夏培肅：被刻在國產(chǎn)芯片上的“計算機女神”

作者：集小微 2024-11-24

來源：中國科學(xué)院微電子研究所 #夏培肅# #計算機# #華羅庚#

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夏培肅1946年在國立交通大學(xué)留影。

1999年國慶50周年夏培肅與李國杰在天安門觀禮臺。

許多人恐怕不知道,出身教育世家、一生恬靜淡然的中國計算機事業(yè)奠基人夏培肅,年輕時是如何的血氣方剛。

1947年夏天的一個夜里,國民黨的騎兵隊包圍了當(dāng)時的國立交通大學(xué),到校內(nèi)各處抓人。特務(wù)們搜查到女生宿舍,蠻橫叫門。此時,國立交通大學(xué)電信研究所唯一的女研究生夏培肅就在門后。她很氣憤,故意不給開門。一個特務(wù)從氣窗爬了進來打開門,房內(nèi)立即涌進來一群人。他們穿著黑對襟褂子,手里拿著寫著人名的折子,氣勢洶洶。夏培肅很生氣,大罵他們。對方威脅要把她帶走,但那時她正在辦出國留學(xué)手續(xù),不在“黑名單”上,這群人才作罷。

出國前,對時局失望透頂?shù)南呐嗝C對妹妹夏培靜說:“現(xiàn)在你們搞革命,以后我們回來建設(shè)新中國?！?/p>

在英國讀博期間,夏培肅看到房東小女兒的地理教科書上寫有“中國男人抽鴉片、女人纏小腳”“中國人睡得早是因為太窮”等描述后,很是生氣,拿起書就去找房東太太理論。但對方堅持認為如此,還說自己曾捐過衣物給中國人,問她是否收到過。

在異國他鄉(xiāng)親身感受到國家落后所蒙受的屈辱,夏培肅心中暗想:“寧愿中國讓別人恨、讓別人怕,也不能被人瞧不起!”

她心中那顆科技報國的種子,就在那時生了根、發(fā)了芽。

1?被華羅庚“轉(zhuǎn)折”的命運

在與我國數(shù)學(xué)大師華羅庚先生結(jié)識之前,夏培肅就有一次人生的重大決定與他相關(guān)。

那是1950年,夏培肅在英國愛丁堡大學(xué)獲得博士學(xué)位后,與丈夫楊立銘?yīng)q豫著何時回國。楊立銘此時正在著名的量子力學(xué)創(chuàng)始人之一馬克斯·玻恩身邊做研究助手;夏培肅的一位老同學(xué)則建議他們?nèi)ァ凹毙枞瞬拧钡拿绹鴮ふ摇案篮玫那巴尽薄＞驮谶@時,他們看到了華羅庚在歸國途中通過新華社播發(fā)的《致中國全體留美學(xué)生的公開信》。

“梁園雖好,非久居之鄉(xiāng),歸去來兮!”

華羅庚的話,撥動了夏培肅和楊立銘的心弦,他們當(dāng)下決定盡快回國。

夏培肅徹底迎來“人生的轉(zhuǎn)折”則發(fā)生在1952年。

1945年,美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功世界上第一臺電子計算機“ENIAC”。這臺電子計算機于1946年2月公布后,在國際科技界轟動一時——它將一個嶄新的、有前景的科技領(lǐng)域展現(xiàn)在人們面前。

曾經(jīng)常與“現(xiàn)代計算機之父”馮·諾依曼討論學(xué)術(shù)問題的華羅庚,回國后認識到必須研制和發(fā)展計算機。當(dāng)時他正在中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所主持工作,于是打算從清華大學(xué)調(diào)人到數(shù)學(xué)研究所研究電子計算機。

當(dāng)時夏培肅已計劃在清華大學(xué)電機系任教。但有著深厚數(shù)學(xué)和電路理論基礎(chǔ)的她,對研究計算機很感興趣——她在英國已經(jīng)看到計算機發(fā)展的廣闊前景。所以當(dāng)從清華大學(xué)教授閔乃大那里得知華羅庚有此想法后,夏培肅非常興奮。

1952年秋天的一個傍晚,閔乃大、夏培肅、王傳英(閔乃大剛畢業(yè)不久的助手)三人登門謁見了華羅庚。后來,三人在華羅庚的支持下,組成了我國第一個計算機研究小組。

這次拜訪,夏培肅在后來的回憶文章中稱之為“改變命運的重要轉(zhuǎn)折點”。從那之后,夏培肅這個名字,就與中國計算機事業(yè)的開拓與發(fā)展緊緊綁定在一起。

當(dāng)時,國內(nèi)沒有一本敘述電子計算機原理的書,他們就從英文期刊中一點點查找,并一個字、一個字地抄錄下來,制定了開發(fā)思路。后來,閔乃大、王傳英接連于1958年前后因故不再進行計算機的研究工作,夏培肅是三人小組中自始至終投身中國計算機事業(yè)的人。

2?“中國人有能力、有志氣研制自己的計算機”

1959年,蘇聯(lián)撤回了對中國的所有援助,包括科學(xué)家和科研設(shè)備。當(dāng)時,世界上其他國家都在猜測,中國計算機科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展將就此停滯。

但是,中國沒有。

彼時,年僅三十出頭的夏培肅已經(jīng)作為華羅庚在計算機技術(shù)方面的助手,在1956年參與制定了我國科學(xué)技術(shù)史上十分重要的“十二年科學(xué)遠景規(guī)劃”,即《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》,其中計算技術(shù)被列為“四項緊急措施”之首。之后,中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所(以下簡稱計算所)籌備建立。

這年,由夏培肅實際領(lǐng)導(dǎo)的電子計算機小組,先后試驗成功了具體由吳幾康負責(zé)的示波管存儲器和具體由夏培肅負責(zé)的運算器。而在前一年,夏培肅在廣泛閱讀文獻資料和研究計算機的基礎(chǔ)上,編寫了《電子計算機原理》講義,該書的精要內(nèi)容一直沿用至今。也就是說,在當(dāng)時,我國在華羅庚、夏培肅等科學(xué)家的努力下,已在自主研制計算機方面打下了一些基礎(chǔ)。

1960年,夏培肅主持設(shè)計研制的“107機”調(diào)試成功。“107機”是中國人自行研制的第一臺通用計算機,該機水平與英國和美國分別在1949年和1951年完成的“EDSAC”和“EDVAC”的水平相當(dāng)。但“107機”的穩(wěn)定性更好,開機運行后,連續(xù)穩(wěn)定工作達20.5小時,而當(dāng)時根據(jù)蘇聯(lián)圖紙仿制的“103機”的平均連續(xù)穩(wěn)定工作時間只有半小時。而且,“107機”可以隨時啟停,仿制機則做不到這一點。

2020年2月20日,英國廣播公司(BBC)在一篇紀(jì)念夏培肅的文章中寫到,這是中國邁向計算機技術(shù)自立的第一步。

夏培肅后來說,“107機”能夠研制出來,表明“中國人有能力、有志氣設(shè)計和研制自己的計算機”。事實上,在制定《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》之初,規(guī)劃組就討論了“中國研制計算機是依靠蘇聯(lián)還是靠自己”的大原則問題。在討論中,夏培肅一直站在“靠自己”這邊。后來規(guī)劃組達成一致意見:派一小部分人去蘇聯(lián)學(xué)習(xí),同時在國內(nèi)培養(yǎng)人才以發(fā)展自己的計算機。

夏培肅一直強調(diào)自主創(chuàng)新在科研工作中的重要性,“堅持做中國自己的計算機”。在她看來,作為中國科學(xué)院的研究所,不能搞仿制——她一輩子都反對仿制,認為自主創(chuàng)新才有希望。她說:“我們和美國的差距是很大的,中國的計算機技術(shù)必須堅持走自主創(chuàng)新而不是跟蹤仿制的道路,才有可能迎頭趕上。”她還多次以書面形式向有關(guān)部門建議:“我國應(yīng)開展高性能處理器芯片的自主設(shè)計,建議國家大力支持通用CPU芯片及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,否則我國在高性能計算技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒂肋h受制于人。”

她這樣說,也這樣做。

那時中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)還坐落于北京玉泉路,“107機”被搬到了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)連專門通風(fēng)系統(tǒng)都沒有的機房內(nèi)。而在這樣的環(huán)境下,“107機”竟能正常工作,這也顯示出它的性能穩(wěn)定性高。夏培肅還為“107機”設(shè)計了觸發(fā)器,并寫成文章發(fā)表。中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所根據(jù)其原理,也成功設(shè)計研發(fā)出了觸發(fā)器,為后來成功研發(fā)計算機打下了基礎(chǔ)。

在“107機”之后,夏培肅一直致力于提高計算機的處理速度,在諸如高速信號傳輸、高速陣列處理機、最大時間差流水線設(shè)計等方面進行了一系列探索和研究,有相當(dāng)一部分研究走在世界前列。例如,1968年,她提出最大時間差流水線設(shè)計原則,并于1986年利用該原則研制成功一臺中央處理機。后來,美國科學(xué)家利用該原則,設(shè)計并研制了他們的高速專用芯片。

3?“當(dāng)老師的就是人梯”

如果把計算所比作中國計算技術(shù)事業(yè)的搖籃,那么夏培肅就是撫育中國計算技術(shù)人才于襁褓的“搖籃人”。

前文提及,按照“先集中、后分散”原則,正在籌建的計算所計劃同時派人到蘇聯(lián)學(xué)習(xí)計算機和在國內(nèi)培養(yǎng)計算技術(shù)人才。作為貫徹人才戰(zhàn)略的負責(zé)人,夏培肅先后組織實施了超過700人的人才培養(yǎng)計劃,傾注了全部心血。

從1956年到1962年,夏培肅等人牽頭在計算所舉辦了四屆為期一到兩年的訓(xùn)練班,700余人先后在這里獲得了“具有當(dāng)時大學(xué)本科畢業(yè)水平”的計算技術(shù)專業(yè)知識。他們后來分布在全國各地,成為發(fā)展我國計算機事業(yè)極其重要的力量。得益于夏培肅組織實施的人才培養(yǎng)計劃,計算技術(shù)這個人才輩出的行業(yè),涌現(xiàn)出無數(shù)領(lǐng)軍人物,并分散在全國各行各業(yè),成為創(chuàng)始人、奠基人、學(xué)科帶頭人。因此,計算所成為名副其實的計算技術(shù)人才培養(yǎng)的搖籃。

曾主導(dǎo)“神威”系列超級計算機研制、獲得2002年度“國家最高科學(xué)技術(shù)獎”的中國工程院院士金怡濂,自計算所籌建之初就與夏培肅共同參與中國計算機事業(yè),并長期保持聯(lián)系。

“夏先生是我十分敬重的師長?！?013年3月,金怡濂為《夏培肅傳:恬淡人生》作序。序言中金怡濂深情回憶夏培肅:“夏先生勇敢承擔(dān)了在國內(nèi)舉辦訓(xùn)練班的重任,從確定培養(yǎng)目標(biāo)到制訂教學(xué)計劃,無不親力親為;她還直接承擔(dān)了繁重的教學(xué)任務(wù),可謂殫精竭慮、夙夜辛勞?！?/p>

后人評價夏培肅:她在培養(yǎng)我國第一支計算技術(shù)專業(yè)隊伍方面,特別是在教學(xué)組織和計算機知識的傳授方面功不可沒。她桃李滿天下,其影響遠遠超過研制“107機”。

我國計算機領(lǐng)域的戰(zhàn)略科學(xué)家、中國工程院院士李國杰就是她的“桃李”之一。1979年,李國杰在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)完成基礎(chǔ)課后,來到計算所,成為夏培肅代培的碩士研究生。正是與夏培肅的緣分,改變了他的一生。

1981年,夏培肅從到北京講學(xué)的美國普渡大學(xué)教授黃鎧處了解到,普渡大學(xué)有一個獎學(xué)金名額,就打算推薦李國杰去那里讀博士。“當(dāng)時我還沒有特別急迫地想出國,所以就問夏老師出國要幾年,我那時候年紀(jì)也不小了,如果是兩年左右就去,要是四年就不去了?！崩顕芑貞?。

夏培肅聽了他的想法后笑著說:“這是一個難得的好機會,你還講條件?”在她的說服下,李國杰最終去了美國。那時,李國杰去美國的名義是“自費公派”,為此夏培肅特地與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)系,讓學(xué)校幫助解決他去美國的路費和置裝費。

李國杰至今感慨,這次出國留學(xué)成了他人生的重要轉(zhuǎn)折。在美國學(xué)習(xí)期間,李國杰發(fā)表了多篇高水平學(xué)術(shù)論文,在國際上被廣泛引用?；貒?他和夏培肅一起工作,后來又承擔(dān)了國家“863”項目,負責(zé)研制“曙光”系列高性能計算機,擔(dān)任了國家智能計算機研究開發(fā)中心主任、計算所所長,領(lǐng)導(dǎo)計算所和曙光公司發(fā)展我國高性能計算機產(chǎn)業(yè)、研制“龍芯”通用CPU芯片,并于1995年當(dāng)選為中國工程院院士。

計算所研究員胡偉武,現(xiàn)任龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長,他也是夏培肅培養(yǎng)的60多位研究生中的一員。2002年,胡偉武團隊設(shè)計完成了我國第一款通用CPU芯片——“龍芯1號”?！褒埿?號”的每個硅片上都刻有“夏50”的字樣,這是為了向夏培肅先生致敬。2002年,正是夏培肅回國從事計算機事業(yè)的第五十個年頭。2013年,胡偉武團隊設(shè)計完成了“龍芯1C”芯片,他們又在這款芯片的每個硅片上都刻上“XPS90”字樣,以紀(jì)念恩師90歲誕辰。夏培肅成為被刻在國產(chǎn)芯片上的“計算機女神”。

胡偉武多次在公開場合說:“夏先生是我的人生引路人?！睋?jù)胡偉武講述,他的博士學(xué)習(xí)生涯很“掙扎”,有近兩年時間在“擔(dān)心畢不了業(yè)”的焦慮中度過。夏先生事無巨細,為幫助他傾注了大量心血?！拔业牟┦繉W(xué)位論文,夏先生花了8個月改了26稿?！钡酱疝q時,胡偉武的論文與初稿相比已是脫胎換骨,“是夏先生手把手教會了我如何做學(xué)問”。每念及此,胡偉武都很動容:“后來我也成為了導(dǎo)師,但是我自問真的是做不到。”

胡偉武還記得,在他剛?cè)霂熼T時,夏培肅主持的一項國家自然科學(xué)基金重大項目“并行計算機及并行算法”已近尾聲,他只參與了部分“掃尾”工作,在項目主要完成人名單上排名靠后。該項目斬獲了中國科學(xué)院科技進步獎二等獎,按規(guī)定有9人可以獲獎,但胡偉武意外地收到了獲獎證書。后來師兄告訴他:“夏老師把獲獎名額讓了出來?！?/p>

“一個項目獲了獎,項目主持人卻不在其中,這在學(xué)術(shù)界恐怕是罕見的?！焙鷤ノ湔f,在他開始獨立帶學(xué)生承擔(dān)項目時,有一次看望夏培肅,談起研究生的培養(yǎng),導(dǎo)師的一句話讓胡偉武一生難忘,“我們當(dāng)老師的就是人梯。給別人當(dāng)梯子,太低了沒人愿意爬;自己要不斷長高,別人才能攀著你往上爬”。

胡偉武說,夏培肅先生就是這樣一架“人梯”。

周知予是夏培肅指導(dǎo)的最后一名博士生。當(dāng)時,周知予有一篇論文要投稿,正趕上那段時間夏先生身體不太好,每天去醫(yī)務(wù)室輸液。“我們就在醫(yī)務(wù)室見面,她會把稿子帶上,把需要修改的地方詳細給我講清楚?！焙髞碚撐脑凇队嬎銠C學(xué)報》上發(fā)表,夏培肅堅持把周知予列為第一作者。

“一位師兄常說起夏先生給他們講課是多么細心認真,可以讓聽眾完全理解。那時,我總是羨慕他們,感嘆自己怎么沒有早生幾年,這樣就可以聽夏先生講課了?！敝苤柙趯Χ鲙煹募o(jì)念文章中這樣寫道,“我現(xiàn)在回想起來,卻很感激在那樣的時間和情況下遇到夏先生……這對于我來說是非常寶貴的財富?！?/p>

在一次訪談中,夏培肅談到,中國計算機事業(yè)要發(fā)展,需要“人梯”。

“中國的計算機,要達到世界先進水平、世界領(lǐng)先的話,一定要經(jīng)過好多代人的努力。不是說一個人、兩個人就可以完成的,而是要一個集體、一架人梯,讓年輕的站在下面人的肩上,一層層往上搭,人梯才能通天?！彼f,“我自己不能達到世界頂峰,可是我希望我的學(xué)生能夠。我給他們做人梯、給他們鋪路,讓他們踩著我上去。”

4?偉大的女性光輝

夏培肅生于1923年,成長于風(fēng)雨飄搖的中國。在南開中學(xué)讀書時,自小瘦弱又生過病的夏培肅最害怕體育課。因為力氣小,她在排球課上發(fā)球不過網(wǎng)、籃球投籃拋不到籃筐。誰也不會想到,這樣一位文弱女生,竟能在男多女少的計算機領(lǐng)域取得如此成就。同時,她還是一位“成功男人背后的成功女人”,丈夫楊立銘在科研上也有巨大成就,二人于1991年雙雙當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士),被稱為“科苑雙星”,一時傳為佳話。

美國斯坦福大學(xué)教授、 The Chinese Computer: A Global History of the Information Age(《中國計算機:信息時代的全球史》)一書作者湯姆·馬拉尼曾驚嘆于夏培肅對中國計算機事業(yè)的貢獻:“我從未見過那個時代的其他女性能夠像她一樣,具有如此重要的地位,并在自己的研究領(lǐng)域中擔(dān)任核心的領(lǐng)導(dǎo)角色。”

但是,作為母親、妻子這些女性身份,她面對過早年喪子、丈夫患病的打擊,兩個兒子需要撫養(yǎng)和照顧的艱辛。

讓我們從女性視角再看一看夏培肅。

上大學(xué)時,目睹了家國貧弱的夏培肅懷揣“工業(yè)報國”理想,報考了國立中央大學(xué)電機系。電機系的女生很少,老師也不歡迎女同學(xué)。夏培肅回憶當(dāng)時的情景:“到沙坪壩后,去電機系報到時,系主任皺眉,‘又來了一個女的?！J為女的不應(yīng)該學(xué)工程?！?/p>

她不以為然:誰規(guī)定女生不能學(xué)工程?

夏培肅確實吃過學(xué)工程的苦頭。電機系的基礎(chǔ)課“電工原理”非常重要,但上這門課的基本都是男生,女生宿舍距離上課教室很遠。夏培肅吃過早飯再趕來,經(jīng)常占不到座位,每每只好站在后排“聽課”。這樣聽下來效果當(dāng)然會打折扣,到期末考試時,只勉強得了“及格”。

“這可不行!”她決心重學(xué)“電工原理”。每到這門課,她就不吃早飯,餓著肚子跑進教室“占據(jù)有利地形”。這一次期末考試,她拿了90多分。

事實上,在夏培肅成長的年代,一位女性要實現(xiàn)工業(yè)報國的理想,無論在國內(nèi)還是在國外都充滿挑戰(zhàn)。夏培肅前往英國留學(xué)時,英國人中也沒有多少女性學(xué)工科——她是愛丁堡大學(xué)工學(xué)院唯一的女生。她一去,新聞記者都來了。

即便是現(xiàn)在,一位女性要兼顧事業(yè)和家庭,都是一個不易解決的難題。結(jié)合自己的經(jīng)歷,夏培肅曾經(jīng)對后輩的女性科技工作者提出過“四要四不要”的勉勵:要有理想、要勤奮執(zhí)著、要誠信、要有自知之明,不要自卑、不要自負、不要刻意追求名利、不要錯過結(jié)婚和生育的年齡。

夏培肅女性導(dǎo)師的角色,對學(xué)生的培養(yǎng)有著獨特的魅力。在她的學(xué)生、計算所研究員唐志敏的記憶中,恩師“恬淡自如、生活優(yōu)雅”,對他的人生產(chǎn)生了很大影響。

在一篇回憶文章中,唐志敏寫道:“夏老師的生活很儉樸,但不失優(yōu)雅。她家里雖然沒有什么裝飾,卻是一塵不染、清新整潔。我去她家里看她,她常留我吃飯。她家的飲食很清淡,夏老師和她的先生都不飲酒,家里的一瓶茅臺酒,大半都是被我喝掉的?！?/p>

唐志敏說,在跟著夏老師學(xué)習(xí)的那些年里,她并沒有什么轟轟烈烈的舉動,也沒有慷慨激昂的言辭,但是她的一言一行、一舉一動,卻如春雨潤物一般,雖然細無聲,但沁人心脾?！案睦蠋?我學(xué)會了如何治學(xué)、如何為人?！?/p>

2014年,中國計算機學(xué)會(CCF)設(shè)立“CCF杰出女計算機工作者獎”。而就在這一年的8月27日,夏培肅因病情惡化在北京逝世,享年91歲。2015年,“CCF杰出女計算機工作者獎”更名為“CCF夏培肅獎”。

夏培肅為人低調(diào)謙恭、淡泊名利,性情恬靜和順,即便取得重大成果也極力避免宣傳自己。她為何如此堅韌而出色,這恐怕是個謎。但夏培肅曾于2003年的一次出鏡節(jié)目中,表露過心跡。

“在您的心里面有特別崇拜的人嗎?”

“我有?！?/p>

“是誰呢?”

“我覺得對我啟發(fā)最大的就是江姐(指革命烈士江竹筠)?！?/p>

“給您什么樣的啟發(fā)?”

“我想到她就會激動?？吹剿?你就不能不去想一些比較深刻的問題,比如一個人到底為什么活著。我覺得我應(yīng)該向她學(xué)習(xí)?！?/p>

“您為中國的計算機事業(yè)整整奮斗了一生,那么,您對自己的工作滿意嗎?”