作者:严涛 来源:中国科学报 发布时间:2024/9/5 16:14:06
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沈绪榜的中国“芯”

 

“科技在发展,脚步不能停。”

这是沈绪榜经常挂在嘴边的一句话。几乎每年大年初一,当人们在家享受着节日愉快和天伦之乐时,沈绪榜仍在办公室沉浸于茫茫科海之中,没有疲倦,不知辛苦。

2024年8月16日凌晨1时43分,沈绪榜永远地停下了他向科学高峰不断攀登的脚步,享年92岁。

沈绪榜是我国著名计算机专家,主要从事嵌入式计算机及芯片设计。他的一生,是为国奉献的一生,是攻坚克难的一生,也是硕果累累的一生。

接下重任:与计算机芯片结缘

1933年,沈绪榜出生于湖南省临澧县。从小就聪慧过人的他于1953年考入武汉大学数学系。三年后,沈绪榜光荣入党。同年,他被调到北京大学数学力学系计算机专业学习。从此,开始了与计算机结缘的一生。

1957年10月4日,前苏联的第一颗人造卫星飞向太空,开创了人类征服宇宙的新纪元。也是在一天,从北京大学数学力学系毕业的沈绪榜分配到中国科学院计算所。

中国芯片计算机技术发展是在“两弹一星”战略任务的牵引下起步的。1965年,国家下达了“两弹一星”研制工作的任务,为此成立了中国科学院156工程处(航天科技集团九院771所前身)。沈绪榜也被调到了这个工程处,任箭载数字计算机设计组组长,负责火箭专用计算机的方案、逻辑设计等工作。沈绪榜怎么也没想到,历史竟赋予了他这么一个重任。

60年代中期,箭载计算机用户单位对数字计算机不熟悉,只能提出一些环境要求指标。沈绪榜充分发挥从事电子管与晶体管计算机设计的技术优势,一边在通用机上计算指标,一边进行逻辑设计。

由于受条件限制,大量的数据只能靠手工穿孔纸带输入,实际运算一次要花费很多时间。为了赶进度,沈绪榜及其同伴们度过了一个个不眠之夜,攻下了一道道技术难关。

1966年9月,沈绪榜带领团队研发的一台自主设计、全部国产的双极小规模集成电路箭载数字计算机的模样机“156计算机”诞生,向1966年国庆节献了一份厚礼。

科研无止境。第一台箭载数字计算机虽然问世了,但受到当时微电子技术条件的限制,模样机体积、质量与可靠性都满足不了使用要求。沈绪榜不畏困难,提出了一种独创的增量式计算机体系结构,使机器字长缩短了三分之一,实现了机器小型化。此外,他通过引比例因子去掉了乘、除法指令,解决了多倍位长计算带来的运算速度问题。

尽管机器研制好了,但计算精度却达不到要求,机器根本不能用。沈绪榜非常着急,他在机房里日日夜夜地苦干三个月,找到了计算误差是多重积分计算引起的问题症结。随后他提出一种多重积分误差校正新方法,重新设计了应用程序,使计算精度达到箭载状况下的使用要求。

1971年,这种国产设计制造的小规模集成电路增量计算机在远程运载火箭首飞试验中一举获得成功,为祖国争得了荣誉,受到周恩来总理的表扬。沈绪榜从1965年9月开始,整整奋斗了6个春秋,终于向祖国交出了第一份合格的答卷。

更进一步:开创芯片计算机新阶段

小型化一直是嵌入式计算机的苛刻要求。20世纪60年代后期,沈绪榜又承担了一种新型箭载计算机的设计任务,小型化指标比增量计算机还要小几倍。当时增量计算机的体积主要是由磁芯存储器占用,沈绪榜大胆地提出了设计一种不用磁芯存储器计算机的设想,即设计一种不用程序的计算机体系结构。1969年,沈绪榜完成了第一台国产PMOS中规模集成电路箭载数字积分机的研制,成功地解决了小型化难题。

1971年,沈绪榜在发射场参加发射试验时,第一次看到了自己为之设计箭载计算机的远程火箭。他结合自身经验,前瞻性提出只有用箭载计算机来测试控制系统,才能实现测试的完善而且达到自动化。

他的想法很快就传到了当时主持这次试验的国防科委副主任、著名科学家钱学森那里,钱学森立即找到沈绪榜了解设想。听完汇报之后,钱学森当即决定将这一重要任务转交给沈绪榜所在的研究所完成,并当场向他布置了工作。

重任在肩,从发射场回来后,沈绪榜立即投入到测试系统的攻坚战中,很快就拿出了以箭载计算机为中心,配上辅助设备来完成对火箭控制系统综合测试的方案。这一方案的实施,开创了我国箭载系统用数字计算机自动化测试的新阶段。该测试方法后来获得了国家科技进步奖特等奖。

20世纪70年代,被推选为党的十大、十一大代表的沈绪榜以更加昂扬的斗志投入到科研工作中。随着微电子技术的发展,沈绪榜坚定认为,今后的计算机设计工作将更多地转到芯片设计上来。芯片设计已不再仅仅是一种电路设计,也包含了逻辑设计和应用设计。

1974年,沈绪榜正式提出研制16位微机的方案。在当时,研制大规模集成电路尚属首次,设计微处理器也是第一次,许多东西是边学习边实践边完成的。经过3年的艰苦努力,沈绪榜及其团队先后研制出了微处理器芯片、存储器芯片、多种接口电路芯片,以及惯性器件的配套二次集成电路芯片。在采用这些全国产化芯片的基础上,1977年沈绪榜带领团队研制出了我国第一台16位专用微计算机,起名叫LS77-I型微计算机。这一成果比国外16位微计算机的问世还早了2年,实现了历史性突破。LS77-I型微计算机是独立设计、研制、生产和电路配套系列化的中国芯片计算机首创之举,成为中国计算机技术发展史上一座里程碑。

独立自主:为了中国计算机芯片发展

1981年,沈绪榜访问了美国硅谷,他深深地感受到一个国家科技发展与芯片技术发展的紧密关系,增强了自主设计中国芯片计算机的决心和信心。他认识到,芯片技术进步使计算机设计者不能停留在逻辑设计层面上,而应当进入到电路和版图设计层面上。

沈绪榜曾在2001年出版的《工业发展的面包——芯片》一书前言中写道:“只要仔细研究一下芯片是怎样支持智能化,而架设着人类渴望的人工智能大厦的,我们就会清楚地看到而且会不难相信:现代工业的发展是绝对离不开芯片的,正如人类的生存绝对离不开粮食那样,芯片成了工业发展的面包。”

面对国外集成电路对国内市场的强大冲击和占领,沈绪榜坚持走中国芯片计算机的道路不动摇。他利用与国外专家合作的机会,完成了16位阵列乘法器、16位阵列乘法累加器等数字信号处理芯片研制;承担了微处理器芯片研制任务,使处理器芯片集成度和计算精度上了一个新台阶;为了满足航天图像处理需要,沈绪榜和团队采用1微米CMOS工艺,使国产CMOS芯片设计从处理器芯片提升到系统级芯片设计阶段。

沈绪榜认为,中国芯片计算机就是涵盖计算机指令集合、体系结构、逻辑设计方案,包括配套集成电路都具有自主设计知识产权、自行制造的计算机。这是他心目中坚定的中国计算机技术发展之路,也是他毕生的坚持和选择。

2017年初,鉴于沈绪榜在嵌入式计算机及芯片方面作出的杰出贡献,中国计算机学会(CCF)奖励委员会决定授予沈绪榜2016 CCF终身成就奖。

传承精神:学者风范奖掖后学

“2004年春天,我报考771所读博,第一次见到沈老师。他正在伏案看资料,穿着正装衬衫、温文尔雅,语气很随和,是典型的学者风范。”如今已是771所总工程师、科技委副主任的刘泽响回忆起当年初次见到恩师沈绪榜的场景依然印象深刻。

刘泽响回忆说,沈老师对待科研工作态度很严谨,对自己要求极为苛刻,对学生也是如此。让刘泽响感触最深的,是沈老师逐字逐句地修改论文,连标点符号都要反复斟酌,从不添油加醋粉饰客观,而是用最朴实的语言说最硬气的事。但在生活中,沈老师对年轻晚辈又很和蔼可亲,经常请学生吃饭改善生活。

如今,沈绪榜指导的50多位博士研究生和60多位硕士研究生,已遍布我国计算机与微电子行业领域各条战线上。

“沈老师严谨治学、止于至善的大家风范,坚持核心芯片自主发展的理念,影响和激励着我们十余载不懈前进,在平凡的科研岗位上,用自己的实际行动践行航天精神、拥抱梦想。”刘泽响说。

沈绪榜

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上世纪70年代从事全国产化微计算机LS77-I设计。

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自主设计32位浮点RISC系统芯片。(右二为沈绪榜)

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撰写发展国产化计算机芯片技术倡议文章。

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撰写博士研究生论文评语。(图片均由航天科技集团九院771所提供)

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