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yalefield金虫 (文坛精英)
老汉一枚
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院士综述：中国计算机事业五十年回顾与展望
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李国杰 中国科学院计算技术研究所所长，中国工程院院士。 1956年，我国在制定十二年科学技术发展规划时，将发展电子计算机列为国家的四项紧急措施之一，我国的计算机事业从此开始。50年来，我们取得了辉煌的成就。在倡导自主创新、全国上下为建设创新型国家而努力的今天，回顾我国计算机事业50年的发展历程，展望今后令人神往的锦绣前程，具有格外重要的历史意义。 一、令人难忘的拓荒创业 1956年，国家刚刚从战乱中恢复元气，百废待兴。就在这样薄弱的基础上，党中央发出了“向科学进军”的号令，并且制定了十二年科学技术发展规划。规划的第41项任务就是“计算技术的建立”。当时发展计算机技术，紧迫的战略需求是为研制两弹一星提供计算能力，因此制定了“任务带学科”的发展战略，鉴于当时人才奇缺，很少人懂计算机，因此果断地采取了“先集中，后分散”的发展原则。以中国科学院为主，集中了当时二机部、总参三部、高教部、国防部五院等全国科研力量，共同筹建中科院计算所。并从1956年起连续举办四期计算技术训练班，共培养了约700名大学本科水平的计算机和计算数学方面的专业人员，这些“种子”后来分撒到全国各地开花结果，成为我国计算机行业的骨干。现在我国的国力大大增强，但面对计算机领域新的挑战，如高性能CPU、下一代网络、量子与生物计算等等，我们多么需要像前辈一样，不分单位、不分你我，发扬全国一盘棋的精神，集中力量办大事！ 回顾我国计算机事业的创业史，我们不能不由衷地感激毛泽东、周恩来、陈毅、聂荣臻等国家第一代领导人的高瞻远瞩，不能不钦佩张劲夫、杜润生、罗沛霖、郭平欣、王正、严沛霖等老一代科技决策者的英明果断，不能不对开拓我国计算机事业的老一辈科学家和工程人员表示崇高的敬意！ 二、做出杰出贡献的计算机科学家 追根溯源，中国计算机事业最早的拓荒者是华罗庚教授。 早在1952年，在他的领导与推动下，中科院数学所（后转到近代物理所）成立了我国第一个电子计算机研究小组，夏培肃院士是最早的三人小组成员之一（其他二人后来未继续做计算机研究）。1956年，华罗庚教授被任命为中科院计算所筹备委员会主任。他不但提出了对我国计算机创业有重要影响的“先集中、后分散”原则，确定了一些大政方针，而且还提供了他向冯.诺依曼等学者索取到的珍贵资料。我国56年起开办的计算技术培训班的教材，许多都是根据华罗庚等教授从美国带回的资料翻译而成。当计算机开始进入千家万户时，我们不能忘记华罗庚教授为启动我国的计算机事业所做出的特殊贡献。 像华罗庚一样，我国一大批数学家为发展计算数学和计算机科学做出了重要贡献，其中最突出的代表是冯康教授。上世纪50年代末60年代初，当时在中科院计算所第三研究室工作的冯康先生，在解决大型水坝计算问题的研究实践基础上，独立于西方创造了一整套解微分方程问题的系统化计算方法，当时命名为基于复分原理的差分方法，现在国际上通称为“有限元方法”。可惜他生前只获得过自然科学二等奖。直到他去世后四年，他的另一项成果—哈密尔顿系统的辛几何算法才获得国家自然科学一等奖。冯康先生留给我们的不仅仅是有限元法等知识原理，更重要的是他从实际中发现科学问题的大师级的科学研究方法和独创精神，他迟到的荣誉也映射出我国评奖体系的弊端。 另一位在计算机领域作出杰出贡献的科学家是我国自主创新的楷模—王选教授。 王选教授去世以后，中宣部等三部委联合决定，在广大知识分子中开展向王选同志学习的活动。王选教授是我们计算机界的骄傲，在今天纪念计算机事业50周的大会上，我们要缅怀他对发展我国计算机事业做出的重大贡献，特别要学习他的自主创新精神。上世纪70年代他凭着科学家的自信，勇敢地跳过印刷排版的第二代第三代技术，直接跨越到第四代激光照排。正如方正集团董事长魏新所言，“没有王选老师的持续技术创新，我们这个发明了活字印刷的伟大民族就不可能在印刷术上再次领先于世界。” 王选教授在生命垂危的最后几个月里，还向中央写了几份关于自主创新和人才培养的建议，他关于自主创新的许多文章和精彩报告已在年青一代科技工作者中流传，这是他留给我们的宝贵精神财富。中国计算机学会专门设立了本领域的最高奖—王选奖，希望以此激励计算机界的创新。 三、50年来具有代表性的科技成就 半个世纪以来，几代科研人员顽强拼搏，锐意进取，取得一个又一个科研成果，获得国家级二等奖以上的奖励成果就有几十项，在这里不可能一一列举，只能根据我个人的理解，回顾几项有代表性的重大科技成就。 1、高端计算机研制 50年来，研制当时最先进的通用计算机一直是国家支持的计算机科研任务的重要内容。中科院计算所一成立，就在苏联专家的帮助下，着手仿制和改进苏联设计的M-3机和ЪЭCM计算机。1958年8月1日103机研制成功，这是我国最早研制成功的第一台基于电子管的小型通用数字计算机，人民日报当天报道了这一消息。1958年10月，哈尔滨军事工程学院研制成功901型电子管专用计算机。1959年10月1日我国第一台大型通用数字电子管计算机—104机在中科院计算所研制成功。1958至1962年，总参也研制成功一些计算机，由于保密当时未对外公布。与世界上第一台电子管计算机ENIAC相比，我们的起步晚了12年。但在与西方几乎隔绝的条件下，两年左右的努力就能把电子计算机造出来，说明只要齐心协力，中国人有能力研制、生产自己的计算机。 1960年，中科院计算所研制成功我国第一台自行设计的小型通用电子计算机-107机。从此我国的计算机设计进入自主设计阶段。1964年，我国自主设计的第一台大型通用电子管计算机-119机在中科院计算所研制成功，运算速度每秒5万次，这是世界上速度最快的电子管计算机（当时美国已转入晶体管计算机时代）。从103机到119机，参加第一代电子管计算机研制的人员来自全国许多单位，这些成果是全国科技人员合作的结果。 从第二代晶体管计算机开始，我国派往苏联进修人员、经过计算技术训练班培训的科研人员和按“先集中后分散”方针参加第一代电子管计算机研制人员，已回到各单位，国防科研部门的科研力量也已成长起来，使得我国的计算机研制呈现出你追我赶、百花齐放的繁荣局面。1964年哈军工研制成功每秒8000次的441B小型晶体管计算机。1965年大型通用晶体管计算机109乙机在计算所研制成功，浮点运算速度每秒6万次。改进后的109丙机1967年投入使用，在国防部门服务了15年，有效算题10万小时以上，被国防用户誉为“功勋机”。进入70年代，中科院计算所，国防科研单位和华东计算所等都开始研制第三代集成电路计算机。1973年北京大学和738厂联合研制成功每秒百万次运算集成电路计算机，并运行我国自行设计的操作系统，标志着我国计算机设计水平上了一个新台阶。 80年代以后，我国开展了向量机、大规模并行机和机群系统等各种高端计算机研制，陆续推出了银河、神威、曙光等系列成果和产品，形成了以国防科大、江南研究所和中科院计算所为代表的科研团队。1983年国防科大研制成功的银河一号，使我国设计的计算机上了每秒一亿次的台阶。在以后的20年左右时间内，我国自主设计的超级计算机先后突破十亿、百亿、千亿、万亿和10万亿次大关，我国与国外高端计算机的差距在逐步缩小。以国内外推出各代第一台计算机的时间差距来衡量，第一代的差距是12年，第二代是6年，第三代是9年（文革的干扰），向量机是7年，大规模并行机是5年，机群系统是4年。现在研制千万亿次计算机，我国与国外的起跑线相距很近。 90年代以来，我国研制高端计算机的步伐明显加快。以曙光计算机为例，从曙光一号到曙光4000A，十年左右时间内Linpack性能提高了约2万倍，而国际上TOP500的超级计算机10年内平均只提高一千倍。几十年的高端计算机研制为我国造就了一批计算机设计的领军人物，如张效祥、慈云桂、金怡濂、高庆狮等，其中金怡濂院士2002年获得国家最高科技奖。 2、集成电路和软件 我国发展集成电路有成功的经验，也有失败的教训。 钱学森曾经说过：“60年代，我们抓两弹一星，是一得；70年代没有抓微电子，是一失。”其实，70年代我国各部门、省市引进了几十条集成电路生产线，但我国微电子产业从一开始就与计算机产业脱节，较忽视计算机专业人才在集成电路设计中的作用。70-80年代，大中型计算机所用的芯片占到芯片市场的一半以上，但当时我国的计算机产业规模较小，尚未起到拉动集成电路产业的作用。我国集成电路与计算机的两张皮现象一直延续到今天。龙芯CPU在十五期间实现每年性能提高3倍左右的跨越式发展。目前性能已超过1.5G主频的奔腾IV，功耗只有5W左右，这一令国人扬眉吐气的重大进展说明，只有充分发挥计算机专业人才的作用，我国的集成电路设计（特别是CPU设计）才能取得大的突破。在未来的系统芯片（System on Chip）产业中，懂得系统结构设计的计算机专业人才将发挥关键作用。计算机系统人才与从事物理设计的微电子专业人才的密切结合是发展我国集成电路产业的必由之路。 我国的软件研究开发与计算机研制同时起步，56年中科院计算所就与北大联合开设了计算数学训练班。80年代以前我国对系统软件的研制较为重视，1959年研制成功的104机就运行了自主设计的Fortran编译程序，119机上运行了我国自主设计的第一个Algol编译程序，北京大学研制的１５０机上运行了我国自主设计的操作系统。８０年代以后，我国系统软件开发的重点转向软件开发环境、中间件及构件库等，影响较大的成果有青鸟系统和Starbus等。９０年代以后，在Unix和Linux基础上，先后开发了COSIX和麒麟等操作系统，国产数据库也开始占领市场。 我国有不少计算机科学家是从基础数学或数理逻辑转到计算机软件的，因此中国在软件理论方面的重大成果与欧洲学者有较多联系，如可执行的时序逻辑语言和ＸＹＺ系统，区段演算理论、开放逻辑、形式语义学等。 吴文俊院士是在计算机领域做出杰出贡献的数学家，他过去的科研工作涉及代数几何、数学史等众多领域。上世纪70年代后期他开创了数字机械化的新领域，发明了用计算机证明几何定理的“吴方法”。后来吴方法被推广到求解偏微分方程、计算机视觉等许多基础研究和高技术领域。鉴于他的杰出贡献，2000年他获得了首届国家最高科技奖。在人工智能技术方面，我国较突出的成就是汉字认别、中文信息处理和专家系统。汉王等公司的汉字识别软件已在市场上占有较大份额。８６３计划支持的农业专家系统历时十几年，覆盖全国２０多个省市，经济效果明显。 3、计算机产业和应用 70年代以前，我国的计算机研制主要为国防服务。73年初召开的7301会议是计算机产业发展的转折点，这次会议提出发展微型、小型、中型三个系列机的任务，确立了计算机产业发展的正确方向。70年代中到80年代初DJS-100和DJS-200系列计算机陆续研制成功，并形成批量生产能力。从80年代开始以PC为主的计算机产业开始兴起，目前联想、长城公司的营业额都超过1000亿元。2005年我国计算机国内市场营业额达到4762亿元，计算机类产品出口总额达到1048亿美元，已成为全世界计算机生产的大国。 2000年国务院颁布的“鼓励软件产业与集成电路产业发展的若干政策（即18号文），有力地促进了软件和集成电路产业的发展，2005年中国软件市场规模达3900亿元，国产软件出口39.9亿美元。2005年我国共生产集成电路266亿块。通过十一五期间的努力，我国的软件和集成电路产业已打下较好的基础。但是，我们必须冷静地看到，2005年我国花812亿美元进口集成电路，花343亿美元进口计算机，所支出的外汇远远超过进口石油和汽车！我国发展集成电路和高端计算机还任重道远。 改革开放以来，我国就开始了信息化工作和较大规模的计算机推广应用。特别是90年代以后，我国的计算机应用蓬勃发展。1993年开始的三金工程使我国的信息化建设进入一个新阶段。十多年来，我国的信息基础设施建设取得骄人成绩，到2006年6月，我国网民人数已达1.23亿人，其中宽带网民有7700万人，高中学生互联网普及率已超过50%，上网计算机数达5450万台，网站总数78.8万个，国际出口带宽214Gb。互联网的快速发展是我国信息化程度提高的集中反映。在行业信息化方面，如海关、税务、银行等部门，计算机的应用已取得十分明显的效益。近年来，我国电子政务、电子商务、教育信息化、信息安全、信息资源开发和数字文化产业等各个方面，都取得了长足的进展。 四、五十年发展的基本经验 五十年来，中国计算机事业经历了风风雨雨，已经积累了丰富的经验，这是历史留下的宝贵财富，值得我们认真总结。 1、 相信自己的力量，坚持自主创新。 50-60年代国外对中国实行技术封锁，除了最早仿制的两台计算机外，国内研制的大大小小的计算机都是依靠自己的力量研制出来的，这些计算机的主要设计者大多是年青人。改革开放以后，“市场换技术”的政策并没有换来核心与关键技术，我国计算机技术的每一点实质性的进步都是自主创新的结果。特别是通用CPU这一计算机核心技术的突破，花钱之少，进展之快，出乎人们的意料。取得这一重大进展的前提是科研人员的民族自信心。他们在一片怀疑声中有“做出来给你看”的自信，这一成功也说明创新人才是逼出来的，国家的战略需求可以造就高水平的人才。 2、 科研必须面向市场，发展产业必须依靠科技。 在计划经济时代，我国的计算机科研主要面向国防需求，特别是两弹一星的需求。这一段时间期计算机科技工作者的成绩不能抹杀，他们曾经为共和国的独立做出了贡献，出色地完成了上级下达的科研任务，不能因为没有市场化而怪罪科技工作者。但是，历史已经证明，计划经济的道路走不通，市场经济是人类社会的必然选择。像过去的苏联一样，仅仅为备战和国家安全发展科技，国家不但不会富强，反而可能被拖垮。我国计算机产业近20年来每年以2—3倍GDP增长速度发展，得益于改革开放和社会主义的市场经济。科研工作也只有从市场中获得需求才有真正的动力。 另一方面，我国计算机产业的发展史也证明，发展产业必须依靠科技。我国计算机产业规模已经很大，2005年销售收入达10644亿元，但利润只有209亿元，利润率低于传统产业，没有体现出高技术产业的特点。这是因为我国的计算机产业基本上是加工产业，处于产业的下游。要改变这种局面，必须加大科研投入，尽快掌握核心技术，争取向产业的上游发展。特别要抓住计算机产业更新换代的机会，开拓新的市场。近几年我国的滕讯、盛大、百度等网络服务企业崭露头角，对计算机、网络及软件技术提出了新的需求，为计算机产业发展开辟了新的发展方向。 3、 坚持改革开放，在经济全球化的环境下竞争发展。 计算机的发展是已证明，开放的技术繁荣昌盛，封闭的技术会逐步衰亡。计算机技术已从垂直集成发展到水平集成，产业链的分工已十分明确。计算机产业比通信产业更开放，这是计算机产业的优势，我们决不能违背这一历史潮流。70年我们引进了几十条IC生产线，但IC产业没有搞上去，最近几年，华虹、中芯国际、宏力、和舰等IC生产线都迅速投产，这一鲜明对比难道还不发人深省吗？中国的市场是世界市场的组成部分，世界市场也是中国企业的市场。中国企业只有在国际竞争中占上风才能获得国内市场。最近AVS国家标准在走向国际标准的道路有进展，这说明，只要我们的技术过硬，我们也有可能在国际标准中占有一席之地，我们有能力在开放和竞争中赢得主动。 4、 必须充分发挥政府的主导作用 我国50-60年计算机技术的自主发展，取得值得骄傲的快速发展，得益于政府的投入和精心组织。据统计，50-60年代我国的R&D投入占GDP的比重平均为1.28%，最高的年份达到2.32%。这充分说明我国第一代领导人对自主创新和发展科技的高度重视。近20年来，国家实施了863等高技术计划，投入也在不断增加，但对计算机产业的长远发展缺乏整体谋划，企业从国家科技计划的成果中还难以找到更新换代的核心技术。各国发展史的统计表明，一个国家R&D投入占GDP的比重在2%以下时，政府的研发投入一般都在50%以上，而我国目前只占30%。政府的主导作用不仅体现在科技投入上，更应该体现在制定战略规划、营造公平竞争的产业环境和促进产学研合作等方面。市场看不见的手和政府看得见的手，两手都要硬。 五、 创造更加美好的未来 数字电子计算机已经诞生60年，计算机的基本原理60年前已经建立。图灵机模型、冯.诺依曼的程序存储模型都是建立在单个计算机基础上，60年来没有改变。随着“网络就是计算机”逐步变成现实，计算机的基本理论面临重大突破，目前我们处在重大突破的前夜。近20年来，发展计算机技术的主要目标是提高性能。由于功耗的限制，主频的提高已不再是主要途径，低功耗、安全可靠、简单易用已成为21世纪计算机技术的主要努力方向。当技术发生转折时，后发的国家有可能另辟蹊径，后来居上，这是我们跨越发展的难得机遇。 另一方面，计算机技术已经相对成熟，现在已进入广泛普及阶段，21世纪计算机领域的创新更多地出现在应用领域，计算机技术与物理、生命甚至社会科学的融合，正在形成许多新的边缘学科，为我们开辟了更广阔的舞台。目前世界上大约有10亿人用过计算机，下一个10亿用户主要出自发展中国家，他们的需求将不同于过去的用户。更便宜、更易用的计算机有十分广阔的市场。到2020年，我国可能有7-8亿人上网，采用现在的服务器和计算机至少要花费几十万亿元，这是我们不可能承受的开支，中国也不可能基于盗版软件实现信息化，我们一定要走新型低成本高效益的信息化道路。 迄今为止，国际上流行的计算机教科书上，还很少出现中国人的名字，在计算机的知识宝库中，中国人发现、发明的知识还不多。计算机领域的国际标准中，以中国人的发明专利为基础的标准也很少。我们必须为人类的文明做出与“中国人”这个响当当的名字相称的贡献。中国的计算机产业要成为世界强国，首先要做到中国的计算机技术成为世界一流。 孔子曰：“五十而知天命”。让我们发扬老一辈计算机科技工作者奋发进取的优良传统，按照计算机技术和产业的客观规律办事，求实创新，使我国在2020年以前真正成为世界计算机的强国。 |
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2楼2007-04-06 11:13:01