。中国的科技人员在仿制和调试的过程中,对其进行了大量改进。比如磁性存储设备,眼见“八一机”的磁鼓问题一时解决不了,中国科技人员没有“等靠要”,而是另辟蹊径,自行设计研发磁芯存储器,这也是我国第一个自行设计使用的计算机部件。

1959年5月,磁芯存储器研发成功,装配到103机上以后,将其运算速度提高到每秒1500次,后来进一步改进,又提高到每秒2300次。

在仿制M-3计算机的同时,我国又从苏联引进了大型电子计算机技术。大型计算机的“蓝本”是苏联的БЭСМ计算机,中国生产型号命名为104机。104计算机有22个机柜,占地400平方米,全机共用4200个电子管,4000个二极管,运行速度达到了每秒一万次。

1959年10月1日,我国第一台大型通用数字电子计算机研制成功,向国庆十周年献了礼。《人民日报》在头版头条报道了这一喜讯。

这时候,103机其实也刚刚完成可靠性和实用性的调整改进,这两种计算机成了738厂供不应求的产品。相对而言,倒是运算速度慢很多的103机销路更广,一共生产了48台。原因很简单,103机便宜。

当然,便宜只是相对于104机而言。104机每台造价达200万元,103机则是25万元——这也相当于400个大学毕业生一年的工资了。

104机的高昂造价,注定其只能服务于国家重大项目。1960年,第二台104机交付航天706所,为研制导弹、火箭和卫星进行了大量轨道计算。我国第一颗原子弹的很多相关计算就是由104机完成的。

104机总共生产了7台,其水平虽然不及美国的大型计算机,但已经超过了和中国同时起步研制计算机的日本,与英国的水平旗鼓相当。

自主创新之路

103机和104机虽然都是国产,终究是仿制品,只能解决中国计算机“有和无”的问题。中国计算机的创业者们可不想永远跟在苏联屁股后面。仿制这两种型号的苏联计算机之初就“有约在先”:“先仿制后创新”。

1958年8月,103机刚刚仿制出来,中国就开始自主研发计算机。仅用了不到两年时间,1960年5月,我国第一台自主设计、制造的计算机107机交付中国科技大学。

107机由夏培肃主持研发,设计思想与苏联计算机有着本质区别,其基础设计来源于1953年中科院数学所时期的计算机科研小组,又装配了我国自主研发的磁芯存储器。107机一出手就全面超越了仿制的103机。

全机采用了1200余只电子管,运算速度最初为每秒250次,后来调整设计和程序,达到了每秒2000次。107机连续无故障运行时长超过20小时,创造了电子管计算机的纪录。而且,这台计算机可以随时开关机,看似简单的这个功能,却让同时代的电子管计算机难以望其项背。

作为小型计算机,107机只是牛刀小试。1964年4月,中科院计算所研制的119计算机投入使用,每秒运算速度达到5万次,是世界上运算速度最快的电子管计算机。

119计算机的运算速度是104机的五倍,很快替换了在国家重点工程中值班的104机。彼时,我国第一颗氢弹正在理论攻关阶段,中科院计算所的119机和华东计算所的J-501机(在119机基础上仿制),一北一南,高速运转着。

1965年11月1日,J-501机输出结果的打孔纸带上,终于显示出令人兴奋的数字。带队在上海进行理论运算的于敏,当即用暗语给北京打了一个电话:“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠……”

这只“松鼠”,就是我国第一颗氢弹理论研究的突破。

为我国氢弹研制做出突出贡献的J-501电子管计算机。

因为保密的需要,对中国核武器研究做出卓越贡献的119计算机,长期以来都是默默无闻的“幕后英雄”。甚至在有些宣传中,会说中国科学家用算盘完成了“两弹一星”的运算。殊不知,那些海量的复杂运算,用算盘不知要拨打到何年何月。

作为运算速度最快的电子管计算机,119机再也没有被超越。当时唯一有能力超越这个纪录的美国计算机,已经进入了第二代——电子管被晶体管取代。

苏联计算机行业这时犯了个致命错误。因为早期的晶体管器件噪声大,性能不稳定,被苏联专家否定,导致其整个计算机工业体系迟缓了一代。

从苏联取经的中国计算机,却没有受到拖累,这倒不是因为那个时期中苏关系破裂。苏联专家还在北京指导改进103机的时候,中国就已经开始着手研制晶体管计算机,起步并不比美国晚多少。只是受制于科技发展水平和工业基础,一时造不出适用于计算机的晶体管。在当时的国际环境下,中国进口晶体管又没有一丝可能。

1962年5月,解放军军事工程学院(简称哈军工,现为国防科技大学)研制出了“隔离-阻塞振荡器”,解决了晶体管性能不稳的问题,为当时晶体管计算机的研制提供了条件。

在晶体管计算机研制过程中,也是哈军工拔得头筹。1964年11月,哈军工441-B机研制成功,该机是用国产半导体元器件研制成功的中国第一台晶体管通用电子计算机。计算速度为每秒8000次,样机连续工作268小时未发生任何故障。

哈军工研制的我国第一台晶体管计算机441-B机。

中科院计算所则是更上层楼。几年前,119计算机研制刚启动的时候,原定名为109计算机,本就打算花开两支,109甲机使用电子管,后改名为119机;109乙机则采用晶体管。

1965年6月,109乙大型晶体管计算机研制成功,每秒运算六万次。在此基础上改进的109丙机运算速度跃升至11.5万次。109丙机共生产了两台,一直服务到上世纪80年代,被国防科工委誉为“功勋机”。第一代核弹的定型和发展,“东方红一号”卫星的轨道论证,各型号运载火箭的方案设计、飞行精度分析等等,都有109丙机在幕后默默提供着数据。

第一代电子管计算机,以1946年美国第一台实用的ENIAC计算机计,中国的103机晚了12年;第二代晶体管计算机,1958年美国IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型,中国的441-B机晚了6年。

此后,第三代集成电路计算机、第四代大规模集成电路计算机,中国在逐渐缩小与美国的差距。

1983年我国千万次大型计算机的磁盘存储器,有脸盆大小,容量仅29兆。

我们日常使用的个人电脑属于微型计算机,是在计算机进入第四代即大规模集成电路时代后,体积缩小、性能提升、价格降低,才逐渐普及开来。从电子管时代就是计算机行业翘楚的美国IBM,其个人电脑业务在2004年被中国联想集团收购。联想集团的“娘家”,就是中科院计算所。

而在属于大国重器的超级计算机领域,最新的世界超级计算机500强中,中国“神威·太湖之光”和“天河二号”分列冠亚军,且中国超级计算机上榜总数达202台,超越美国,位居世界第一。其中,“神威·太湖之光”全部采用国产处理器,浮点运算速度达到每秒9.3亿亿次。

站上世界超级计算机巅峰的中国“神威·太湖之光”。

感谢徐祖哲先生为本文采写提供的帮助

[责任编辑:林景怡]

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