发明双CPU技术的故事

发明双CPU技术的故事　　

柳鲲鹏

　2007-3-15　

现在的电脑主流是什么？地球人都知道，是双核，双CPU技术的变种。电脑CPU的两大厂商，AMD和INTEL，都不是双CPU技术的发明者。那么是谁发明了双CPU技术呢？这个，还要从我们国家的银河巨型计算机说起。当然，这样一说又会让不少人耻笑。在耻笑之后，是不是能够好好想想，为什么当年我们能够做到的，现在反而做不到了？是我们越来越笨吗？还是别的什么地方出了问题？

　1983年12月22日　，中国自行研制的银河巨型计算机问世，在引起美国的极大兴趣的同时，也让美国非常困惑。为什么呢？美国根据自己掌握的中国工业技术的情报，认为中国的银河机不可能达到跟美国克雷机相当的性能水平。考虑到那时的中国人创造了无数的奇迹，包括原子弹、氢弹、导弹、卫星、飞机、潜艇等等什么样的高科技都搞了出来，所以银河机及其性能当然是真的，那么剩下的就只有一个可能：中国的银河机使用了美国没有掌握的领先技术。这样的领先技术中国当然保密，于是美国就想办法偷技术。非常遗憾的是美国成功了：一名参加研制的国防科技大学计算机系教员史某，以3万美元的价钱把技术泄露给了美国。后来国家安全部门发觉并侦破此案，史某被判了死刑。

事实上，当年由于工业技术的差别，美国克雷巨型机的CPU主频是80MHz，我们制造的CPU主频只能达到20MHz，性能离美国有很大差距。这对于当年自强的中国人精神来说，是不能容忍的蜗牛性能。于是中国人的智慧就体现了出来，技术总负责人慈云桂创造性的提出了一个包括美国科学家都没有想到（也许是认为不可能的）的思路，用两个CPU一起工作实现性能的提升。思路成功了，银河机的性能也上去了，中国人自然又大自豪了一番。

通过这次技术泄露，美国知道并掌握了双CPU技术，还包括动态MOS存储等技术，直接促进了美国计算机技术的发展。

感慨之余，顺便提一些所谓内部消息：

研制：1976年，经周总理的批准，向国防科技大学拨款了7亿元用来研制巨型计算机。考虑到社会综合水平，说这7亿相当于现在的几百亿上千亿并不太夸张，可见当时国家对科技是多么的重视，而且是采取了真正的行动。研制银河机实际用了5千万，还包括悄悄的修了一下学校的路，剩下的都退还给国家了（如果用现在的观点看，整个是一帮傻瓜）。

技术：银河机总共有100多项重要的技术创新，掌握了所有的计算机核心技术，也都很先进。如果能够坚持下来，中国现在就不用靠着给别人组装电脑辛苦钱了。

晶振：当时中国在工业技术上离美国有不少的差距，所以进口了5MHz的晶振（控制CPU的时钟的器件），这是整个银河机上使用的唯一外国货。

完蛋：银河机出来以后，美国又使出了一贯伎俩，把较为先进的计算机产品卖给中国，诱使某些短视的人把银河2号的研制停了下来。后来中美关系恶化（真希望别好起来），不得不重新开始，1992银河2号研制成功，1997年银河3号研制成功。可惜的是只出于计算性能的追求，没有趁机建立一套计算机技术产业体系，导致曙光、神威等计算机的核心部件都是国外的，本质上还是组装罢了。

计算机不是美国专利::"双核"计算机鼻祖----中国"银河"巨型机算机揭密!

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正文:

中国巨型计算机之父、国防科技大学计算机系兼研究所的创始人、中国科学院学部委员慈云桂教授离开我们整整10年了。

慈云桂是计算机界的一代宗师。重温中国计算机的历史，人们会发现，从电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到巨型计算机，他始终活跃在我国计算机科学领域最前沿。

　　世界上第一台数字电子计算机诞生于1946年，然而10年后的中国仍是一张白纸。中国知识分子岂能甘心落后！1957年夏，慈云桂参加了中国科学院组织的数字电子计算机项目，紧接着又接受了研制舰艇指挥仪的任务。他和同事们提出了用数字电子计算机代替传统的机电指挥仪的方案。1958年初，40岁刚出头的慈云桂在哈尔滨率领9人研制小组，拉开了研制中国第一代电子管专用计算机的序幕。当时设备简陋，器材奇缺，他们硬是凭着一本十几页的资料，铺开一张白纸，开始绘制中国电子计算机的蓝图。

　　经过近百次的试验和修改，1958年9月，一台代号为“901”的我国最早的电子管专用计算机诞生了。第二年，该机作为向国庆十周年敬献的礼物在北京展出，周恩来总理赞扬慈云桂这些年轻人：“干得很有成绩嘛，要继续努力。”辞行时还握着慈云桂的手说：“要发展我们自己的计算机呵！我们起步晚，但也要赶超。”总理的嘱托成了慈云桂一生拼搏的动力。

　　1961年，慈云桂奉命出国考察计算机。科学家特有的敏锐感使他发现，该国正在进行计算机换代。他抓紧晚上时间，在国外就基本上完成了晶体管计算机的方案设计。回国后，慈云桂向领导汇报的第一件事就是：用晶体管取代电子管，立即进行计算机换代。聂荣臻元帅指示：尽快用国产晶体管研制出通用计算机。

　　1965年，441B／I型机鉴定会刚刚结束，慈云桂便提出研制中国的集成电路计算机。这使得他周围的人连连感叹：“实在跟不上慈教授的步伐”。原来，1964年4月，美国宣布已制成世界上最早的集成电路通用计算机IBM360，世界计算机开始进入第三代。

　　不久，“文革”动乱开始。慈云桂受到冲击，但他没有屈服。为摆脱干扰，研制组到上海郊区，很快搞出了总体方案。1970年秋，学校主体南迁长沙，计算机系设在市郊的一座农校里，由此开始了攻关。在慈教授的带领下，全体研制人员团结一心，克服重重困难，苦战3年完成了逻辑设计、工程设计和模型试验。接着，他又带领大家开赴北京的生产厂。40多人工作和睡觉都挤在一间木板棚里，夏热如蒸笼，冬寒似冰窖，前后达4年之久。1977年夏，一台百万次集成电路计算机151－3呱呱落地。次年10月，二百万次集成电路大型通用计算机系统151－4通过国家验收。1980年，151百万次集成电路计算机装载于“远望”号测量船上，南征太平洋，为完成我国首次洲际导弹飞行测量任务立下汗马功劳。

　　1975年到1977年，慈教授两次率领科研人员走遍大江南北，进行高性能计算机调研活动。气象部门急需巨型机做中长期天气预报，航空航天部门急需巨型机以减少昂贵的风洞实验经费，石油勘探部门急需巨型机进行三维地震数据处理……有一个部门租用了外国一台中型计算机，却要由外方控制使用，算什么题目都要交给人家，中国人不得进入主控室。慈教授和他的助手们听着，思考着，心潮澎湃，激愤难平！强烈的民族自尊心进一步激发了慈教授研制我国巨型计算机的决心。

　　1978年3月，科学的春天来临了。由邓小平同志亲自决断，研制亿次计算机的任务正式交给了国防科大的前身长沙工学院计算机研究所，慈教授被任命为技术总指挥和总设计师。从百万次到一亿次是一个巨大的飞跃。慈教授在总体方案论证会上当众发出誓言：“我刚好60岁，就是豁出这条老命，也要把我国的巨型机搞出来！”自此，他带领科研人员日夜兼程，成立了十多个攻关小组，从元器件的选取，体系结构的确立，部件的设计，工艺的实施，到软件的研制，都经过充分的科学论证与反复试验，作出了一系列符合中国国情的技术决策，攻克了100多个技术难关。为采用最新研究成果，慈教授抛弃辛苦好几个月才完成的总体方案，重新设计更先进的方案，实现了巨型机机型的跨越发展。

　　在他的带领下，创造性地提出了双向量阵列的全流水线化体系结构，素数模主存储器结构和选用MOS器件方案，并首次在国内采用软件工程方法，研制了符合软件规范的近200万行大型程序。

　　1983年11月，由张爱萍将军命名的“银河”亿次计算机系统顺利通过国家鉴定，标志着我国计算机技术发展到一个新阶段。

　　今天，我们可以告慰慈教授：新一代“银河人”没有辜负您的期望，银河精神正在“银河”故乡不断发扬光大。

　　1992年11月，慈老生前极为关怀的“银河－II”10亿次通用并行巨型机问世，军委主席江泽民题词鼓励：“攻克巨型机技术，为中华民族争光。”中央军委授予我们“科技攻关先锋”荣誉称号。1997年6月，“银河－III”百亿次并行巨型机研制成功，标志着我国超高性能计算机技术又取得新的突破。从1989年起，国家每四年进行一次国家级优秀教学成果奖评比，我们每届都获得高奖。现在，10年前的计算机系兼研究所已发展成为集教学、科研、生产于一体的计算机学院，我们正在向着建设有我军特色的世界一流计算机学院的宏伟目标挺进！

　　（本文作者系国防科技大学计算机学院院长、政委）  
《光明日报》 2000年07月26日


野史:

1983年12月22日，中国自行研制的银河巨型计算机问世，在引起美国的极大兴趣的同时，也让美国非常困惑。为什么呢？美国根据自己掌握的中国工业技术的情报，认为中国的银河机不可能达到跟美国克雷机相当的性能水平。 

考虑到那时的中国人创造了无数的奇迹，包括原子弹、氢弹、导弹、卫星、飞机、潜艇等等什么样的高科技都搞了出来，所以银河机及其性能当然是真的，那么剩下的就只有一个可能：中国的银河机使用了美国没有掌握的领先技术。
 
这样的领先技术中国当然保密，于是美国就想办法偷技术。非常遗憾的是美国成功了：一名参加研制的国防科技大学计算机系教员史某，以3万美元的价钱把技术泄露给了美国。后来国家安全部门发觉并侦破此案，史某被判了死刑。 

事实上，当年由于工业技术的差别，美国克雷巨型机的CPU主频是80MHz，我们制造的CPU主频只能达到20MHz，性能离美国有很大差距。这对于当年自强的中国人精神来说，是不能容忍的蜗牛性能。 

于是中国人的智慧就体现了出来，技术总负责人慈云桂创造性的提出了一个包括美国科学家都没有想到（也许是认为不可能的）的思路，用两个CPU一起工作实现性能的提升。思路成功了，银河机的性能也上去了，中国人自然又大自豪了一番。
 
通过这次技术泄露，美国知道并掌握了双CPU技术，还包括动态MOS存储等技术，直接促进了美国计算机技术的发展。 

感慨之余，顺便提一些所谓内部消息： 

研制：1976年，经周总理的批准，向国防科技大学拨款了7亿元用来研制巨型计算机。考虑到社会综合水平，说这7亿相当于现在的几百亿上千亿并不太夸张，可见当时国家对科技是多么的重视，而且是采取了真正的行动。研制银河机实际用了5千万，还包括悄悄的修了一下学校的路，剩下的都退还给国家了（如果用现在的观点看，整个是一帮傻瓜）。
 
技术：银河机总共有100多项重要的技术创新，掌握了所有的计算机核心技术，也都很先进。如果能够坚持下来，中国现在就不用靠着给别人组装电脑辛苦钱了。 

晶振：当时中国在工业技术上离美国有不少的差距，所以进口了5MHz的晶振（控制CPU的时钟的器件），这是整个银河机上使用的唯一外国货。 

都过去20多年了，现在说说也就无妨了，以前听一个中国工程师给我们做报告，后来又看了国防科大的专题纪录片，专门提到过这台机器，当时搞银河的难度不是一般人能想到的：文革刚结束，国家百废待兴，但是为了研制新一代导弹核武器，需要进行大量的数值计算和模拟来计算核武器的杀伤效能等等数据，显然不能再靠手摇计算机+人海战那么干了，时间不等人，于是银河立项了。 

设计上难度还好克服，当时参考了美国Cray巨型机的设计，加了些自己的改进。难是难在制作工艺上，美国已经用机器人自动点焊来制造线路板了，他们的cpu工艺已经非常高了。我们呢，只能发挥人的主观能动性，用手工一根一根接线来完成这么一个常人看无法完成的任务，而且最后居然一点问题都没出！可见当时科研人员又多么强的责任心！！！ 

但是这么做还是留下了后遗症：首先制造速度太慢，不符合工业化生产需要，同样时间cray机能造两三台，我们这只能造一台，成本上也大大高于美方；其次我们的电子元器件工艺水平不行，限制了机器自身性能的提高， 

cpu归根到底是由ttl门电路构成的，人家的门电路3000度高温下仍旧能正常传递高低电平信号，我们的2500度高温可能就不行了，甚至焊点个别都开裂了，这个问题不单单在计算机上有，在其他武器系统上：战斗机、导弹、潜艇、电子对抗设备上都有，严重限制了武器性能；还有就是银河机的散热能力不行，用一段时间机器太热只好停一下，也限制了它的发挥。 

美国人也聪明，一旦知道中国研制成功一台计算机，性能相当于他们的某型机器，立即宣布该型计算机对华禁运解除，用这样的办法来阻止我国的同类产品抢占市场（毕竟他的售后服务、软件配备、综合水平确实高人一筹）。可是给你的机器都经过“非军事化改装”，重要的功能全被阉割了，只能用在天气预报、地质分析上。 

未来我们国家计算机水平提高，靠政府拨款、军队努力不行，关键要努力让信息技术产业化，具体说就是发挥市场的作用，要知道美国有上千家软硬件公司研制芯片、计算机、软件，涵盖各行各业。底座宽了，发展后劲才足。另外，对于基础科学研究：数学、物理、化学、材料学等等，国家要努力保证拨款，严格审批，毕竟科研允许错误和失败，但不允许造假骗钱。