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夏培肃:严谨治学·甘为人梯

来源:《知识就是力量》杂志社

  编者按:2016年底,当计算机学科方面的专家得知我们正在筹备《计算之美——计算机女科技工作者成长之路》一书的工作时,无不惋惜我们没有机会访谈夏培肃先生。

  然而,当时间定格在2017年9月,我们收到李国杰院士的邮件。李院士说,如果该书没有夏培肃先生成长历程,将是一个缺憾。随信李院士发来了《夏培肃传》。我们在读完《夏培肃传》之后,感受到一代科学家为科研、为教育所付出的努力。希望通过我们的整理,能为中学生展现一位中国计算机事业的奠基人之一的成长路。

  夏培肃,中国计算机事业的创始人之一,中国科学院院士。

计算之美;计算机;女科技工作者

1985年夏培肃(右二)获赫里奥-瓦特大学名誉科学博士学位

  撰文 / 王翠玉

  1945年,夏培肃毕业于国立中央大学(1949年更名为南京大学)电机系。1947年在上海交通大学攻读完电信研究专业,获研究生学位,同年留学英国。1950年获英国爱丁堡大学哲学博士学位,之后两年为该校博士后。

 

  1951年10月,杨立铭和夏培肃夫妇二人应清华大学校务委员会副主任周培源的邀请回国。他们满怀建设新中国的爱国热情,登上了回国的远洋客轮。回国后,夏培肃被安排在清华大学电机系电讯网络研究室任助理研究员、副研究员。从1956年开始先后担任中国科学院计算技术研究所副研究员、研究员。

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夏培肃1950年获博士学位照

  1956年,夏培肃参加了周恩来总理主持的我国十二年科学规划中的“计算技术的建立”规划。她还推荐了从美国回国不久的范新弼、蒋士騛和周寿宪参加规划。该规划建议在中国科学院建立我国第一个计算技术研究所,夏培肃参加了该所的筹建,并一直在那里工作。夏培肃先后创办了两种在我国计算机界最具权威的学术刊物,并担任第一任主编。1978年她创办了《计算机学报》;1986年创办了英文学报《Journal of Computer Scienceand Technology》,该学报在国内外发行,已成为EI,SCI的索引刊物。

  心系科研 严谨治学

  20世纪40年代末,华罗庚应冯·诺依曼的邀请,参观了他的实验室。此时,以冯·诺依曼(J. v. Neumann)为代表的一些科学家,已在着手设计新型的电子数字计算机EDVAC(意为“电子分离变量自动计算机”)。

  华罗庚当时就意识到电子数字计算机的广阔前景。1950年华罗庚回国,1951年组建中国科学院数学研究所,并担任所长。1953年1月3日,华罗庚将闵乃大、夏培肃、王传英三人正式调到数学研究所,成立了中国第一个电子计算机科研小组。

 

  当年,国家在电子学方面的人才很紧缺。为了使为数不多的电子学人员、经费和仪器设备集中起来,中国科学院领导在1953年冬决定将全院电子学方面的人员,暂时集中在以钱三强为所长的中国科学院近代物理研究所。于是计算机小组就从数学研究所,转到了近代物理研究所。

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1956年夏培肃(第一排左五)赴苏联考察团合影

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1959年6月17日夏培肃(第二排右五)与第3届训练班工作人员合影

  当时从事电子计算机的研究,艰难是身处今天的我们无法想象的。我国计算机学科的资料极少,更别说有一本介绍电子计算机原理的书了。夏培肃和科研小组的成员克服种种困难,一方面从图书馆的英文期刊中查找计算机方面的文章;另一方面夏培肃托国外的同学帮助找相关的资料。为了让更多人了解电子计算机,1955年夏培肃开始着手编写计算机原理讲义。当时,计算机专业的一些基本术语和名词都是英文。她在编写时反复推敲,将英文专业术语意译为中文,并沿用至今。例如:计算机术语英文bit,台湾学者翻译成“元”,夏培肃翻译成“位”,现在常用在32位处理器、64位操作系统等术语中;memory,台湾学者翻译成“记忆体”,夏培肃翻译成“存储器”,现在常用在内存,缓存等术语中。

  当年,国际上的计算机有并行计算机和串行计算机两种形式。并行计算机的运算速度快,串行计算机设计较为复杂,但节省器材。串行计算机做除法比并行计算机复杂得多。国外的串行计算机一般不直接做除法,而是先求除数的倒数,然后再乘上被除数,用乘法的方法来做除法。夏培肃设计了除法的算法,在她设计的串行计算机中能直接做除法。这是她对串行计算机的运算器,所执行的四则运算的算法,进行了比较深入的研究,初步完成运算器和控制器的逻辑设计,并完成一些基本电路实验。

 

  “文化大革命”期间,夏培肃被关了半年“牛棚”,尽管工作退居到了辅助岗位,但是,热爱科学、立志工业报国的她,仍以顽强地毅力完成了研制为人造地球卫星测控用的717计算机的插件测试设备、研究大型高速计算机中的信号传输问题、提出最大时间差流水线原理三项重要的科研工作。她一步步在解决国产计算机中的重大难题,为我国计算机科学的发展奠定了坚实的基础。

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1987年夏培肃(第一排左二)与李振道讨论

  20世纪70年代末,重新恢复科研工作的夏培肃,敏锐地捕捉到了AP(阵列处理机)这一低成本的高性能计算机的研究动向。1973年石油部物探局研究院安装了中国研制的100万次/秒的150计算机(即DJS 11机),用来进行石油勘探中的地震资料处理。150计算机为中国的石油勘探工作做出了很大贡献。但是,随着物探技术的发展,150计算机的处理速度明显跟不上地震资料处理的需要。1979年5月,由夏培肃负责牵头,为石油部地球物理勘探局研究院研制150-AP。

  夏培肃为150-AP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,使其运算速度显著提高。150-AP的设计思想和国外的AP有很大的不同。国外AP-120B一类的计算机,是主机的附属处理机,只能通过外部通道在主机控制下工作,因而系统的工作效率较低。150-AP不是主机的附属处理机,它和主机直接相连,类似于目前流行的GPU辅助计算。它是一台自主运行的处理机,和主机并行工作,不受输入输出设备的影响,因而使系统效率大大提高。

 

  150计算机的运算速度是100万次/秒,而150-AP的运算速度达到了1400万次/秒。1981年,150-AP研制成功,在试运行时处理地震资料的速度和质量和进口计算机相比,毫不逊色。150-AP最后安装在长庆油田,使地震资料的处理速度比原来提高10倍以上,该油田的勘探任务计划大幅度超前完成。

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1988年夏培肃(第一排左三)亚太教育会议上讲话

  1980年,夏培肃将有关150-AP设计的文章(作者有夏培肃、陈建新等十人)投到1981年在美国召开的“第8届国际计算机体系结构年会”(ISCA),这个会议是国际上关于计算机体系结构的最权威的学术会议,也是中国学者第一次在这个会议上发表论文。审稿的专家们对150-AP的设计思想很感兴趣,因此将150-AP设计的文章定为特邀文章(invited paper)。

 

  1984年,美国CDC公司在北京的销售代表了解到中国研制出比FPS公司的AP-120B(当时对我国是禁运的)还先进的150-AP,非常震惊,想不到中国有能力设计制造如此高性能的计算机。于是,给美国CDC公司总部打报告,想和中国科学院计算所合作,由CDC公司生产主机,计算所生产美国政府禁运的阵列处理机,共同在中国市场推广应用,并邀请夏培肃去美国CDC公司总部进行技术谈判。CDC公司当时是仅次于IBM公司的大型计算机公司,他们销售了一些Cyber系列的大型计算机给石油部,但CDC公司的高速计算机因为禁运的原因,不能出口到中国。1985年,夏培肃去该公司后,做了有关150-AP体系结构的报告,该公司负责国际业务的副总裁和她会谈,表示愿意合作。这本来是一件对双方都有意义的事情,但由于当时美国政府的阻挠,合作未能成功。

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2006年夏培肃(第一排左六)在中科院计算技术研究所50周年所庆会上

  1985年,夏培肃作为中国科学院对英国皇家学会的交换教授,去英国多所大学讲学,被赫里奥-瓦特大学聘为访问教授。为了表彰她对计算技术的贡献,该校在隆重纪念蒸汽机发明者瓦特命名100周年时,授予她名誉科学博士学位,同时获此殊荣的还有1977年诺贝尔化学奖获得者普里哥金教授等三位国际知名学者。

 

  2000年前后,量子计算机比较热门,但主要是物理学家在研究,计算机专业的科研人员对此难以深入理解。为了破解量子计算机的谜团,夏培肃花了大约一年时间,阅读了100多篇相关论文。她在学习量子力学的基本概念时,有丈夫杨立铭(杨立铭教授是量子力学创始人之一——玻恩(Max Born)教授的得意门生,也是国际知名的理论核物理学家的指点,最后她撰写了一篇综述性文章“量子计算”。这篇文章发表在《计算机研究与发展》学术性期刊,成为该刊引用率很高的论文之一。2014年6月《中国科学院院刊》登载了夏培肃在病榻中执笔的《关于经络系统研究的评述和建议》,这是夏培肃临前的最后一篇论文,是她一字一句在计算机前敲出的心血。

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