【最美科学家】中国计算机之母:她的名字和北斗一起上天

【最美科学家】中国计算机之母:她的名字和北斗一起上天

2015年3月31日,首颗使用中国自主研发的中央处理器“龙芯”的北斗卫星在西昌卫星发射中心发射成功,这也是我国首颗长寿命、高质量的卫星。

20天后,这颗卫星上装着的计算机正式开机,这意味着我国卫星导航系统将逐渐实现自主可控,新一代导航卫星已经诞生。

“龙芯”为北斗保驾护航,在高空煜煜发光,只是有一个人再也看不到了。她就是我国电子计算机专家、“中国计算机之母”夏培肃。

2001年5月,“龙芯”项目正式启动,夏培肃的学生胡伟武任研制组组长,结束了中国只能靠外国人的CPU生产计算机的历史。

历时15个月,首片由中国自主研制的计算机芯片“龙芯一号”流片成功。为了纪念恩师从事计算机事业50周年,胡伟武将它命名为“夏50”,人们习惯称其为“夏芯”。

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夏培肃和学生胡伟武

夏培肃虽然没有直接参与“龙芯一号”的研制,但几位主要研制者却都是她的学生,其中还包括中科院计算所所长李国杰、中科院计算所研究员唐志敏等。

从此,这块芯片有了很多称呼,“夏芯”“中国芯”“龙芯”。无论是哪一颗“芯”,都和夏培肃的赤子之心分不开。

夏培肃是我国计算机事业的开拓者和奠基人,她的一生和计算机有着千丝万缕的联系,可以说,她的生命历程就是中国计算机发展的历程。

江津,地处巴山楚水之间,是长江的重要渡口,有名的鱼米之乡。1923年7月28日,夏培肃降生在这座富庶而又古朴的小城。

夏家世代书香,祖父夏风薰是前清秀才,从事教育工作40年;父亲夏鸿儒是清末举人,曾在江津创办学校,矢志实业救国;母亲黄孝永师范学校毕业,曾任江津女子小学校长、江津女子中学教员等。受家风影响,夏培肃幼年就打下了扎实的基础,数学尤其出色。

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学生时代的夏培肃

抗日战争全面爆发后,夏培肃转到江津国立第九中学学习,学校收容了很多流亡学生,她和他们一起住校,吃的都是发霉的米,狭窄的宿舍里放了4张双人床,住的却不止8个人。日本侵略者的暴行,让夏培肃痛恨至极,她决心学工科,以求将来用工业救国。

1940年,夏培肃考入中央大学电机系,其间,吴大榕教授讲授的交流电路的瞬态分析,激起了她的兴趣,这对她日后研究计算机影响很大。

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1941年,夏培肃(前排右二)和大学同学合影

大学毕业后,学校推荐她到交通大学重庆分校电信研究所攻读研究生,在张钟俊院士门下研究电路张量分析,再次为她日后在计算机领域大展拳脚添砖加瓦。

1947年,夏培肃通过留学考试,顺利成为英国爱丁堡大学电机系的博士生。在这里,她主要研究电路理论、自动控制和非线性常微分方程的应用,并提出了一种解非线性常微分方程的图解法,还利用非线性理论研究电子线路的变参数振荡。这段经历为她后来从事计算机电路的研究和设计积累了丰富的经验。

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1948年冬天,夏培肃在英国爱丁堡大学

4年后,28岁的夏培肃已经是英国爱丁堡大学的博士后了,但她却选择回国,只因大洋彼岸有一个刚建立的国家需要她。

回国后,她被分配到清华大学电机系电讯网络研究室任助理研究员,这一时期,她试制成功一个电解质溶液计算盘,用以求电讯网络的稳态解和瞬态解及高次代数方程式的根。

机会总是留给有准备的人。1952年,中科院数学研究所所长华罗庚提出,要在中国研制电子计算机。他在清华大学电机系物色了三位电信、电子科学方面的高精尖人才,成立了中国第一个计算机科研小组,夏培肃就是其中之一。

“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在1952年秋天的一个晚上、当我第一次谒见华罗庚教授时。”华罗庚无疑是夏培肃的伯乐,他打开了夏培肃通往计算机科学的大门,从此计算机成为夏培肃一生的挚爱和引领。

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年轻时期的夏培肃

在华罗庚的领导下,夏培肃和另外两位伙伴闵乃大、王传英很快投入工作。研究所没有实验室,他们就自己搭建了一个简陋的实验室。这是中国第一次研制计算机,他们连一本完整叙述计算机原理的书都找不到,只能从英文期刊上寻找有价值的线索。所里没有打印机,所有资料都只能靠手抄,夏培肃就一个字一个字地写下来。

经过半年的调研和初步的实验,夏培肃提出研制中国第一台通用电子数字计算机的设想和技术路线。根据这个设想,这台计算机与美国在1951年完成的EDVAC机的规模相当,但其存储器准备采用示波管存储器,而EDVAC机所用的则是水银延迟线存储器。

1954年,夏培肃转到近代物理研究所计算机小组继续开展第一台计算机的研制工作,主要负责运算器和控制器的设计。

不久,中国向苏联购买计算机图纸和资料来仿制计算机,夏培肃的研究工作不得不暂停,直到1958年,她才得以继续原来的工作。暂停工作期间,她对原来的设计方案进行了修改,最大的改动就是将示波管存储器改为当时先进的磁芯存储器。

1960年,奋斗了8年之久后,夏培肃终于成功研制出中国第一台自行设计的电子计算机——107计算机。

该机存储容量为1024字节,可执行16种操作,包括接收、发送、逻辑加、逻辑乘、移位、打印、停机等等。它的工作情况很稳定,可连续无故障工作20个小时,性能大大超越了当时的其他电子管计算机。

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夏培肃(二排左三)与中国科学技术大学部分师生在107计算机机房前合影

此时,最初和夏培肃一起参与研制工作的两位伙伴早已离开小组了,只有她从头到尾坚持了下来。

这台计算机就像她的孩子一样,为了“这个孩子”,她却疏忽了自己的孩子。夏培肃的第一个儿子由于缺乏照顾,在她研制107机期间意外去世,第二个儿子也因为疏于照顾,身体一直不太好,这成为她一生的遗憾。

107机问世后,夏培肃并没有因为取得了举世瞩目的成而有所懈怠。此后,她又研制出多种类型的计算机,并且提出了一系列计算机应用理论,几乎是每十年就出一个重大成果。

20世纪60年代初期,夏培肃开始研究如何提高计算机的运算速度,探索如何研制性能更好的计算机。

几年后,她有效地解决了大型计算机中高速信号传输波形畸变问题,提出全机特性阻抗匹配概念、导线不分支原则、分布式地网等思想。此项研究成果后来成为国内大型高速计算机研制的参考标准。

1968年,她又提出最大时间差流水线原理,在时间上比美国学者早了一年。这一原理的应用大大提高了流水线计算机的时钟频率,在较慢的电路中实现了过去只有在高速电路才能实现的高速计算。

用一个10年,做成一件大事。夏培肃研究计算机的每个十年,都没有空档期。

20世纪70年代,她成功研制出了高速阵列处理机150-AP,该机的最高运算速度为每秒1400万次,高于当时美国对中国禁售的同类产品的运算速度。

在这一项目中,夏培肃提出总体功能设计、逻辑设计和工程设计一体化的设计思想,使该机的运算速度得以显著提高。

20世纪80年代,夏培肃负责分布式计算机和并行计算机的研究,并先后研制出GF-10功能分布式阵列处理机和BJ并行计算机。下一个10年,她又提出基于反图拓扑的可伸缩高速互连网络,并在国内外申请了3项专利。

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夏培肃指导学生做实验

仅仅研究计算机,就已经十分忙碌了,可夏培肃仍然挤出了很多时间来教书育人,为中国计算机事业培养后备力量。20世纪60年代起,她开始带研究生,先后培养了60多名研究生。

除了胡伟武,还有领导曙光系列高性能计算机研制的李国杰,曾任曙光1000大规模并行计算机系统和联想深腾1800/6800超级计算机总设计师的祝明发,设计试制成功时钟周期为10ns的GF-10/13 计算机的林琦……在她众多的学生中,随便拎出一个来,都是业界有分量的人物。

夏培肃教育学生和测试计算机性能一样准确,她曾经给一个学生的论文改了26遍,连章节安排、遣词造句甚至标点符号都进行了修改,前后用了8个月时间。

尽管如此,她却没有在这位学生的论文上署名。她说除非自己真的做了实质性的工作,否则坚决不能在学生的论文上署名。

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2006年,夏培肃在北京大学住处外

短短一生,硕果累累,夏培肃不愧为中国计算机的先驱,IT界的英雄。直到人生暮年,她最牵挂的依然是中国计算机事业的发展,曾多次向有关部门建议开展高性能处理器芯片的设计。她的学生胡伟武完成了她的心愿。

先生已逝,来者可追。夏培肃的学生以及千万万万的计算机科学工作者,正奔赴在中国计算机事业发展的路上,未来可期!


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