中國計算機發(fā)展史.doc

中國計算機發(fā)展史自從1946年世界上第一臺數字電子計算機在美國誕生以來，與計算機最鄰近領域的數學和物理界的共和國泰斗：世界數學大師華羅庚教授和中國原子能事業(yè)的奠基人錢三強教授，就十分關注這一新技術如何在國內發(fā)展。從1951年起，他們先后聚集國內外相近領域人才加入到計算機事業(yè)的行列中(放在當時他們領導的中國科學院數學所和物理所)，尤其是從國外回來的教授、工程師和博士，其中包括國際電路網絡權威閔乃大教授、在美國公司有多年實踐經驗的范新弼博士、在丹麥公司有多年實踐經驗的吳幾康工程師以及從英國留學回來的夏培肅博士和從美國留學回來的蔣士騛博士，并且積極推動將發(fā)展計算機列入12年發(fā)展規(guī)劃。1956年3月，由閔乃大教授、胡世華教授、徐獻瑜教授、張效祥教授、吳幾康副研究員和北大的黨政人員組成的代表團，參加了在莫斯科主辦的“計算技術發(fā)展道路”國際會議。這次參會可以說是到前蘇聯“取經”，為我國制定12年規(guī)劃的計算機部分作技術準備。隨后在制定的12年規(guī)劃中確定中國要研制計算機，并批準中國科學院成立計算技術、半導體、電子學及自動化四個研究所。當時的計算技術研究所籌備處由中國科學院、總參三部、國防五院(七機部)、二機部十局(四機部)四個單位聯合成立，北京大學、清華大學也相應成立了計算數學專業(yè)和計算機專業(yè)。為了迅速培養(yǎng)計算機專業(yè)人才，這三個方面聯合舉辦了第一屆計算機和第一屆計算數學訓練班。計算數學訓練班的學生有幸聽到了剛剛歸國的國際控制論權威錢學森教授以及在美國有34年編程經驗的董鐵寶教授(他當時是國內唯一真正直接接觸過計算機多年的學者)的講課。當時，我也是其中的學生之一。錢學森自學的數學功底，深度廣度幾乎涵蓋了我們所學的數學的所有課程，而且運用自如，我們作為北大數學系的學生感到十分欽佩，同時也使我們具體了解了數學如何應用到實際物理世界中。在前蘇聯專家的幫助下，中國科學院計算技術研究所，由七機部張梓昌高級工程師領銜研制的中國第一臺數字電子計算機103機(定點32二進制位，每秒2500次)在1958年交付使用，骨干有董占球、王行剛等年輕人。隨后，由總參張效祥教授領銜研制的中國第一臺大型數字電子計算機104機(浮點40二進制位，每秒1萬次)在1959年也交付使用，骨干有金怡濂、蘇東莊、劉錫剛、姚錫珊、周錫令等。其中，磁心存儲器由計算所副研究員范新弼和七機部黃玉珩高級工程師領導完成。在104機上建立的，由鐘萃豪、董蘊美領導的中國第一個自行設計的編譯系統是在1961年試驗成功(Fortran型)。國際歷史說明，發(fā)展計算機首先是為國防服務，中國也不例外。在前蘇聯專家?guī)椭袊l(fā)展民用計算機的同時，1958年，北京大學教授張世龍領導的包括當時還是學生的王選在內的北大師生與空軍合作，自行設計研制了數字電子計算機“北京一號”，并交付空軍使用。當時的中國人民解放軍總司令朱德還親自到北京大學北閣“北京一號”機房參觀了該臺機器。在完成“北京一號”之后，張世龍帶領包括王選和許卓群在內的北大師生，立即投入到北大自行設計“紅旗”的研制工作中。當時設定的目標比前蘇聯專家?guī)椭兄频?04機還高(通用浮點48二進制位，每秒1萬次)。1962年，“紅旗”也開始試算成功，但由于搬遷和“文革”的干擾，搬遷后未能恢復和繼續(xù)。103機同一時期，1958年在哈爾濱軍事工程學院(國防科技大學前身)海軍系柳克俊的領導下，與海軍合作自行設計的“901”海軍計算機交付海軍使用。在哈軍工海軍系康繼昌的領導下，與空軍合作自行設計的“東風113”空軍機載計算機也交付空軍使用。隨后，柳克俊領銜研制的國產晶體管軍用計算機1961年也交付海軍使用。在19581962年期間，總參也先后獨立研制成功一些自行設計的、全部國產化的型號，因為保密原因，這里從略。這些是中國人民響應中央號召，自力更生、努力拼搏做出的第一批代表中國人掌握計算機技術水平的成果，它證明了中國人民有能力發(fā)展中國自己的全部國產化的計算機事業(yè)。1964年，在中科院計算技術研究所吳幾康、范新弼領導下自行設計的119機(通用浮點44二進制位，每秒5萬次)也交付使用。這是中國第一臺自行設計的電子管大型通用計算機。也是世界上最快的電子管計算機。由于當時美國等已經轉入晶體管計算機時代，不能說明中國水平高，但仍然能說明中國人民有能力去實現“外國有的，中國要有；外國沒有的，中國也要有”這個雄偉意愿。在119機上建立的、由董蘊美帶領自行設計的實用的編譯系統是在1965年交付使用(Algol型)的，并且后來移植到109丙機上。在哈軍工計算機系教授慈云桂領導下自行設計的晶體管計算機441B(浮點40二進制位，每秒8千次)在1964年研制成功，骨干有康鵬等人。接著，1965年，441B改進為每秒2萬次。在中科院計算技術研究所蔣士騛領導下自行設計的晶體管計算機109乙機(浮點32二進制位，每秒6萬次)在1965年也交付使用。為了發(fā)展我國“兩彈一星”工程，1967年由蔣士騛領銜自行設計了一臺專為“兩彈一星”服務(兩臺分別安裝在二機部供核彈研究用和七機部供火箭研究用)的計算機109丙機交付使用，骨干有沈亞城、梁吟藻等。這臺計算機的使用時間長達15年，被譽為“功勛計算機”，是中國第一臺具有分時、中斷系統和管理程序的計算機，同時中國第一個自行設計的管理程序就是在它上面建立的。雖然我國自行設計研制了多種型號的計算機，但運算速度一直未能突破百萬次大關。直到1973年，北京大學(由張世龍培養(yǎng)的包括許卓群、張新華在內的骨干們)與“738廠”(孫強南、陳華林等骨干們)聯合研制的集成電路計算機150(通用浮點48二進制位，每秒1百萬次)的問世，使我國擁有了第一臺自行設計的百萬次集成電路計算機，也是中國第一臺配有多道程序和自行設計的操作系統的計算機。該操作系統由北京大學教授楊芙清領銜研制，這是國內第一個自行設計的操作系統。104機1973年3月，在全國實際研制目標200萬500萬次不能滿足中國飛行體設計的計算流體力學需要的情況下，當時的國防科委副主任錢學森根據飛行體設計的需要，要求中科院計算所在20世紀70年代研制出一億次高性能巨型機，80年代完成十億次和百億次高性能巨型機，并且指出必須考慮并行計算的道路。中科院計算所根據國防情報所和計算所情報室提供的國際上公開的材料，分析國際上在1970年前后美國研制成功的高性能巨型機的優(yōu)缺點之后，1973年5月提出全部國產化一億次高性能巨型機(20M低功耗ECL電路-四條流水線)及其模型機(757向量計算機，10M ECL電路-單條流水線)的可行方案。由于“四人幫”等的干擾破壞，及“文革”后數不清“走馬燈”式良莠不齊的干部班子，模型機757向量計算機1984年才投入使用。雖然巨型機的關鍵技術由沈亞城負責的20M低功耗ECL電路的集成電路芯片在1979年也研制投片成功，但是全部國產化一億次高性能巨型機因任務變動而停止。以上敘述是從研制水平的角度來說的，但是從非常重要的產業(yè)、市場和使用的角度，提供成批生產的計算機，電子工業(yè)部及其有關研究所(如著名的15所)和工廠(如著名的738廠)功不可沒。不僅上述中國早期計算機的研制和批量生產離不開他們，而且他們也獨立設計和研制過一些成批生產的計算機(如108系列)，尤其在人造衛(wèi)星地面系統(如320計算機及艦上718計算機)及其他軍工任務上，都作出了突出貢獻。他們研究工作的重點在技術和工藝上。他們的領軍人是莫根生、陳立偉、曹啟章及一批骨干，如江學國等等。此外，七機部、清華大學及中科院各分院在發(fā)展計算技術方面也作出了許多貢獻，不一一列舉。中國自力更生全部國產化的半導體、集成電路計算機事業(yè)，是與20世紀50年代至70年代林蘭英、王守武、王守覺和徐元森等教授領導的中科院半導體所、上海冶金所和109廠的研究及開發(fā)工作分不開的。而中科院半導體所和109廠都是從物理所獨立出來的。中科院物理所對中國計算機事業(yè)的歷史貢獻也是功不可沒。119機發(fā)展計算機事業(yè)離不開人才培養(yǎng)，20世紀50年代至70年代，中科院計算技術研究所(如夏培肅)、北京大學和哈軍工，在組織教師和學生動手研制計算機進行實踐、培養(yǎng)人才方面都取得很好的成績。一個計算機系統是由多方面研究成果構成的。范新弼領導的磁心存儲器長期處于領先地位，其中主要的骨干有甘鴻、伍福寧、王振山、徐正春等。王克本領導的中國第一個八層印刷電路板研究與設計小組等，都作出了出色的成績。實際上，上述計算機都是集體成果。例如，全國參加757計算機研制工作的人員有上千人。我國第一個計算機系統結構設計小組是1957年在中科院計算所成立的。20世紀50至70年代，它承擔了中科院計算所代表性的計算機(119、109乙、109丙、757、717等)的系統結構設計任務。成員是根據當時蘇聯計算機領軍人前蘇聯科學院院士列貝捷夫的建議，由年輕的數學專業(yè)畢業(yè)生組成。第一任小組負責人是國際網絡權威閔乃大教授。第一個正式設計任務是1958年5月國防部門的導彈防御系統計算機系統結構設計，設計工作由北大張世龍和第二任小組負責人余承宣加上六名數學專業(yè)畢業(yè)的大學生，其中周巢塵、沈緒榜等三名前后從不同領域(軟件、航天、系統結構)、不同單位被選為中科院院士。20世紀60年代，中國編譯系統的帶頭人當時都是年輕人，有總參的楊奇、計算所的董韞美和仲萃豪、南京大學的徐家福、國防科技大學的陳火旺；操作系統的帶頭人當時也都是年輕人，有北京大學的楊芙清、南京大學大孫仲秀。軟件正確性設計(容易推廣到硬件正確性設計)是近20多年國際上所十分關注的具有巨大經濟效益、社會效益和理論價值的重大問題，我國領軍人何積豐院士、周巢塵院士已經是國際上知名的佼佼者。眾多的計算機應用和應用軟件學術帶頭人，例如王選的有重大經濟效益和社會效益的彩色排版系統等等，因為篇幅和作者知識面的限制，都沒有談及。109丙機依靠進口元器件的利與弊20世紀70年代后期開始研制的計算機，幾乎全部都使用進口元器件、進口部件。由于超大規(guī)模集成電路迅速發(fā)展，數千萬甚至上億個晶體管逐漸能夠集成在一個芯片上。20世紀80年代及其之后得到迅速發(fā)展的計算機只有普通個人使用的微機(PC機)及超強的微機，后者可以構成服務器或者并行處理的高性能計算機。其他各式各樣的計算機(包括超級中小型計算機在內)由于性能價格比無法與微機競爭就自然逐漸消失了。國際上沒有及時調整戰(zhàn)略的計算機公司，如CDC公司、王安公司等都紛紛倒閉了。雖然如此，國內在這段過渡時期為了滿足用戶需求而研制的各種機型都是有貢獻的。例如張修領銜研制的KJ8920，為用戶提供優(yōu)質服務方面十分突出。國內最早意識到這個趨勢而率先轉向微機研究的突出的帶頭人有倪光南、韓承德等。國內高性能計算機有慈云桂、盧錫城、周興銘、王懷民領導的銀河系列，張效祥、金怡濂、陳左寧領導的神州系列，李國杰、孫凝暉領導的曙光系列，祝明發(fā)領導的聯想深騰系列。國內PC機有聯想系列、長城系列、方正系列、同方系列等等，其學術代表性帶頭人是倪光南，產業(yè)代表性的領軍人是柳傳志。計算機產業(yè)是一個產業(yè)鏈。軟件發(fā)展依賴于整機和應用需求的發(fā)展，整機的發(fā)展依賴于芯片、部件及需求的發(fā)展，芯片的發(fā)展依賴于“集成電路生產線大三角形”的發(fā)展，這里集成電路生產線大三角形是指集成電路生產線的三大部分，即大底座、中間層和頂層。大底座(價值十多億美元集成電路制造工藝生產線)是從拉單晶硅，到光刻擴散摻雜，到最后的封裝，這相當于過去林蘭英、王守武、王守覺和徐元森等領導中科院半導體所、上海冶金所的研究工作；中間層是各種高速低功耗電路設計，這相當于過去中科院計算所電路設計組蔣士騛、沈亞城等所進行的研究工作(20世紀70年代沈亞城所進行的高速低功耗ECL電路設計，直到到半導體所做成芯片才算完成)；頂層是硅編譯等等軟件，這部分工作過去是計算所使用小規(guī)模集成電路時把邏輯設計圖變成為工程布線圖的手工工作，加上半導體所制造小規(guī)模集成電路各種掩模板所需的手工工作。在超大規(guī)模集成電路的情況下，從復雜性、可靠性角度，手工是絕對不可能完成的，需要依靠硅編譯來自動完成。757主機在允許部分進口的環(huán)境下，一個產業(yè)鏈如果要求全部國產化，會造成一環(huán)落后引發(fā)產業(yè)鏈后續(xù)部分全部落后的情況。使用進口元器件、進口部件使得各種類型的整機，進而到軟件和應用，都能在國際先進基礎上得到發(fā)展。從市場經濟的角度，這無疑是正確的。但是，當國內所研制的計算機都轉向使用進口元器件、進口部件時，結果是：一方面，中國的高性能計算機和PC機的發(fā)展依賴于進口元器件和進口部件的水平；另一方面，中國的集成電路研制力量由于缺少巨大的經濟支持，都轉向非計算機用的其他難度小的方向。不僅全部國產化的億次高性能巨型機中止了研制，而且真正完全自主的國產計算機集成電路研制工作也中斷，至今也沒有恢復，甚至沒有任何恢復的跡象。這兩方面都對國家安全十分不利。實際上，“集成電路生產線大三角形”依靠進口的集成電路生產線就等于依賴外國集成電路生產線水平和外國政府批準向中國出口的集成電路生產線的水平。引進不可能最先進，而且在有不正常情況時引進必然中斷。引進的生產線的備份件也不能得到更新。1981年，中國研制成功的260機平均運算速度達到每秒100萬次。 1983年，銀河號巨型計算機研制成功，運算速度達每秒1億次 ，這是我國高速計算機研制的一個重要里程碑；1984年，聯想集團的前身-新技術發(fā)展公司成立，中國出現第一次微機熱。 1985年，華光型漢字激光照排系統投入生產性使用。 1985年，電子工業(yè)部計算機管理局研制成功與IBM PC機兼容的長城0520CH微機。1986年，中華學習機投入生產。 1987年，第一臺國產的286微機-長城286正式推出。 1988年，第一臺國產386微機-長城386推出，中國發(fā)現首例計算機病毒。 1990年，中國首臺高智能計算機-ESTIS4260智能工作站誕生，長城486計算機問世。 1991年，新華社、科技日報、經濟日報正式啟用漢字激光照排系統。 1992年，中國最大的漢字字符集-6萬電腦漢字字庫正式建立。 1992年，國防科技大學研究出銀河-II通用并行巨型機，峰值速度達每秒4億次浮點運算(相當于每秒10億次基本運算操作)，為共享主存儲器的四處理機向量機，其向量中央處理機是采用中小規(guī)模集成電路自行設計的，總體上達到80年代中后期國際先進水平。它主要用于中期天氣預報； 1993年，中國第一臺10億次巨型銀河計算機型通過鑒定。 1994年，銀河計算機型在國家氣象局投入正式運行，用于天氣中期預報。 1995年，曙光1000大型機通過鑒定，其峰值可達每秒25億次。曙光1000與美國Intel公司1990年推出的大規(guī)模并行機體系結構與實現技術相近，與國外的差距縮小到5年左右。1996年，國產聯想電腦在國內微機市場銷售量第一。 1997年，國防科大研制成功銀河-III百億次并行巨型計算機系統，采用可擴展分布共享存儲并行處理體系結構，由130多個處理結點組成，峰值性能為每秒130億次浮點運算，系統綜合技術達到90年代中期國際先進水平。 1998年，中國微機銷量達408萬臺，國產占有率高達719。 1999年，銀河四代巨型機研制成功。 2000年，我國自行研制成功高性能計算機神威I，其主要技術指標和性能達到國際先進水平。我國成為繼美國、日本之后世界上第三個具備研制高性能計算機能力的國家。2001年，中科院計算所研制成功我國第一款通用CPU“龍芯”芯片 2002年，曙光公司推出完全自主知識產權的“龍騰”服務器，龍騰服務器采用了“龍芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院計算所聯合研發(fā)的服務器專用主板，采用曙光LINUX操作系統，該服務器是國內第一臺完全實現自有產權的產品，在國防、安全等部門將發(fā)揮重大作用。 2003年，百萬億次數據處理超級服務器曙光4000L通過國家驗收，再一次刷新國產超級服務器的歷史紀錄，使得國產高性能產業(yè)再上新臺階。2004年，由中科院計算所、曙光公司、上海超級計算中心三方共同研制的曙光4000A實現了每秒10萬億次運算速度。2008年，“深騰7000”是國內第一個實際性能突破每秒百萬億次的異構機群系統，Linpack性能突破每秒106.5萬億次。2008年9月16日，曙光5000A在天津下線，實現峰值速度230萬億次、Linpack值180萬億次。作為面向國民經濟建設和社會發(fā)展的重大需求的網格超級服務器，曙光5000A可以完成各種大規(guī)模科學工程計算、商務計算。2009年6月，5000A正式落戶上海超算中心。2009年10月29日，中國首臺千萬億次超級計算機“天