巨型计算机工程的创新

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1983年12月,由国防科学技术大学计算机研究所研制成功的中国第一台亿次巨型计算机通过国家技术鉴定,国防科委主任张爱萍将其命名为“银河”。这是中国改革开放、独立自主与引进吸收相结合方针以及全国大力协作的产物,也是中国工程创新的成功案例。本文以银河亿次巨型计算机为例,着重探讨该工程的决策、组织管理中的成功经验,为后人提供有益借鉴。

1工程的背景与决策

国际巨型计算机的研制始于20世纪60年代中期。1976年美国CRAY公司研制成功的Cray-1流水线向量巨型计算机,标志巨型计算机技术的成熟,并开始进入商品化阶段。苏联、法国、英国、西德以及日本奋起直追[1][2],相继研制出各自的巨型计算机。技术先进、功能最强的计算机,历来被首先满足于军事领域的迫切需求。美国国防部以及和军事密切相关的航天局、能源部、国家安全局,一直是巨型机的最大用户,也是巨额研制费用的提供者。1976年,美国著名核武器设计发展中心洛斯•阿拉莫斯实验室以880万美元的价格购买了第一台Cray-1机[3],美国三军及战略武器部队的C3I系统也使用了Cray-1机[4]。因此,美国将巨型计算机看作“军备竞赛的基本要素”,决定“不应让这种计算机输出到任何国家”,尤其对社会主义阵营国家,实行技术封锁和禁运。第三台Cray-1机原本是苏联定购的,但被美国国防部一票否决[5]。

中国考虑研制巨型计算机始于20世纪70年代初。1956年中国的计算技术开始兴起[6],经过仿制苏联到自行研究、设计、制造等不同发展阶段,先后研制出电子管、晶体管、集成电路和超大规模集成电路计算机,为国家经济、科学研究尤其是国防科技做出重要贡献[7][8]。正是由于计算机技术与国家安全、国防科技以及武器装备发展密切相关,1967年9月聂荣臻就提议研制更高水平的计算机。据此,国防科委四局组织调查组到中国科学院计算技术研究所调研,准备百万次计算机的研制方案。1968年4月,在北京召开总体方案论证会,9月国家计委、国防科委、国防工办向中科院计算所下达百万次计算机研制任务书,代号1025。1970年11月,十院向国防科委报告,提议中科院计算所研制亿次巨型计算机,代号723[9]。1972年10月,国防科委根据国家尖端武器、增强国防实力的迫切需要,召开常委扩大会议,专门研究我国巨型计算机研制问题,并向中共中央专门委员会建议,将巨型计算机的研制列入国家重点工程项目。1974年初,中科院、四机部和国防科委联合向国务院、中央军委、中央专委提出组织全国力量,开展巨型计算机研制。1975年10月,国防科委主任张爱萍指示科委机关,组织国内计算机知名单位,进行全国性调研,了解国内对巨型机的需求、国产元器件质量状况、外部设备的生产能力与水平,以及性能价格比等情况。但是,由于“”的干扰,巨型计算机工程几经筹划,均未能正式实施。

“”结束后,巨型计算机工程问题被再次提出。1977年国防科委经过一段紧张的酝酿、准备,于11月14日向中央呈报了《关于研制巨型电子计算机事》的请示报告,四机部、中科院等部门亦积极争取。此时,中国巨型计算机的研制力量主要有两支:一支是专门从事计算技术研究的研究所,如中科院计算技术研究所、四机部第十五研究所(即华北计算技术研究所)和华东计算技术研究所;另一支是分散在地方和军队高校中从事计算技术教学、科研单位。1978年3月4日,在中央部署巨型计算机研制的汇报会议上,邓小平决定将研制任务交给国防科委,责成长沙工学院完成[10],规定用六年左右时间(到1983年底左右)、2亿元左右经费,研制出每秒运算1亿次的巨型计算机。

长沙工学院的前身是成立于1953年的哈尔滨军事工程学院,是新中国第一所直属中央军委领导的高等军事工程技术学院。1966年退出军队序列,改名哈尔滨工程学院;1970年南迁长沙,改名长沙工学院;1978年10月组建国防科学技术大学,重新回到军队序列。长沙工学院计算机研究所能够争取到巨型机工程项目,主要原因有三:一是由于研制武器装备的迫切需求,国防科委在国家财政困难的情况下,积极承担该项工程的经费。二是敢于拼搏、勇于创新的团队精神。长沙工学院计算机研究所是由哈尔滨军事工程学院海军工程系一个9人计算机小组发展而来,尔后逐渐发展成为军用计算机室、计算机专业、计算机系。自1958年以来,先后研制出一系列军用、通用计算机。1965年,在慈云桂的主持下,率先用国产元器件生产出稳定可靠的441B晶体管通用计算机,打破“国产元器件做不出稳定可靠计算机”的说法,先后生产30余台,用于国防科委各基地、国防科研院所、高等院校及国民经济各部门。1970年代研制的151-3/4型百万次计算机,在1979年、1980年洲际运载火箭发射、潜艇水下发射、同步卫星发射等一系列科学试验中应用。三是与慈云桂的运筹帷幄和不遗余力分不开。在中央决策到底由谁承担巨型机研制任务时,中科院计算所正在研制757工程千万次计算机(该工程直到1983年11月完成)[11];四机部十五所承担的718工程任务,“进展十分缓慢”[12]。此时,慈云桂正在主持国防科委巨型机国内需求及生产的调研工作,虽然也承担着718工程任务,但因前期工作进展较快,1977年下半年就把主要骨干力量抽出,提前进入巨型机的预研和方案论证,从而把握时机,抓住机遇。1978年5月,巨型计算机工程正式立项,代号785工程。

2工程的组织与管理

785工程的组织管理创新,主要体现在指导思想、工程指挥、组织队伍、建立制度以及政治工作等方面。

2•1制定正确的指导思想

工程创新首先是观念创新。在特定的历史条件下,制定一个正确的指导方针是保证工程得以顺利完成的重要前提。785工程是在改革开放之初上马的,当时中国的工业基础、技术水平远远落后于发达国家,不少人认为五年根本研制不出亿次机,即使勉强研制出来也不能工作。有人甚至上书中央、国务院、军委领导,希望制止这种“毫无成功希望”的工程[13]。慈云桂和同事们顶着压力,提出“豁出命也要把亿次机研制出来”[10]。慈云桂参加过1975年、1977年两次全国性调研,了解国内当时无法提供巨型机所需的大规模、高速集成电路和其他相关元器件。如果完全立足国内,从元器件攻关开始,十年也没有希望研制出巨型机。因此,他们大胆提出,785工程不能走闭关自守的老路,必须闯出内外结合的新路,进而制定出既符合中国实际又反映时代特征的工程指导思想:“学习国内、外先进经验,尽量以当前国际先进水平为起点,积极采用先进技术,引进必要的技术、设备,洋为中用。从我国实际出发,尽量采用行之有效的、先进成熟的工艺、技术和元件,把先进性和现实性有机地结合起来,加速完成研制任务”。785工程总体方案设计,集中体现了这一指导思想。1977年,亿次巨型机的总体方案设计是瞄准美国1972-1973年研制成的两台著名巨型机Star100和ASC,此方案1978年5月通过。几乎同时,设计人员偶然了解到美国新近推出的Cray-1产品简介。对新技术极其敏感的慈云桂,立即组织力量进行研究,认为Cray-1的设计思想和实现手段是先进的,是新一代巨型机的杰作,当即决定把瞄准目标转向Cray-1,重新设计既符合中国国情又与国际主流机兼容的总体方案[14]。1978年12月,建立在一个较高起点上的785工程总体方案获得批准。

2•2建立垂直的工程指挥系统

785工程立项后,即建立了由国防科委、国防科技大学、计算机系(所)、研究室和专业组构成的组织系统。国防科委组成785工程工作组,张震寰[15]副主任担任领导、组织协调。张震寰自20世纪50年代中期起,便协助聂荣臻、张爱萍组织“两弹”的研制,主抓试验工作。国防科技大学成立785工程领导小组,张文峰副校长担任组长,下设785工程办公室。计算机研究所分为教学、科研两大块,其中,科研人员按亿次巨型机的构成,分成若干研究室,室下设专业组,形成所、室、组三个层次。张震寰采取“一竿子插到底”的垂直指挥方式,亲自带领工作组定期到工程一线,调查研究,解决问题。他经常把电话直接打到计算机研究所下辖的室、专业组和车间,做到处理事情不过夜。工程涉及的境外订货,凭电话“热线”办理,按正常程序需几个月才能办成的事,缩短在几天完成。学校785工程领导小组、办公室主任也经常深入工程第一线。为保证及时通报工程进展情况,国防科技大学组办了“785工程简报”,将工程进展情况及时上报有关领导部门和单位。在这个工程指挥系统中,慈云桂担任了多重角色:作为副校长兼计算机系(所)主任、学校785工程领导小组成员,具有行政指挥权力;同时,作为785工程总设计师,直接负责技术工作;此外,上至直接接受钱学森、张震寰等领导的指示,下至深入到研究所各研究室、专业组以及工厂、车间,在整个工程中发挥了不可替代的作用。

2•3组织各种相关力量,联合攻关、协同作战

785工程上马之时,正值“”后第一批大学生入学,教学和科研工作全面展开,研制、设计、生产人员十分缺乏。在各级领导的大力支持下,陆续从校内、外调入近百名技术干部。国防科委司令部从各基地抽调50名战士集中培训,从事785工程试制、调试的辅助工作;招收100名知青经过政治和业务集训后,参加785工程的生产。“大力协同”是对研制原子弹工程的重要批示[15],也是中国成功发展尖端武器的重要经验。鉴于785工程研制力量的短缺,“必须发扬社会主义大协作精神,组织各种相关力量联合攻关”。一方面在校内与各系及相关部门协作,另一方面与校外相关单位协作。这些协作,按其内容、方式及深入程度的不同,分为五大类,即直接参研、提供设备器材、人力支援、给予技术支持和参加试算,共计48个单位。为使研制出来的巨型机能够及时、有效地发挥作用,785工程开始不久,用户便派技术人员到计算机研究所参与工程,同步学习、掌握巨型机的使用、操作及维护。为解决这批协作人员的住宿问题,专门建了招待所,称其为“协作楼”。在785工程的推动下,计算机研究所(系)坚持教学与科研结合,狠抓师资队伍建设、教材建设、实验室建设,逐步形成学科专业门类齐全,包含本科、硕士、博士完整的教学体系。77级、78级和79级本科生的毕业设计,在研究室研制人员和教员的指导下,大多数是围绕785工程任务展开,既提高教学质量,又培养了技术人员,推动学科建设的发展。为保证785工程的生产,计算机研究所不仅为计算机工厂[10],抽调培养上百名技术工人,而且从国内、外购入相关设备,大大提高印制板生产、绘图与制板、打孔、层压、金属化孔、蚀刻、抗蚀镀金、外形加工、装联工艺等工艺水平[10],攻克许多技术和工艺难关。

2•4建立严格的工程管理制度

质量是工程的生命线,国防、军事工程尤为如此。为保证785工程按时按质完成,计算机研究所制定了一系列严格的设计、生产、保障等管理的规章制度。首先,制定了从设计研制人员到生产、加工、组织管理等一系列岗位责任制。整个工程期间,要求“严格岗位责任制,认真贯彻执行规章制度,提高产品质量,杜绝各种事故。……决不能迁就敷衍”。在研制设计层面上,所领导定期召开各室领导、各部分技术负责人的联席会议,讨论、解决工程研制中出现的问题。后逐渐形成每周一次的协调会制度。计算机工厂也建立相应的生产协调会制度。其次,成立器材设备科,负责785工程器材设备的采购、验收及经费管理。为保证工程顺利进行,实行“用采合作”方式:由科研人员提出所需器材清单及要求,器材设备科统一采购。涉及国外采购任务时,实行“技贸合作”方式:技术上由计算机所把关,贸易由相关部门专人进行商务谈判。为确保进口元器件设备及时而准确到位,有关部门简化审批手续[10]。此外,还建立器材进出库制度、请领申报制度、元器件老化筛选制度、工具申请登记制度等一整套严格的管理制度,各研究室也有专人负责器材的清理与保管。正是由于这些合理的器材管理制度,不仅保障了785工程的质量和工期,而且节省了大量资金,全部工程支出只为下拨经费的五分之一[10]。再次,坚持质量第一、可靠性第一,把“三严”作风贯彻到整个工程的始终。为保证生产质量,计算机工厂成立了质量管理领导小组,制定各类人员质量管理职责,对厂长、总工程师、科室、车间、工程技术人员直至生产班长、检验员、工人的质量管理职责,都做出明确规定,并建立严格的生产工艺规程,创下100多万个焊点无一虚焊等多个工程上的纪录,保证了工程的顺利完成。

2•5开展“以人为本”的政治思想工作

政治工作历来是中国大工程成功的保证。要想把有专家学者、工程技术人员、战士、工人、知青和政工干部组成的团队,长期集合在一个专业领域中,以创造精神和高超技术团结协作,不断做出贡献,没有共同的理想信念、思想基础、传统作风,是不可能达成的。政治工作在工程创新尤其是国防科技工程创新中发挥着重要作用,是中国大工程最重要的特征之一。计算机研究所注重理想信念教育,要求全体研制人员具有坚定正确的政治方向,竖立国家利益至上的观念,把个人的价值实现同国家计算机事业、国防科技事业联系起来。在工程实施的各个关键时刻,通过思想教育、动员会、总结表彰等各种方式,强调“任务光荣、责任重大”,“是立了军令状的,是极其严肃的问题”,大大提升研制人员为国增光、为军服务的政治热情和集体荣誉感。同时,785工程各基层党组织,始终注重将政治工作与科研、技术与生产工作相结合,紧紧围绕“弘扬献身国防、无私奉献和我军优良传统,倡导开拓创新、集智攻关和团结协作精神,坚持科学求实、质量第一和三严作风”这一主题展开。政治工作者深刻认识到,巨型计算机的研制是一项长期、艰巨的事业,需要付出极大的创造性劳动。政治工作的目的,在于激发全体研制人员的工作热情。因此,政治工作不能仅仅停留在讲大道理的层面,更要注重人文关怀,积极解决涉及研制人员切身利益的晋职晋级、学习进修、出国考察、夫妻分居、住房改善、子女教育、日常生活等一系列实际问题,解除大家的后顾之优。政治工作者的这些努力是卓有成效的。正是通过亿次巨型机的研制,逐步形成大家一致认同的“银河精神”:胸怀祖国、团结协作,志在高峰,奋勇拼搏。

3相关启示

通过以上分析,我们可以得出这样一个认识:银河亿次巨型机工程的顺利完成,与其正确的指导思想和合理有效的组织管理是密不可分的。其中的一些思想观念和组织管理措施,对于当今的工程创新尤其是国防工程创新,具有一定借鉴意义。概括起来主要有以下几点:

3•1国家支持与国家意志的集中体现

重大工程项目往往与国家利益、国家安全密切相关,它不仅包含着工程技术的综合集成,而且受国内外政治、经济、军事和文化等诸多因素的影响与制约。巨型计算机对当今人类社会的影响是不言而喻的。然而,现实中“用精度高、速度快的巨型机来解决的问题并不太多”,加之技术风险大、研制费用巨,不是某一个部门、单位能够独立承担并完成的。因此,必须在国家层面上,进行规划、决策、组织、协调与管理,并提供足够的人力、物力、财力的保障。银河亿次巨型机正是在国家鼎力支持和组织保障下完成的。它不仅填补了中国巨型机技术的空白,而且在国防尖端技术和石油地震勘探领域得到实际应用,促进了中国计算机技术的发展。然而,亿次巨型机工程完成之时,就已落后世界先进水平[13],其应用也非常有限。从这个意义上说,它本身的政治意义大于技术意义。它不仅充分表明中国改革开放的必要性和“独立自主与引进吸收相结合方针”的正确性,而且在一定程度上打破西方对中国的技术封锁,帮助中国人建立自信,向世人昭示中国人在高技术领域中是能够有所作为的。因此,亿次巨型机是大工程更是大政治,是国家意志的集中体现。

3•2两弹一星工程组织管理模式的示范作用

统一领导、行政和技术两线式指挥、总设计师制、“集中力量、大力协同”以及预先研究、计划评审技术(programevaluationandreviewtechnique,即PERT)等,是两弹一星工程总结出来的宝贵经验。银河亿次巨型机工程的决策与组织管理,以两弹一星工程为示范,并加以发展。如“一竿子插到底”的垂直指挥方式,“预先研究+模型机研制”(通过对模型机的生产、组装、调试、试算,及时发现和解决问题,积累经验,避免浪费)等。但有些方面还做得很不够,1979年钱学森视察785工程时就曾指出:亿次巨型机工程,从制定计划到组织管理,要使用先进的管理经验,如PERT,要提高效率,要进行质量控制。

3•3工程质量与规章制度的可靠保证

质量是工程的生命线,也是巨型机运行稳定可靠的重要保证。在工程的研制、生产、测试、质检等各个环节中,通过制定一系列的规章制度和岗位责任制,坚持“三严作风”(严肃、严密、严格)、“十六字方针”(严肃认真,周到细致,稳妥可靠,万无一失),从而有效地控制了工程质量和进度,按时保质达成设计目标。

3•4领军帅才与优良传统的有机结合

慈云桂院士作为国防科技大学副校长兼计算机研究所所长,是亿次巨型机工程的总设计师。他具有战略眼光,对新技术敏感,开拓进取,勇于创新,在总体方案、关键技术以及整个工程的组织协调方面,发挥了重要作用。在他的领导下,这支团队相继产生一名科学院院士、两名工程院院士,并为国防科技领域培养出一大批优秀技术人才。发扬我军艰苦奋斗优良传统、团结协作、无私奉献和勇攀科技高峰的银河精神,始终是支撑这支队伍从事巨型机工程创新的理想信念与内在动力。