,大國(guó)無(wú)疆 !
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萊布尼茲不僅是一個(gè)偉大的德國(guó)數(shù)學(xué)家,他在發(fā)明創(chuàng)造上的成就一點(diǎn)都不比在微分領(lǐng)域的貢獻(xiàn)少。他充分發(fā)揮了自己精通數(shù)學(xué)的優(yōu)勢(shì),將帕斯卡的機(jī)械式計(jì)算機(jī)加以改進(jìn)后,為人類(lèi)世界迎來(lái)了計(jì)算機(jī)時(shí)代。雖然在很長(zhǎng)時(shí)期里,人類(lèi)都活在算盤(pán)和機(jī)械式計(jì)算機(jī)的世界里。但當(dāng)二進(jìn)制、繼電器、電子管、邏輯數(shù)學(xué)等等相繼出現(xiàn)之后,人類(lèi)是應(yīng)該走進(jìn)電子計(jì)算機(jī)時(shí)代了……
“有人說(shuō),計(jì)算機(jī)的發(fā)展壯大史上,有三樣?xùn)|西或者發(fā)明是很關(guān)鍵的。第一是電子管,它結(jié)束了人類(lèi)百年的機(jī)械方式運(yùn)行計(jì)算機(jī)時(shí)代,計(jì)算機(jī)開(kāi)始真正意義上的走向電子化,完成了由量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變,其標(biāo)志就是電子計(jì)算機(jī)的誕生。”
1904年,世界上第一只電子管誕生于英國(guó)物理學(xué)家弗萊明之手下。它的出現(xiàn),標(biāo)志著人類(lèi)社會(huì)從此進(jìn)入了電子時(shí)代。
電子管是一種在氣密性封閉容器中產(chǎn)生電流傳導(dǎo),利用電場(chǎng)對(duì)真空中的電子流的作用,以獲得信號(hào)放大或振蕩的電子器件。它可以廣泛運(yùn)用于電視機(jī)、收音機(jī)和廣播系統(tǒng)之中,是晶體管和集成電路出現(xiàn)之前,電子產(chǎn)品中的主要電子元件,自然也是不可或缺的、最為值錢(qián)的元件,二十世紀(jì)初最有名氣和銷(xiāo)量的電子產(chǎn)品,便是電子管收音機(jī)。它就如同信息時(shí)代的高速電腦一樣深受人們歡迎,因?yàn)樗窃摃r(shí)代的標(biāo)志。
但是,電子管有體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn),這些缺陷都注定它的適用范圍,將會(huì)隨著技術(shù)的進(jìn)步會(huì)越來(lái)越小,它有一個(gè)很強(qiáng)勁的敵人,那就是晶體管。
“第二個(gè)關(guān)鍵發(fā)明,那就是晶體管。”張宇帶著張雨生在泰山計(jì)劃的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)區(qū)里逛來(lái)逛去,逛完了學(xué)術(shù)交流、會(huì)議討論等地方后,向?qū)嶒?yàn)中心走去,一路上嘀嘀咕咕地給邀功來(lái)著。
“咱們那個(gè)時(shí)空的1947年,晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室里誕生,很快便引領(lǐng)了計(jì)算機(jī)新發(fā)展熱潮,劍橋大學(xué)很快弄出了一臺(tái)可存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī),雖然輸入輸出仍是紙帶,而軟磁盤(pán)誕生之后,高級(jí)語(yǔ)言編譯器又弄出來(lái)了,種種新鮮物事相繼出現(xiàn),晶體管計(jì)算機(jī)立馬體替代了電子管的,無(wú)論體積、功效、運(yùn)算速度等等都有優(yōu)勢(shì)。”
“然而電子管并不是一無(wú)是處,電子管負(fù)載能力很強(qiáng),線性性能也優(yōu)于晶體管。也就是說(shuō)在高頻大功率領(lǐng)域的工作特性,是要比晶體管更好的。比如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)備的方面,電子管的地位是不容替代的。晶體管和電子管其實(shí)都沒(méi)啥爭(zhēng)斗的權(quán)利,第三個(gè)改變計(jì)算機(jī)發(fā)展史的是集成電路。不管是什么規(guī)模的集成化,總之,在集成電路面前,這倆東西立馬成了難兄難弟,尤其是電子管,真是可憐……”
“集成電路出現(xiàn)后,很快催生了微處理器的誕生與發(fā)展。計(jì)算機(jī)是體積越做越小、運(yùn)算越來(lái)越快,在一個(gè)芯片上人類(lèi)為之集成了越來(lái)越多的晶體管,千個(gè)、萬(wàn)個(gè)、十萬(wàn)個(gè)…越來(lái)越多的晶體管被集成于處理芯片之上成為一塊塊中央處理器,集成程度和數(shù)目決定了其運(yùn)算的速度,人類(lèi)開(kāi)始追求更快的運(yùn)算速度,每秒百萬(wàn)次、千萬(wàn)次、億次等等。尤其是當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)成熟之后,計(jì)算機(jī)已經(jīng)影響整個(gè)世界、滲透到了很多領(lǐng)域。當(dāng)然,那也就是您經(jīng)常念叨的信息時(shí)代!”
在張宇的帶領(lǐng)下,倆人很快通過(guò)兩次檢查,進(jìn)入了“別墅區(qū)”。并不是任何科研機(jī)構(gòu)都會(huì)設(shè)置在地下或者洞中,泰山計(jì)劃很多科研機(jī)構(gòu)的地域都被建成山間別墅式房屋,從高空往下看任何人都會(huì)以為到了某個(gè)特大度假勝地似的,但每一個(gè)“別墅區(qū)”都有各自的內(nèi)涵,每一幢“別墅”或許是一個(gè)科研機(jī)構(gòu)的分支,一幢幢四層高的公寓樓才是科研人員們的居住所。所以,科研人員們就是在這青山綠水之間展開(kāi)科學(xué)研究,有足夠的物資和電力供應(yīng),幾萬(wàn)號(hào)人仿佛是到山巒里來(lái)度假一樣……
“很早以前,我曾說(shuō)過(guò)萬(wàn)事萬(wàn)物都有它的基礎(chǔ)所在。計(jì)算機(jī)是數(shù)學(xué)、材料、電子等等方面的有機(jī)糅合,少了一樣都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)技術(shù)的不成熟或性能的不好。所以我們?cè)陂_(kāi)展計(jì)算機(jī)技術(shù)這一應(yīng)用研究的同時(shí),我們的材料研究工作進(jìn)展得更快,金屬、非金屬、稀有金屬等等方面的基礎(chǔ)研究都進(jìn)展不錯(cuò)。像我們現(xiàn)在所看到的這臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī),明顯比隔壁的那臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)要小,當(dāng)然這間實(shí)驗(yàn)室也要小一點(diǎn)。雖然晶體管和電子管必須一比一交換,但晶體管計(jì)算機(jī)還就是要苗條得多……”
“同電子管相比,晶體管具有諸多優(yōu)越性,首先就是晶體管的構(gòu)件是沒(méi)有消耗的,而無(wú)論多么優(yōu)良的電子管,都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。當(dāng)然,由于技術(shù)上的原因,我們的晶體管制作也存在同樣的問(wèn)題,但我相信隨著相關(guān)材料和制作技術(shù)上的進(jìn)步,它所需要的高精度、簡(jiǎn)工序制作必將為我們所掌握。”
“到了那個(gè)時(shí)候,我們的晶體管壽命估計(jì)將比電子管長(zhǎng)700到1500倍左右,加上他那結(jié)實(shí)可靠的身板,比電子管可靠百倍,還有耐沖擊、耐振動(dòng)的同時(shí)卻只有電子管的十分之一大小的優(yōu)勢(shì)。顯然,這都是電子管所無(wú)法比擬的。
“還有一點(diǎn)不容忽視,那就是晶體管消耗電子極少,僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子,比起電子管的,它只要幾節(jié)干電池就可以半年甚至一年兩年地聽(tīng)下去,而且不需預(yù)熱便實(shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)即可工作。這對(duì)無(wú)線電的發(fā)展必將大有好處,況且晶體管的制作技術(shù)成熟之后,自治區(qū)便可開(kāi)創(chuàng)電子工業(yè),真正引領(lǐng)電力時(shí)代的發(fā)展潮流!”
“既然你把它說(shuō)得這么好,那它的峰值運(yùn)行速度能有多快?”
張雨生隔著厚厚的玻璃看著實(shí)驗(yàn)室里的一切,那臺(tái)快比他家床寬、柜子高的大鐵盒子,就是所謂的計(jì)算機(jī),是二十一世紀(jì)超級(jí)網(wǎng)蟲(chóng)的他還真沒(méi)見(jiàn)過(guò)這么原始的計(jì)算機(jī),高大而且威猛!
“每秒鐘能夠處理五千條字符!相當(dāng)恐怖的一個(gè)數(shù)字,但理論研究證明,計(jì)算機(jī)會(huì)有更快的速度,會(huì)有更多難以置信的東西誕生于科研人員之手,如果真的哪天實(shí)現(xiàn)了每秒鐘百萬(wàn)次或者千萬(wàn)次乃至億次,估計(jì)連他們自己都會(huì)懷疑這一切是不是做夢(mèng)!”
“那你們那會(huì)兒的計(jì)算機(jī)的速度咋樣呢?”張雨生說(shuō)到這兒,看了看周?chē)](méi)有什么人,大家都在忙碌于自己的事務(wù),都沒(méi)來(lái)過(guò)問(wèn)這倆人的四處閑逛。“大學(xué)那會(huì)兒,我的那臺(tái)電腦可已經(jīng)是雙核的了,速度非常不錯(cuò)!”
“你不是玩過(guò)嗎?反正就是和你們使用的傳統(tǒng)硅芯片計(jì)算機(jī)不同。光腦是用光束代替電子進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)。也就是說(shuō),它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù),以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。可以說(shuō),光腦是利用納米電漿子元件作為核心來(lái)制造,通過(guò)光信號(hào)來(lái)進(jìn)行信息運(yùn)算的,載體不同于雙核電腦的電子,光腦用的是光。每秒在千億次以上,而且還不怎么耗電!”
“千億?我的天,那是啥概念?”
張雨生所在的二十一世紀(jì)初,世界上的主要大國(guó)都在追逐計(jì)算機(jī)的高速度,雖然國(guó)家計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每秒千億次,但民間廣泛使用的計(jì)算機(jī)其處理器運(yùn)算速度也不過(guò)以百萬(wàn)計(jì)算,但即便這樣,也足以滿足人們?nèi)粘5氖褂眯枨罅耍措娪啊⑸暇W(wǎng)沖浪、做文檔什么的,都能滿足,奢望千億次運(yùn)算速度的計(jì)算機(jī),就如同恐怖分子奢求原子彈一樣難以企及。
“什么概念?大型工程的設(shè)計(jì)計(jì)算都需要每秒運(yùn)算千億次以上的計(jì)算機(jī),否則將繁冗的數(shù)據(jù)處理都將會(huì)對(duì)工程工期造成嚴(yán)重影響。比如說(shuō),比如你們那時(shí)候的天氣預(yù)報(bào)、模擬地殼運(yùn)動(dòng)、模擬核武器實(shí)驗(yàn)等等。當(dāng)然,每秒千億次的運(yùn)算速度,是標(biāo)志著能否進(jìn)入到人機(jī)互動(dòng)智能時(shí)代的最低門(mén)檻,不過(guò)咱們已經(jīng)到了這個(gè)世界,也就不要有那個(gè)念想了!”張宇說(shuō)著,指了指實(shí)驗(yàn)室里那臺(tái)每秒以千次計(jì)的計(jì)算機(jī),要到達(dá)千億次,得再給它添上九個(gè)零。
“可惜的是,咱們手里就只有你那么一臺(tái)光腦,要是有更多一點(diǎn)就好了!可惜的是只有一臺(tái),更可惜的是,咱們這會(huì)兒的計(jì)算機(jī)還處于原始代!”張雨生說(shuō)完,接著透過(guò)玻璃窗癡癡的看著那臺(tái)碩大的晶體管計(jì)算機(jī)。
組裝技術(shù)的進(jìn)步是始終與計(jì)算機(jī)的換代相協(xié)調(diào)的,計(jì)算機(jī)不斷向小型、微型化發(fā)展,也是有組裝技術(shù)的進(jìn)步在做貢獻(xiàn)。所以,之所以能讓這間實(shí)驗(yàn)室的晶體管計(jì)算機(jī)小于隔壁的電子管計(jì)算機(jī),那是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)部門(mén)的組裝技術(shù)提高了。
電子管計(jì)算機(jī)中,一個(gè)“門(mén)”就是一個(gè)插件,然后以焊釘、導(dǎo)線釬焊而成。晶體管計(jì)算機(jī),它就可以使每一個(gè)插件可包含若干個(gè)“門(mén)”,繼而使組裝密度得以提高一個(gè)數(shù)量級(jí),并且組裝采用單面或雙面印制板,大大利用了有限的機(jī)內(nèi)空間。
當(dāng)然,往以后發(fā)展,集成電路會(huì)將插件吸收到器件內(nèi)部,并采用多層印制的插件板與底板,以及繞接連線工藝,會(huì)大大提高組裝密度。當(dāng)大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路門(mén)陣列應(yīng)用之后,計(jì)算機(jī)的微型化便成為可能,讓計(jì)算機(jī)早日實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用成為可能。
當(dāng)然,張雨生的感嘆是有道理的。計(jì)算機(jī)的發(fā)展同其他科學(xué)領(lǐng)域一樣,它是一個(gè)系統(tǒng)性的工程,需要多方面的整體進(jìn)步才能實(shí)現(xiàn)整體的飛躍。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括很多方面,運(yùn)算方法的基本原理與運(yùn)算器設(shè)計(jì)、指令系統(tǒng)與中央處理器的設(shè)計(jì)、流水線原理及應(yīng)用、存儲(chǔ)體系等等。這也就要求計(jì)算機(jī)發(fā)展,需要運(yùn)用很多科學(xué)的技術(shù)方法和手段并加以綜合,電子工程、應(yīng)用物理、機(jī)械工程、現(xiàn)代通信技術(shù)和數(shù)學(xué)等務(wù)必緊密結(jié)合一體,而且從科學(xué)理論研究到實(shí)驗(yàn)試制,一直到大規(guī)模生產(chǎn)使用,自治區(qū)要想玩轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī),還很很多方面的技術(shù)要有所建樹(shù)才行。
電子工程中的脈沖技術(shù)、電子計(jì)數(shù)技術(shù)、通信技術(shù),特別是微電子技術(shù),都是計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)。應(yīng)用物理方面的真空電子、磁記錄、光學(xué)和激光、超導(dǎo)、光導(dǎo)纖維、熱敏與光敏,也都是計(jì)算機(jī)之中的重要應(yīng)用。
計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備,很大程度上有依靠于精密機(jī)械的加工制作。尤其是要在一塊芯片上集成萬(wàn)計(jì)的晶體管,沒(méi)有這種技術(shù)是做不出高速中央處理器的,精密機(jī)械的工藝和計(jì)量技術(shù),可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的。
通信技術(shù)的進(jìn)步,促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的交流方式極大轉(zhuǎn)變,依靠計(jì)算機(jī)結(jié)成的網(wǎng)絡(luò),人類(lèi)得以實(shí)現(xiàn)信息資源的快速共享,與多媒體技術(shù)相結(jié)合之后,人與人的距離變得不再遙遠(yuǎn),人的意志和行為開(kāi)始通過(guò)計(jì)算機(jī)得以部分實(shí)現(xiàn)……
離散數(shù)學(xué)、算法論、語(yǔ)言理論、控制論、信息論、自動(dòng)機(jī)論等,為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)在許多學(xué)科和工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展,又在幾乎所有科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。基本內(nèi)容計(jì)算機(jī)技術(shù)的內(nèi)容非常廣泛,可粗分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)部件技術(shù)和計(jì)算機(jī)組裝技術(shù)等幾個(gè)方面。
可以說(shuō),自治區(qū)要想再信息科技領(lǐng)域搶占制高點(diǎn),并擁有絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),需要努力的東西和時(shí)間都很多。有利的條件是,從1923年6月份四千余名科研人員正式開(kāi)始各項(xiàng)科研工作,一直到張雨生今日來(lái)視察也就是1927年4月5日為止。24年、25年和26年泰山計(jì)劃已經(jīng)迎來(lái)了一共六千余人的新面孔,所以張雨生來(lái)視察的時(shí)候,泰山計(jì)劃的科研工作者有萬(wàn)人規(guī)模,往后還將有更多的人才加入進(jìn)來(lái)。
所以說(shuō)泰山計(jì)劃不缺錢(qián)、不缺時(shí)間,也不缺人才。科研人員們?cè)谙鄬?duì)寬容的環(huán)境下展開(kāi)龐大的科研工程,數(shù)以萬(wàn)計(jì)的科研人員在大山里聚集起來(lái),又因不同的科研機(jī)構(gòu)而相互獨(dú)立,儼然形成了一個(gè)巨大的科研城,而各大科研機(jī)構(gòu)的駐地就是城市里的一個(gè)個(gè)區(qū),此時(shí)張宇他們所在的就是泰山計(jì)劃之計(jì)算機(jī)研究的總部之某實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)。
“這位就是泰山計(jì)劃計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)組副組長(zhǎng)朱佳偉,他目前還有一個(gè)職位就是中國(guó)工業(yè)大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的副院長(zhǎng),當(dāng)然他也在從事相關(guān)的教學(xué)工作,是一位教學(xué)和科研能力都很不錯(cuò)的教授!”
張宇非常熱情的向張雨生介紹從其他地方急急忙忙趕回來(lái)的副組長(zhǎng),雖然張宇自己掛著一個(gè)組長(zhǎng)的名字,而且泰山計(jì)劃里不少的科研機(jī)構(gòu)都有他的位置。但實(shí)際上他起到的作用主要是那些突發(fā)靈感時(shí)的“建議”,當(dāng)然這也對(duì)計(jì)算機(jī)的研究很有裨益。
“聽(tīng)說(shuō)總理事過(guò)來(lái)了,我就趕緊從理論研究室趕了過(guò)來(lái)!”朱佳偉是一個(gè)典型的學(xué)者,最大最顯眼的標(biāo)志就是那副鼻梁上眼鏡,鏡片的厚度幾乎可以防彈。“總理事我來(lái)為您做做介紹。這是我們最大的一間實(shí)驗(yàn)室,各個(gè)研究室的成果都會(huì)在這里進(jìn)行組裝、調(diào)試、運(yùn)行等等,以檢驗(yàn)我們的研究成果是否正確。”
“目前,我們已經(jīng)完成項(xiàng)目的第一階段,也就是對(duì)電子管和晶體管計(jì)算機(jī)的研究工作。下一階段我們將重點(diǎn)放在了計(jì)算機(jī)理論方面的研究和實(shí)踐。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、管理和應(yīng)用等技術(shù)我們都在逐一開(kāi)展研究,和我們相配合的眾多科研機(jī)構(gòu)也在做著緊張的工作…”
朱副組長(zhǎng)所說(shuō)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù),也就是為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得良好的解題效率和合理的性能價(jià)格比。計(jì)算機(jī)的硬件資源和能力是有限的,除了建立一個(gè)良好的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其加以管理和利用,充分發(fā)揮其應(yīng)有的性能,就離不開(kāi)管理技術(shù)的突破,當(dāng)然系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)中的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)程序編譯、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)等等也是相當(dāng)重要的。
接下來(lái),朱佳偉帶著倆人到處參觀了一下,大部分都是理論上的進(jìn)展,實(shí)際上的成就已經(jīng)被張雨生所看見(jiàn)了,所以整個(gè)參觀過(guò)程對(duì)張雨生這么一個(gè)文科生而言是相當(dāng)難熬的,還不如參觀機(jī)械工業(yè)研究所的新進(jìn)展來(lái)得爽快,還有什么新材料、新醫(yī)藥等等這些易懂一點(diǎn)的東西讓張雨生感覺(jué)來(lái)得實(shí)在,而且那些方面的進(jìn)度都還挺不錯(cuò),尤其是材料方面的研究更是令人興奮,高溫陶瓷、復(fù)合材料等的成功意義也是巨大的。
然而,在“1”和“0”之間晃悠,計(jì)算機(jī)之于未來(lái)的重要性不言而喻,但這些方面研究成果實(shí)在過(guò)于虛幻,真的令他腦袋都大了。除了鼓勵(lì)和支持,他幾乎找不到啥話可以說(shuō),而張宇則是個(gè)大忙人,到哪兒都有人提出問(wèn)題征求建議,不管是啥方面的張宇簡(jiǎn)直是個(gè)人人愛(ài)的角色,而他就是人人敬畏的“老虎”。
“理論都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)進(jìn)步于實(shí)際的,但沒(méi)有理論作為基礎(chǔ),又怎么能夠得到實(shí)際呢?”張雨生離開(kāi)之前,張宇是這么對(duì)他說(shuō)到的。其中之意當(dāng)然是讓張雨生不要有一步登天的想法,一步一個(gè)腳印走踏實(shí)了,才能獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步。畢竟,一口飯是不能吃成胖子的。
隨同張雨生一起離開(kāi)泰山計(jì)劃基地群的還有一部分可推廣應(yīng)用的科研成果,它們都是科研專(zhuān)家們夜以繼日的努力結(jié)晶,當(dāng)然也是人民自治政府大額投資的點(diǎn)點(diǎn)回報(bào),讓政府能夠有所回報(bào),也才能夠讓科研有源源不斷的資金,良好的循環(huán)才是長(zhǎng)久維持下去的保證。這其中的道理很簡(jiǎn)單,“錢(qián)雖然不是萬(wàn)能的,但是沒(méi)有錢(qián),卻是萬(wàn)萬(wàn)不能的”,龐大的科研計(jì)劃沒(méi)有強(qiáng)大的實(shí)力做后盾,誰(shuí)還敢奢望成功。
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