4月29日,清風拂面,晨光熹微。
中關村,計算所的灰色主樓前,已經熱鬧了起來。
來自全國各地的代表們,提著公文包,佩戴著統一的會議證,神情莊重而期待,陸續步入大院。
今天,是第二屆“百工聯席會議”框架下的重要議程,“星河計劃”第一次全體工作會議召開的日子。
與主會場的宏大喧囂不同,計算所的氛圍更顯專注與內斂。
這是一次關起門來的技術盤點,參與者是“星河計劃”這條漫長戰線上的指揮員與尖兵。
會場設在計算所最大的報告廳。
主席臺上方懸掛橫幅:“星河計劃第一次全體工作會議暨技術基礎聯席會”。
臺下,三百多個座位按照參會單位分組擺放了名牌:“星河計劃”指揮部、聯絡組、需求組、總成和應用組、封裝與測試組、理論組、材料組、化學組、機械組、電鏡組、儲存組、光刻組、計量組、時鐘組、電力組、顯示組……
細數下來,竟涵蓋了全國八十餘家科研院所、高等院校和重點工廠的代表。
許多人彼此早已神交已久,此刻終於見面,握手寒暄間透著技術人的直接與熱切。
上午八點半,代表們基本到齊。
會場內紙張翻動,大家伴著淡淡的茶香和煙味,低聲交談著。
忽然,門口傳來一陣輕微的騷動。
抬頭望去,幾位老者在一群人的簇擁下步入會場。
走在前面的,是清華大學的錢先生,他步履穩健,面容清癯,目光掃過會場,帶著審慎與穿透力。
緊隨其後的是長光所的王先生,光學界的泰斗,此刻臉上帶著溫和的笑意。
第三位是工業部的孫老,身板筆挺,軍人氣質未褪。
還有幾位是國防科委和計委的領導,雖未著軍裝,但氣度威嚴。
他們的到來,讓原本有些嘈雜的會場瞬間安靜下來,隨即爆發出熱烈的掌聲。
這些老先生和領導們的出席,無疑是對“星河計劃”最高規格的重視與背書。
錢先生等人向臺下微笑致意,在主席臺前排就座。
主持會議的劉星海教授走到講臺前,敲了敲麥克風。
“同志們,請安靜。”劉星海的聲音透過擴音器傳出,平穩而有力,“我宣佈,‘星河計劃’第一次全體工作會議,現在開始!”
掌聲再次響起,比剛才更加持久、更加有力。
許多代表的臉上洋溢著激動的紅暈。
從去年百工大會上呂辰那場石破天驚的演講,到今天全國力量齊聚於此,不過半年多時間。
“星河計劃”已經從一個人心中的藍圖、一次調研中的發現,迅速凝聚成國家意志下的集體行動,這種速度與力度,讓每個參與者都心潮澎湃。
劉星海沒有過多客套,直接進入會議的第一個實質性環節:“在正式彙報調研成果、討論技術路線之前,我們先請大家移步機房,親眼看看我們這半年來,已經拿到手裡的‘實在東西’。”
這句話吊足了所有人的胃口。
理論構想再美妙,終究不如一件實實在在的成果有說服力。
代表們有序離開報告廳,在工作人員的引導下,分批前往計算所的機房。
機房內,一臺龐大的104計算機正安靜地矗立著。
但與往日不同,今天它的旁邊多了一些“新玩意兒”。
哈工大的包康建教授站在機器前,他面前的工作臺上,擺放著一臺書本大小的金屬盒子,上面有並排的插槽,連線著104機的輸入介面,旁邊還散落著一些硬質卡片。
“各位領導,各位同仁,”包康建聲音爽朗,“這是我們哈工大與紅星所聯合研製的‘二維編碼卡片系統’原型機,以及與104機的聯調演示平臺。”
他拿起一張卡片,在聚光燈下展示。
卡片約莫撲克牌大小,硬質紙板覆膜,表面整齊地排列著密密麻麻的微小孔洞,組成難以直觀理解的矩陣圖案。
“這張卡片,儲存的是一個求解簡單三角函式值的牛頓迭代法程式。”包康建解釋道,“傳統紙帶輸入,讀取這段程式需要近一分鐘。而現在——”
他將卡片插入讀卡器插槽。
“咔嚓”一聲輕響,讀卡器側面的指示燈由紅轉綠,僅僅兩秒鐘後,104機操作檯上的指示燈就開始有規律地閃爍起來,印表機隨即發出“噠噠”的聲響,吐出一行行計算結果。
“兩秒!”包康建強調,“從插入卡片到程式開始執行,只需兩秒。這不僅僅是速度的提升,更是可靠性的飛躍。紙帶易損、易錯,而這張卡片,只要不打折、不受潮,可以重複使用成千上萬次。”
會場裡響起一片驚歎和議論,代表們眼睛發亮,他們太清楚輸入效率對早期計算機使用的制約了。
“這還不是全部。”包康建又拿出一個稍大的讀卡器,上面有十個並排的插槽,“這是‘聯卡讀卡器’,可以同時讀取十張卡片的資料。”
在他的示意下,助手陳研究員將十張卡片逐一插入:“這十張卡,儲存著一個橋樑結構力學方程組,包含有各個係數矩陣和右端項。”
“這個方程組,用紙帶輸入,準備加輸入,可能需要十幾分鍾,而且極易出錯。”包康建按下啟動鈕。
指示燈快速閃爍,約五秒後,104機開始全速運算。
龐大的機器發出低沉的嗡鳴,指示燈如星河般流動。
幾分鐘後,印表機開始輸出密密麻麻的計算結果,橋樑各節點的內力與位移。
“十張卡,位資訊,並行輸入,五秒完成。”包康建的聲音充滿了自豪,“這意味著,我們可以將複雜的工程計算問題,分解、編碼、固化在卡片庫中。需要解決甚麼問題,就插入對應的卡片組。這為計算機在工業設計、科學計算中的普及應用,掃清了一個巨大的障礙。”
錢先生微微頷首,對身邊的王先生低聲道:“這個思路很巧。避開了我們短期內在高速電子儲存器上的短板,用機械的可靠性和並行性,解決了大資料量輸入的實際問題。”
王先生也表示贊同:“更重要的是,它提供了一種標準化、可複用的‘知識載體’。老包他們和紅星所,這件事做得漂亮。”
演示獲得了滿堂彩。
二維卡技術雖然原理不復雜,但其展現出的工程實用性和解決實際痛點的能力,給所有代表留下了深刻印象。
它像一把鑰匙,開啟了人與計算機交流的想象空間。
接下來,是紅星所的展示。
宋顏教授走到另一張工作臺前。
臺上放著一個比飯盒略大的金屬外殼裝置,正面是兩排數字按鍵,從0到9,加上加減乘除、等號、清零等功能鍵,上方則是一個長方形的顯示視窗,裡面安裝著橘紅色的輝光數碼管,這是目前能穩定供貨的最好的顯示器件。
這就是“紅星一號”計算器原型機,為了這個機器,吳國華、諸葛彪等人加班加點,連續兩天兩夜,才在今早,將長光所送來的晶片安裝上去。
宋顏教授的聲音清晰而堅定,帶著抑制不住的自豪:“各位,這就是我們‘星河計劃’在積體電路領域的第一個階段性成果,‘紅星一號’電子計算器。”
他輕輕按下電源開關,計算器內部傳來細微的“嗡”聲,顯示管亮起,顯示出“0”。
“下面,我為大家演示一下它的基本功能。”宋顏教授說著,用手指在鍵盤上依次按下:“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0”,顯示管上的數字隨之跳動,最終穩定顯示“”。
十位數,一個不少。
臺下已經有人小聲數了起來。
“加法。”宋顏教授按下“+”,然後輸入“”,再按下“=”。顯示管短暫閃爍後,迅速顯示出結果:“”。
“減法。”他清零後,輸入“”,減“”,等於“”。
“乘法。” 乘以 87,等於 。
“除法。”除以123,等於 ……
每一步操作都乾淨利落,結果準確。
雖然速度比不上後世的計算器,但在1963年的春天,在這個房間裡,這個能夠靠自身內部電路完成十位數四則運算的金屬盒子,無異於一個奇蹟。
演示完基本運算,宋顏教授開啟了計算器的後蓋,露出內部結構。
主體不是密密麻麻的電子管或電晶體搭成的叢林,而是四塊比指甲蓋略大、封裝在黑色陶瓷基座中的方形晶片,透過纖細的金屬引線焊接在一塊陶瓷電路板上。
旁邊還有幾塊較小的晶片和分立元件,構成電源、顯示驅動等外圍電路。
“大家看到的這四塊黑色陶瓷封裝體,就是我們自主設計、基於5微米工藝試製的積體電路晶片。”宋顏教授用鑷子小心地指著,“它們共同構成了‘紅星一號’的計算核心。”
他轉身,示意謝凱展示意圖板。
板上清晰地畫出了“紅星一號”的系統架構和四塊核心晶片的功能劃分。
“由於當前工藝水平和整合度的限制,我們採用了模組化設計思想,將計算器的核心功能分解到四塊晶片上,以降低單晶片的設計與製造難度,同時積累模組化協作的經驗。”
他指向第一塊示意圖:“這是‘輸入編碼與控制晶片’,計算器的指揮中心。它負責掃描鍵盤,將按鍵動作轉換成二進位制程式碼;產生系統所需的各種時鐘時序訊號;對簡單的操作指令進行譯碼,並驅動其他晶片協同工作。內部整合了振盪器、計數器、解碼器和控制邏輯,大約整合了350個電晶體。”
“第二塊,是‘資料儲存晶片’,擔任記憶角色。主要包括運算元暫存器和累加器。使用者輸入的數字、運算中的中間結果和最終結果,都儲存在這裡。主要由大量的D觸發器構成,單個晶片整合了超過320個電晶體。”
“第三塊,是‘算術邏輯單元晶片’,計算器的大腦。它執行所有算術運算。我們內部採用BCD碼進行運算,所以在基本加法器之外,還整合了專門的BCD校正電路。乘法和除法功能,我們透過‘連續的加法或減法配合移位’來實現,這需要額外的控制邏輯。這塊晶片最複雜,整合了約580個電晶體。”
“最後是‘輸出解碼與顯示驅動晶片’。它的任務是將運算結果翻譯成能驅動輝光管顯示的訊號,並提供足夠的驅動電流和電壓。這塊晶片相對固定,整合了約150個電晶體。”
宋顏教授頓了頓:“這四塊晶片,分工協作,透過我們定義的匯流排協議進行通訊,共同完成了大家剛才看到的計算功能。總電晶體數約1400個。雖然分立設計,但這是我們第一次真正將一套完整的數字邏輯系統,用積體電路的形式實現出來,並且證明了它的可行性。”
會場裡鴉雀無聲,所有人都被這清晰的技術剖析和實實在在的成果震撼了。
四塊小小的晶片,替代了以往可能需要成千上萬個分立元器件才能實現的功能,其意義不言而喻。
然而,宋顏教授的下一句話,讓所有人的呼吸都為之一窒。
“但是,”他提高了聲調,從助手手中接過一個更小的、單獨封裝在透明保護盒裡的晶片。
這塊晶片看起來比之前四塊中的任何一塊都要小,封裝也更加精緻。
“這四塊分立晶片的設計,是基於當前工藝穩定性的理性選擇。而在同步進行的‘極限探索’中,我們的設計團隊,完成了另一項工作。”
示意圖展示了這塊小晶片的結構,明顯複雜得多,各種功能區塊被巧妙地整合在一個方框內。
“我們設計並試製了‘紅星一號’的‘單片整合版本’。”宋顏教授聲音激動,“我們將輸入編碼、控制、儲存、運算、輸出驅動等所有核心功能,全部整合在了這一塊晶片上。初步測試表明,其邏輯功能與四片方案完全等價。”
他頓了頓,報出一個數字:“這塊單片晶片,整合了超過1600個電晶體。”
“嘶——”臺下響起一片倒吸冷氣的聲音。
1600個電晶體!整合在一片小小的矽片上!
這個數字所代表的整合度,已經觸控到了國際先進門檻。
儘管這只是實驗室的試製品,良率、可靠性還有很長的路要走,但它證明了方向是可行的,證明了中國的工程師和科學家們,有能力向積體電路的頂峰發起挑戰。
最後,宋顏教授激動的宣佈:“紅星一號的成功,標誌著我們在積體電路領域,取得了從0到1的突破!在這個領域,我們和所有西方國家處於同一起跑線!”
錢先生帶頭鼓起了掌。
緊接著,掌聲如暴風驟雨般席捲了整個機房,持續了將近一分鐘。
許多老專家的眼眶都有些溼潤。
他們見過太多的艱難,太多的“不可能”。
而今天,更年輕的科研人用實實在在的晶片,告訴他們。
路,走通了第一步。