甘鸿:记忆是电脑的灵魂(全)
编者:甘鸿先生是1957年第一批进入中科院计算技术研究所的科研人员,他多年从事计算机磁存储科研,为中国的计算机事业做出重大贡献。公众号《计算机六十年》征得甘先生同意,将《记忆是电脑的灵魂》连载介绍,该文是他自六十年代到八十年代初期的工作和所见所闻的记述。
记忆是电脑的灵魂
1959年,甘鸿荣获先进生产者
这里记述了一些事,也只是一瞥,字里行间也可能了解到,这些人兢兢业业,鞠躬尽瘁,以国家利益为重;吃苦耐劳,渴望知识,不断提升自己做人做事的能力;这些人不安于现况,做事就要争第一,前进,披荆斩棘永远前进的精神,也能体会到“记忆是电脑的灵魂”这一命题的意义。当你使用U盘时,使用MP3,MP4,照相机,摄像机,个人数码助理(PDA)、电子相框,车用导航一仪,行车记录仪和智能移动电话时,如果没有了记忆,一切作废,在迎接新时代的今天,你就更会感觉到“记忆是电脑灵魂”的重要性。
一,创业初期
国衰民受苦,国弱有人欺,百年耻辱,逼出国人奋发图强,不服输,不甘心,对于外国的先进,不仅是崇拜、羡慕、效仿,而是吸收再闯,创出新天地。发展我国计算机事业,先集中后分散,国人齐心协力,努力拼搏结出硕果。人类,对客观世界的认识,是在前人基础上发展的,这就叫文化的继承性,这个发展步伐的大小,取决于当代人的认知能力,取舍能力。不是一味的否定,是否定之否定,再前进一步,忘记过去就意味着丢失,忘祖,弯路,这是说要历史地看问题,分析问题,这就叫文化的传承性。若把人比着短纤维,那么,就靠文化的继承,拧结成人类的一条人文长绳,这条长绳有时粗有时细,为什么会粗细呢?
北京西郊紫竹院东南方,林立着一片灰砖三层低密度楼群,院子里青草葱葱,松墙碧绿,垂柳摇曳,白杨沙沙,马路两旁种的国槐,枝繁叶茂,兰兰的天空,飘浮着朵朵白云,只有树叶才能感到微风的摧动,小鸟吱吱,无拘无束地啄食戏耍,院子里非常宁静。这是五十年代初期一流的宾馆-----西苑大旅社。这里云集着许许多多的我国年轻的科学工作者,他们正在实施着我国第一个“十二年科学远景规划”,随后国家又将计算机,半导体,电子学,自动化列为国家四项紧急措施,立即筹建研究机构,由于没有房子,周恩来总理亲自批示,从西苑大旅社拨出几栋楼,临时借用,在中关村建设科学文化区,从此我国进入了现代科学技术蓬勃发展时代。
西苑大旅社三号楼住着我国计算机事业的开拓者,在楼的南面有一排平房,门前栽着桃树和海棠,屋里端坐着一位二十出头的姑娘,身上穿着紫花白色短袖衬衫,黑色长裙,黑色皮鞋,油黑的头发,白嫩的皮肤,红红的脸颊是一位典雅的苏杭阿娇,一双慧眼观看着冲击检流计的标尺,光标不时地在标尺上来回摆动,就象窗外的柳枝,能感到风的魅力。这几天,她,柳榴英一直忙碌着测试刚刚烧好的环状铁氧体磁芯的静态磁滞回线,抬头读取刻度,低头记录数据。在她的旁边坐着一位眉清目秀齿白唇红方方大脸的小伙子------孔令振,正在使用电动计算机计算几天来测得的数据,门口趴在绘图板上的甘鸿正在绘制着静态磁滞回线的图形。
柳榴英、孔令振是1956年第一批选入西苑大旅社的高中毕业生,在我国50年代,高中毕业生也是知识分子,全国扫除文盲活动刚刚进入尾声,一穷二白是真实社会状况的表述。甘鸿在华北第四工业学校零件与组件专业学习,(隶属于二机部,1957年的北京无线电工业学校,文革中的878厂,北面是774厂,南隔壁是738厂,90年后北京信息职业技术学院)该校是当时全国唯一设立无线电零件与组件专业的中等技术学校,大部分老师来自张家口通讯工程学院,使用前苏联的教材,为适应国家急需四年学制压缩到三年,甘鸿获得国家考试委员会授予的技术员职称,是零件与组件专业持有红色毕业证书的优等生,被王正看中, 王正时任第二机械部十局技术处副处长同时也是计算所筹建初期元件室主任。
1956年7月,北京无线电工业学校1202班毕业合影。二排左6甘鸿,三排左1秦鸿龄。图片右侧可见774厂正在建设中。
“大姐,你可要测的仔细呀!“甘鸿放下笔在问。 “你放心,大姐吗,就是心细”柳榴英自信地说。
“老孔,你算得没错吧!”甘鸿又向孔令振发问。“没错,我每一个数据都算两遍”孔令振耐心地说。
“都没错,那好,我报告大家一个好消息,长嘴大尾巴的企鹅,让我给逮着了,矩型磁滞回线显露出来了。“在排除疑虑后,甘鸿高兴地说。
近两个月来,西苑大旅社三号楼对面的平房总是直到深夜才熄灯。这是一间四十多平米的房子,房子的东北角隔出一个暗室,算是测量室,冲击检流计放在有减震器的墙上,滑线电阻,电桥,闸刀开关等离标尺不远,伸手可及。柳榴英常常坐在标尺前进行测量,这是她的主业,她也经常帮助孔令振使用精密天平称各种化学原料。孔令振虽然是男子汉,但工作起来很认真仔细,配料,球磨,烘干都能准确无误地进行。甘鸿使用油压千斤顶设计了一个带有压力表的手动压力机,这样,他成了做粉末颗粒,压制环状磁芯的主力。成型后,要把这些毛坯放在高温炉中烧结。一开炉,这三个人可就围绕炉子转开了,十八九个小时离不了人,只好倒班看炉子,还得干自己的主业。
今天能看到自己烧出的磁芯,显示出具有矩形磁滞回线,高兴劲确实难以言表。这是一种特殊的磁滞回线,即不象鸽子嘴也不象蛇头,不是吸石的也不是铁片那样的磁滞回线,而是有一种特殊性能,可以作为记忆信息的元件,国内还没有人为此目的而进行试验,国际上也不过才开始研制5年左右。正当大家非常高兴的时候,屋门开了,身着白色衬衫,系着蓝色白点领带,浓眉大眼,半秃顶的人走了进来。“范先生”柳榴英站在绘图桌边,一眼看见了导师来了,恭恭敬敬地叫了一声,还看到导师后面跟着一位身高一米七六的英俊青年。
“我给你们介绍一下,这位叫张杰,是上海交通大学毕业的,学的是工业企业自动化,又参加了咱所第一届计算机训练班,以后和你们一起工作。“范新弼先生一边说一边拍拍张杰的肩膀。
范新弼先生
“欢迎,欢迎,我们又添了一员大将。“柳榴英伸出了双手爽朗地笑着说,大家一一和张杰握了手。
范先生看到绘图板和坐标纸就问“今天的测量结果怎么样“甘鸿马上拿出画好的图说”这是52号配方,昨天烧结好的外径20毫米,内径12毫米磁环的磁滞回线,范先生您看,随后递了过去。在坐标纸上,两条竖线稍有倾斜,两条水平线略微扬起,水平线与竖线圆滑过渡,竖线与水平线相交处象只鸭脖,从坐标纸上整体看活象一只侧站着的企鹅。范新弼拿过来仔细地看了一遍,又看了一下记录数据,一一查对后说”对,这是典型的矩形磁滞回线,只是拐角处企鹅头部有点圆,这地方以后多测几点,不过说明52号配方具有矩磁性,“范先生抬起头环视了大家,看见烧结炉的指示灯还亮着,又说”这几个月你们辛苦了,咱们下一个目标是试制外径2毫米,内径1,4毫米的记忆磁芯,脉冲性能要满足计算机存储器的要求。”范新弼肯定了大家的工作成绩,又提出了新的任务,研制工作朝着予定的目标,一步一步地逼近。
的确,一年来,实验室的筹建工作,紧锣密鼓地进行着,让人跑断了腿,一张试验台,一架仪器的到来都凝聚着大家的心血,尤其是孔令振费尽心机,费寝忘食,现在试验走了几个流程,又做出了具有矩形磁滞回线的磁环,说明筹备实验室工作已完成了百分之八十,下一步直指存储器使用的记忆磁芯的试制工作了。范先生临走前说“过几天苏联专家来咱们所,你们安排一下,一边听课一边做试验,还得准备将实验室搬到中关村。
二、归国专家范新弼
归国专家范新弼回到三号楼办公室,这是一间有里外间的套房,里间摆着一张单人床,一对圈椅,一个茶几,床边有地灯和床头柜,柜上放着一摞书,外间迎门放有一张大的黑棕色写字台,一把扶手椅,靠墙是两个玻璃书柜,还有一套沙发,里外间都铺有厚厚的纯毛地毯,这是一间高级研究员的办公室兼卧室,绿色台灯,映射出柔和而又安宁的光线,范新弼坐在扶手椅上翻看记录,回想一年来忙碌而又有意义的生活。
1956年6月14日,党和国家领导人在中南海接见参加科学规划的科学家在,范新弼先生在最后一排右起第6位。
1956年6月14日毛泽东主席,周恩来总理和朱德委员长,邓小平,陈云,聂荣臻等中央领导,在中南海接见参加拟定全国十二年科学规划的科学家并且一同合了影,他感到非常幸福,是党的帮助,克服重重困难,千难万险回到祖国怀抱,见到日思夜想的母亲,遇到了多年不见的同窗好友,分配去国家级最高研究机构——中国科学院近代物理研究所工作,受聘高级研究员,今天,又获得如此高的礼遇,真是作梦都想不到的事情,接见后,激动万分,虽然已到而立之年,但仍然兴奋得彻夜难眠,决心要把一切奉献给亲爱的祖国。
8月25日,经国务院批准,以箸名科学家华罗庚为主任委员的计算技术研究所筹备委员会正式成立,它标致我国计算技术事业进入全面开创阶段,范新弼被聘为筹委会委员,负责计算机存储器学科工作。
范新弼想,十年前,世界上第一台电子数值积分和计算机(ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学展出,两年后的1948年Manchester Baby问世,成为可存储程序原型数字计算机,它使用真空管电子线路。直到1953年Whirlwind旋风计算机才把阴极射线管存储器改成磁芯存储器,存储容量从256字扩展为2048字17位含有1位效验码,1954年推出第一台使用磁芯存储器的商用电子计算机Univac 1103A,1955年末美国IBM公司推出基于磁芯存储器的36位704机,如果三四年内我们也使用磁芯存储器做为计算机内部存储器,我国与美国的差距也不过是四至六年。然而,我虽然1951年在美国斯坦福大学毕业获得博士学位,工作期间主要从事微波电子器件的研究工作,诸如,磁旋管,磁控管,离子计数器等,并且持有一些专利,还发表了许多学术论文。这次,我要担纲磁芯存储器的仿制工作,有一定难度,涉及到脉冲技术,存储器中的特殊电路,还要从仿制具有矩形磁滞回线的记忆磁性元件开始,在整个计算机的研制过程中,这一项涉及面宽,战线长,元件又是基础,也是存储程序式计算机重要部件,倍感身上的担子重。
磁芯板和穿在漆包线上的磁芯
是的,“十二年科学规划”制定了“计算技术的建立”,确定人力方面采用“先集中,后分散”的原则,工作方式上“先仿制,后创新,仿制为了创新”的模式,学习掌握苏联已有的技术,在此基础上开展独立自主的研究工作。可是,1956年的苏联,已作好的计算机使用阴极射线管做存储器,使用线选法磁芯存储器的БЭСМ2正在研制中,无法向我们提供存储器最基本的元件——记忆磁芯,范新弼先生领导的一批年青科学工作者,就要从仿制记忆元件开始。怎么办,范新弼诚恳地邀请了正在通信工程学院任教的大学同学黄玉珩先生协助工作。
1956年的7月,范新弼参加了由15人组成的高级技术考察团去苏联,在三个多月的时间里,分别对莫斯科,列宁格勒的有关科研部门,生产厂家及教育机构进行认真考察,重点学习小型计算机,在苏联精密机械与计算技术研究所磁性材料实验室的日子里,不仅了解他们是怎样进行材料试验,还对实验室仪器设备的功能、精密度、规格、型号等等一一作了记录。回国后,在计算所筹委会的支持下,最早开始建设磁性元件实验室。购置,设计,生产,安装,调试各种仪器设备,就是在反右时期,领导敢于冒险作了大不违的事,悄然不停试验。经过近一年的努力,今天看到这个实验室拿出具有矩形磁滞回线的铁氧体磁环,理所当然地感到即兴奋又欣慰,再一想,要达到最终目的,不敢有一点松懈,这种兴奋心情转瞬即失。他准备和老同学黄玉珩、室业务秘书郑筠一起讨论试制记忆磁芯脉冲测试仪、实验室搬家、接待专家工作等许多问题,使一切的一切,紧张而有序地进行。
三 中关村的灯光
一唱雄鸡天下白,解放后第一个鸡年的秋天,西苑大旅社三号楼范新弼的办公室里他和黄玉珩,郑筠三个人正在讨论和安排近期工作。
“我去年到苏联访问了三个月,已整理好了所有的记录,苏联专家维宗即将来所,为了便于学习,更多的吸纳专家的讲课内容先由我向大家介绍一下苏联БЭСМ2磁芯存储器逻辑图,专用电路图等概况,虽然只是个设计方案,但是,这个方案最大的优点就是对磁芯性能的要求不高,一年来苏联他们会作出很好的成绩来。“范新弼说。
“第一届计算机训练班已经结业了,虽然后期由于“反右”运动的影响,时间上很紧张,但是,大家的学习热情很高,结业成绩不错,我建议向所里要几个人,比如张杰,伍福宁等先到试验室来,配合磁芯的试制,测试台的制作,调试也该开始了,若有问题还可以求教求教专家。他们带着问题听课收获会更大。刘筱琇哈尔滨工业大学毕业,俄语口语不错,让她作专业翻译。“黄玉珩先生说。
方方的脸庞,深邃的双眼,年龄较之最轻的郑筠接着说:”我是搞物理的,曾借调到近代物理所工作,现又来了计算所,咱们试验室的筹备工作,在王正主任和范先生的关照下,仪器,设备已大体准备好了,我赞成黄先生的意见,让结业的学员早日进入试验室,动动手有很大的好处,磁芯脉冲性能测试仪的工作该开始了,时不待我呀!
“苏联科学院派专家维宗来华,帮助我们仿制记忆磁芯,磁芯是高性能存储器的关键元件,苏联БЭСМⅡ中使用阴极射线管存储器要改为磁芯存储器,由于记忆磁芯尚未研究成功,性能如何还是个未知数,但是线路设计已经开始,只好用对记忆磁芯要求不太高的线选法存储器方案,故此不能提供给我们记忆磁芯。为了给研制磁芯存储器创造良好基础,提供必要条件,我近一段时间把主要精力放在试制记忆磁芯上。”范新弼先生接着说:“郑筠先生,您还要做我们室的业务秘书,再协助我作些室里的日常组织工作,我已经请示有关领导,行吗?”
“行,我还年轻,多做些工作,理所当然。”郑筠回答说。
“范先生,咱们是老同学剩下的事我来作,接待好专家,带有政治性任务,仿制好记忆磁芯又是当前的关键的关键,任务不轻啊。”黄玉珩先生说。
范新弼,黄玉珩,郑筠可以说是我国电子计算机非易失性磁芯随机存储器创建时期的三巨头。
今天进入百姓家中的电脑是个人电脑系列,在国民经济的重要部门、国防、大型工程、科学计算等方方面面使用一系列超级大型计算机,计算速度达到每秒百亿次,存储容量达几千兆兆,所有这些电子计算机都是按着二十世纪五十年,冯·諾依曼理论体系建立起来的,这个理论的核心可以归结为两点:采用二进位制及存储程序。
采用二进位制,特别适合电子元件的双稳态工作性質,例如:正极性、負极性;高电位、低电位;有脉冲、无脉冲。对二进位数进行处理,程序指令和数据都可以放在存储器中。存储程序概念的提出,保証了机器工作的完全自动化,这样一来,研制和运算控制速度匹配的随机高速大容量而又经济的存储器是根本前提。
当年国外使用电子管的第一代计算机而言,曾经使用汞超声延迟线,阴极射线管(威廉管)作为存储器,由于速度慢并且存储容量小,影响计算机的发展,美籍华人王安提出磁芯存储器思想,但是没有成为现实,直到后来磁芯存储器容量不断扩大,存取速度很快提高与控制器运算器速度匹配,可以说在这个时期确立了磁芯存储器的里程碑的位置,如果把运算器控制器移位寄存器等现在称之为中央处理单元的部件(CPU)叫做电子計算机的心脏的话,那么,与之相匹配的快速存储器也可以认为是电子计算机的脑海,记忆是计算机的灵魂。
用简略粗线条的语言可以说,对于各种事物都可以用数学表达式描述,软件工作者用代码让计算机懂得这些表达式,其中有数据,也有如何计算怎么工作的指令,还有在计算过程中产生的中间结果等等,这一切都在存储器中留下了不会丢失的正确的而且能够辨识使用的痕迹,错了痕迹,丢失了痕迹一切都乱套了,后果当然就是不可设想。
再用生活一些现象比喻,您看过杂技训兽表演,看过泰国大象鳄鱼表演,看过海豚企鹅表演,你一定会为它们精彩的演技叫绝,其实,训兽者反复训练的是让这些动物记住一些条件,而后出现动作,假若没有记忆力,能有这些精彩的表演吗?我们大家都知道,小狗利用视觉记忆,辩别主人,用嗅觉记忆寻路,回到久别的家园。而人呢?知识的积累就是记忆知识的叠加,不能是黑瞎子(狗熊)掰棒子拿了新的丢了旧的。老年人记忆力不好,做事丢三落四,痴呆症患者不能自理,都是记忆功能减退的结果,可见存储器在计算机中的重要性。存储器是电子计算机的脑海,记忆是计算机的灵魂,这种说法不过份吧,我们可以预言,对于内存储器,存储管理,大脑学习功能的研究,将会与CPU一样,对计算机的发展,将再创新的辉煌。
黄玉珩先生和夫人沈家芬
黄玉珩与范新弼是重庆中央大学的同学,范新弼1946年后赴美留学,黄玉珩任南京中央大学电机系助教。1949年4月他在南京迎来了解放,老百姓自发地载歌载舞走上街头,解放大军进城后,夜卧在马路两旁,不打扰民众。当时物价稳定,社会安宁,秩序井然,工厂也照常生产,与抗日胜利后,蒋介石对日伪的接收,形成鲜明的反差。蒋介石官员以接收为名,大发横财,置生产于不顾,把接收变成“劫收”。
解放带来了光明和希望,也给黄玉珩带来了快乐,幸福和新生。1952年他调到张家口通讯工程学院,是我国第一个以电信为专业的院校,也是第一个拥有雷达专业的院校,黄玉珩主讲雷达技术,为了推动国内刚刚起步的脉冲技术的发展,还編写了书名为”锯齿形电压波发生器“教材,1958年出版发行,1959年再版。1956年中,当负责筹建中国科学院计算技术研究所的数学所所长华罗庚教授知道黄玉珩先生的情况后,盛情邀请,任教担纲,我国第一批计算机专业人材的培训工作。后来,范新弼先生考虑到磁芯存储器仿制工作的特点——从元件到电路,从部件到存储器涉及到物理,材料,加工工艺,脉冲技术,无线电技术,战线长,涉及面宽,邀请并鼓励黄玉珩先生一起来承担此任,发挥他在脉冲电路方面的才能。
郑筠1924年10月生于江苏省南京市,1944-1946年在重庆交通大学学习,1946-1948年在上海交通大学学习,获工学学士学位。1949年7月参加中国人民解放军,调总参谋部学习1年,1951-1953年在总参谋部工作。1953年至1954年,被派往中国科学院近代物理研究所计算机小组学习工作1年。1956年至1958年,郑筠是以协作身份由总参谋部派往中国科学院计算技术研究所并且担任室业务秘书,协助室领导工作。他在技术上负责磁心测试设备的安装调试,并主管机房磁心存储系统的安装调试工作,同时担任该组组长。
四、磁性元件实验室初建
一九五七年十一月下旬,刚过小雪,人们已感到寒风凌厉,呼啸北风突从天降。听完苏联专家维宗讲课后,张杰、甘鸿、孔令振三个人,顶风弯腰扒在车把上费劲全身力气,顶着强风朝着中关村蠕动,耳边风声中不时还夹杂着“记忆元件是基础”的声音。
从左至右孔令振,甘鸿,张杰
中关村,现在人们都知道是北京高科技的摇篮。1957年,那里还是一片荒野,几处松树围墙里,石碑记述着墓地主人。蒿草长在保福寺破旧庙门瓦缝上,脱落的砖瓦,半人高的荒草,乌鸦的啼鸣,描绘着凄凉景象。
科学院为计算所在保福寺旁新建了一座五层T字形灰楼,就是计算所北楼,一层东北角有四个房间是磁性元件实验室。两个20平方米的房间,一个作为办公的地方,办公室兼会议室,是整理试验记录和开会的地方,它的对面是球磨机房,球磨机是将粉状物料混合及进一步磨细的设备,要连续运转、噪音大,为了防止影响周围环境,房间装修得很密闭。35平方米的房间摆设试验台各种各样的玻璃器皿、精密天平、比色仪、烘箱,用于化学处理与配料。大门对面45平方米双开门的房间是环状磁芯成形和高温烧结的地方。
五、精雕细刻的日夜烧结
日历翻到1958年1月15日,在计算所北楼磁性元件试验室里大家都在日以继夜地工作着。他们全都是单身汉,年轻人热情高,干劲足,就连时年37岁的范新弼先生也是一个人陪伴老母生活。今天范先生来到试验室仔仔细细地翻阅各种试验记录,有化学配料记录,粉料混合球嚰记录,物料烘干压餅记录,預先烧结记录,粉碎造粒记录,高温烧结记录,静态测试记录,脉冲性能测试记录,他在思考著怎样向付柏生,张熙二位先生介绍磁元件试验室近期工作情况。
按照十二年科学远景规划“计算技术的建立”一章规定“先集中,后分散”的厡则,王正主任(后为计算所副所长)去年就和第二机械工业部十局(后为第四机械工业部、电子工业部)的领导协商好,请在部属十一所工作的付柏生,张熙先生每周到计算所{筹}工作两天,协助试验记忆磁心,待试制成功后,由他们带回部里有关工厂生产,今天,付、张二位来所工作。
付柏生先生最早在铁道科学研究院工作,试制过锰锌,镍锌软磁材料和钡系列硬磁材料,也曾试验过具有矩形磁滞回线的磁性材料。1956年调到二机部十一研究所磁学试验室,搞微波用磁性元件。张熙先生是学化学出身,是解放后我国最早派往德国的实习人员,张熙回国后也到磁学实验室工作。
当时为建立新兴的无线电电子行业,在北京东直门外的东北方向,建设了718联合厂主要生产电阻,电容,喇叭,音频变压器,还包括798厂生产电瓷,如绝缘子,碳膜电阻基体,磁性瓷(铁氧体磁性材料),706厂,气体厂,及11研究所,都在大山子地区,在那里还有774厂(电子管厂)、12所、738厂(交换机厂)、506厂(邮电器材厂)及与之配套的华北第四工业学校,他们都为我国计算机的创建提供了产品,作出了贡献。
付柏生,张熙先生,白白的脸庞,都架着一付浅黄色的近视镜,显出学者风度,下午一点,来到实验室。“请进”范先生听到敲门声后忙说。“这是磁性元件实验室吗!“
“是“范新弼起身走上前去开门。“您是范先生,我是付柏生,这位是张熙。”随手拿出介绍信递给范新弻。
“欢迎,欢迎,请坐,这是您二位的办公桌“范新弼指着两张三屉桌说道。
“谢谢,您很关照我们”,付柏生放下书包坐在三屉桌旁说。张熙用食指向上推了一下眼镜说道:“范先生,在今后的合作中,请您多多指教,我门是奉命而来研制矩磁材料,我们在电子线路方面是外行,建立矩磁材料动态性能测试的方方面面,请您多费心。”
“都是兄弟单位又是社会主义,即是合作就不要分你我,促进发展是咱们的共同责任,研制出矩磁性磁心是我们的目标,二位请坐一会”。范新弼先生走出办公室,告诉张杰等一起来开会。
他们六个人围坐在桌旁,范新弼将近期的工作向大家做了介绍。“一个月来,我们调整了设备,走过了几个试验流程,按苏联配方,制造了记忆磁心,进行了各种性能测试,以专家维宗带来的样品为参照物,我们作的磁芯信号小,信号噪音比也小。”
“有了苏联配方和工艺,制造记忆磁心不会是大海捞针,但是,这只是指定了某个水域,我们国家有千年的陶瓷史,一个窑有一个窑口,关键是材质与工艺,材质是基础,工艺是核心,不要小看工艺,工艺中的学问可大了,尽在微妙之中。”付柏生说。
“是的,都是碳元素,由于大自然的不同造化,不同的地质生成条件,有的是石磨,有的是金刚石,可见工艺的重要性。化学可以分析成份,但是,要搞人造金刚石却并不容易。”张熙补充说。
“工艺就是加工的艺术,物化的过程,最讲究加工步骤,方法和制造与检测的设备”。付柏生说。
“‘欲善其事,必利其器’我们研制电子计算机,就是造一种高速计算工具,解算各方面如气象,弹道,风洞等难题,设备就是人的手和眼,人的能力的延伸。”范新弼说。
“我体会你们的意思是说工艺就是在某种思想,理论,设计指导下利用工装设备按照一定的步骤,创造一种环境,实现生成条件,制造出某种产品,因此,要透彻地了解加工过程中的每一步骤的目的和意义,我们现在的仿制工作,应当主动地在每一次流程中设置一个可变因素,观察性能变化的趋势,使用统计学的方法,洞察纷繁的现象摸清规律,加速仿制工作。”当甘鸿说完后,孔令振说:“材质和工艺都非常重要,那么,我们就把不同球磨的材料放到同一烧结条件下烧成,烧结一次变化一次烧结条件,这样,在同一烧结条件下可观察到配方变化对性能的影响,也能看到同一配方在不同烧结条件下性能变化的趋势。”
“我国的工艺品,精雕细刻加工出精妙绝伦的传世之作,充分体现出工艺的重要性,然而,工艺品大多是独生子,尤其是古董玉器仿古做旧只能作到形似而神不似,这是手工劳动的特色,而工业品却要求第一个与第一千个第一万个一模一样,表现出产品的一致性,产品的合格率,这全靠设备及自动化实现的,我们在仿制时要严格控制条件,保证工艺过程的一致性,在不变中看到变的规律,才能使仿制工作事半功倍。”学工业企业自动化的张杰真是三句不离专业。
“是的,我们不能生搬硬套苏联工艺,仿制中也应注意摸索规律,注意观察,记录与分析,大家多讨论,有不同的视角,才会使我们对问题的认识更全面,更深刻。”范新弼高兴地说。
讨论中你一言,我一语,非常热烈,没有不同单位人之间的隔膜,也感觉不到专家与普通科研人员之间的身份差别,也没有因敬畏而失语。
冬天的落日,很快就要下山了,夜幕来得很快。范新弼最后说:“我们一周开一次讨论会,定在周五下午,我们实验室的一切记录,都对付先生,张先生开放”。
送走付先生和张先生后,试验工作还在进行。孔令振此刻正在从球磨机中取出混合磨好的物料,放到搪瓷盘中,置于烘箱里烘干,还要把球磨罐洗刷乾净,空磨12小时,保证每次配料都按予定设计进行。现在使用的是一种带有8个球磨罐的球磨机,每次可磨8种配料,球磨罐是铸铁作的,装入钢球,蒸溜水和配料,滚动72小时。
甘鸿在自动压床上,压制外径直2毫米,内径1,4毫米的环状磁芯,还要压制粉料饼,每个五十克,并且在每个料饼上刻上标记以区分不同配料,料饼随后进行予先烧结处理。烧结好的料饼已经由红色变成黑色而且很硬,手工操作把它打碎研磨成细面加入粘合剂加工成具有流动性的细小微粒,以便在自动压床上粉料入模压制成小圆环磁芯。
张杰负责烧结工作,每天烧两炉磁芯,一炉予烧粉饼,予烧工作都是在深夜进行,予烧温度为950度,保温三小时,一般都在早上5点30左右出炉。为了提高保温精度,为了改善工作条件,还在准备安装温度自动控制仪。每天都要到夜里12点前后才能休息。
六,不寂寞的大年三十
1958年1月,在北楼二层西北面磁芯脉冲测试实验室里,也呈现出一片繁忙景象,郑筠去请黄玉珩先生一起调测试台,对曹酉申,刘筱秀,柳榴英,说:“现在我们开始调试记忆磁芯测试台和坐标变压器磁芯测试台,配合楼下磁芯的工作”。其实,大家都知道,仿制前苏联БЭСМⅡ磁芯存储器,必须从仿制磁芯开始,这台磁芯存储器的记忆磁芯虽然是矩阵布局,矩阵边上又有坐标变压器磁芯,类似于哈佛大学刚毕业的华裔王安博士於1948年发明的一种单线式的装置----磁芯存储器,从寻址角度看我们叫БЭСМⅡ磁芯存储器为线选法存储器。
从左至右,吴畿康、张杰、曹酉申、顾德敬、时钟霏、刘筱琇、朱锡纯、范新弼、郑筠、王正、蒋世騛。
这时1956年哈工大毕业的刘筱秀说:“还是我来调试记忆磁芯脉冲测试台”,曹酉申也带着一副黄边近视眼镜,虽然是小伙子,却有着一位大姑娘的腼腆,接着说:“那我和柳大姐(大家对柳榴英的昵称其实才有22岁)一起调试坐标变压器磁芯脉冲台”“不,我给你们作磁芯测试笔,我的手艺好。”柳大姐带着那个时代特有的心情接着说。
当然大姐的话也是真话,制作测试笔要求比较高,是一种特殊形状的笔,像二齿耙,两个齿一粗一细,细的直径小于0.8毫米,粗的在3毫米左右,两个齿端还得一样高,细端穿过磁芯,粗端是个支撑,摁在铜板制作的小桌子上,这个小桌子也很特别,中间镶一个带绝缘的铜柱,二齿耙的一个齿接触铜柱,一个齿接触铜板,不能太使劲摁,还不能接触不良,使用时细齿勾上磁芯摁在小桌子上,抬头看示波器,制作测试笔还真有学问和技术。
测试台,是一个长方体,底部装有五列四排插座,这些插座插上插件,插件上部装有电子管,下部一面是电阻、电容、电感,另一面焊上导线。记忆磁芯测试台,实质上是仿照存储器流经磁芯里的读写电流状况,设计出一组矩形脉冲序列,驱动磁芯,感应出1和0信号。1是窝头状的钟形波,0是蝌蚪趴在钟形波前沿。测试这个信号的高低,算出比值,一周来可忙坏了他们。刘筱秀合上开关,电子管灯丝都亮了,示波器也打开了,用笔点按插座触点,示波器上没见到钟形波。刘筱秀自言自语地说,“嗯?怎么回事”,立即打开图纸,“没点错呀,是放大器端口呀”,刘筱秀轻声喊了一声大姐。
柳榴英放下手中的笔,走过来:“啥事呀!”“你帮我看看,我点的触点没错吧!”柳榴英看了一下图纸又看了一下触点,二话没说,走到黄先生面前,“您看看刘筱秀的记忆磁芯测试台怎没信号呀”。来到测试台旁,使劲摁了一下笔,波形闪动了一下,黄先生明白了,心里说毕竟是女孩子,没插好插件,接触不良。叫刘筱秀关上电源,使劲地插了一下插件,“好了”。
刘筱秀露出笑容,继续调试。测试也并不简单,焊点触点四千多,不知是否有错焊虚焊,要看脉冲发生器,门电路,单稳电路,触发器电路,还得看矩形波电路,看看波形序列,矩形脉冲可调范围,二齿耙没勾上磁芯时是一条直线,不出杂波。记忆磁芯测试台和坐标变压器磁芯测试台,不同的地方就是脉冲序列不同。他们调试工作已经有一周多时间了,小铜桌也显出威力,实测了苏联专家维宗带来的样品,记录在案,作为一个判断标准。
七、现代物理所支援不锈钢罐
立春时节天气渐暖,实验还是忙忙碌碌,日复一日。张杰、甘鸿、孔令振,三个人每天16个小时工作,大家不觉累,楼上一间房就是住所,挺宽敞,除去睡觉很少能在这个空间玩耍,20郎当岁数的小青年,光身特别轻。苏联专家维宗,一天拿着一张大字报,贴在烧结压床的大门口,画的惟妙惟肖,就是鼻梁两块黑,上写年青美丽,不用化妆,后面姑娘一大帮。范新弼和大家说,维宗看见一层大厅的大字报,和我要纸和笔,一会一张画,出来了,我理解了他的意图,添上我写的字。小甘子,像你吗?由于砸饼筛粉做颗粒压磁芯,即使带口罩鼻梁上总有两块黑,胡子长在鼻梁上,才有姑娘一大帮。顿时笑声冲满实验室,小甘子脸红到耳边,不仅体现中苏的友谊,还体现了中苏的专家与下属的亲密关系。
一天,甘鸿帮助孔令振从德式八罐球磨机中出料,这是搬进新楼时开始使用的新装备,一次球磨能有八份料,一次烧结可有八钵,确实加快了实验历程。每出一罐都要用磁铁吸收粉浆中的铁粉,这是规程中的一步,实际操作时吸到什么时候算达到标准了,无法规定,只凭感觉和工作态度。为了快速烘干又用了搪瓷盘,甘鸿在校时走过陶瓷生产流程,意识到这里可能有粉浆的非一致性问题。德式八罐球磨机中每个罐是球墨铸铁罐,理论上是最耐磨的,不太爱生锈的材料。他一边吸铁粉,一边琢磨,放慢了手中的活。
孔令振看出了蹊跷就问:“你又想谁呢”“我还有什么可想的,我就想这个罐,你说干嘛不用钢罐?”“用钢管做罐,底儿和盖怎么做,又爱生锈”孔令振回答。“那用不锈钢。”凭着前期做设备准备工作的经验,孔令振说:“整个北京市都买不到不锈钢盘,才采用搪瓷盘。哪里找得到不锈钢管,底儿和盖用什么做?”不死心的甘鸿见到了导师范新弼说出了想法,范先生说你去现代物理所问一问。
开了介绍信,到了现代物理所秘书科,说是范新弼先生叫我来的,我们工作中遇到了难题,需要直径10厘米,长15厘米有底、有盖的一个耐磨的不锈钢罐。秘书打过电话,很爽地说,刚好我们来了一批料,你把图纸留下给你们加工一个,下周来取。甘鸿兴高彩烈的回到计算所汇报给范先生到实验室告诉了孔令振,孔令振说我们又有了新武器这一回可用九个罐进行实验了。
八、春节加班不休息
时间飞快,到了一年的春节,本来在校时的邻桌女同学,约好甘鸿去北海溜冰,怀着一颗忐忑心情盼望这一天的来临。就在春节临近的头三天,副所长王正来到实验室慰问大家。他查看了所有的工作记录,看到每一个人都很忙,走走这一间,看看哪一间,来到压床旁,说“小甘鸿,从我到学校选你时,咱们第一次见面,凭我的经验就知道你是一个有理想,有抱负的孩子,你们做的磁芯是咱们仿制计算机的第一个,也是最没有把握的难题,是计算机的灵魂细胞。”甘鸿凝视了王正所长心领神会地说,“我会和他们说,春节我们不休息,不仿制成功我们不离开这个楼。”
2月16日,除夕夜的头一天,整个楼都非常安静,唯有楼的东北角灯火通明,甘鸿拉开高温炉门,一股热浪,把房间照得通红,张杰带着石棉手套手握火钳夹出一钵迅速倒入风冷池中,孔令振拿起压缩空气管直吹风冷池,一代样品出炉了。在这个间歇时刻,甘鸿跑到楼门传达室,给女同学打电话,说我们单位有急事,这个假期不能去北海。没等同学再约,就挂掉了电话。宁静,愧疚,不知所往地呆了一会,缓步又回到实验室。通明的灯光,马达的轰响把一切都忘了。
九、范妈妈煮咖啡
大年三十晚上,不加班的人都回家过年了,送夜餐的刘师傅不到八点就送了饺子过来。虽然孔令振和甘鸿都是北京人,也都通过公用电话告诉家人,特殊加班,遥祝新春快乐。张杰一边看守电炉一边焊接电路,准备用自己学到的知识,实现烧结自动化。甘鸿正在更换模具,从压制2X1.4记忆磁芯改变到压制3X2.0坐标变压器磁芯,低头正在对准上下模具时,一斜身看到有人站在身旁,原来是范先生叫大家到旁边的办公室喝咖啡。
孔令振已在办公室,对大家说,“这是范先生的妈妈煮的咖啡,反正我们也是没吃晚饭,现在是晚餐、夜宵一块烩会,饺子咖啡新口味”。范先生说,“我怕你们想家,我妈叫我来陪陪你们,特意亲手煮的,加了糖,寓意是苦中有甜,预祝咱们在上半年旗开得胜,打响计算所第一炮,我吃第一个饺子。”大家拿起了筷子,一口一个,猪肉白菜,好香,甘鸿说“我们的工作就像今天这顿饭,饺子加咖啡,中西合璧,特有口味,我没有喝过咖啡,今天开了眼尝了鲜,谢谢老妈妈,祝他新年快乐,身体健康。”孜抝,门响了,王正和夫人也来拜年看望大家,分给一人一盒巧克力糖和酥皮点心,三十晚上没耽误工作,领导、专家、工作人员大聚会,一点也不寂寞。
左起甘鸿、范新弼,、张杰
十、赴天津购耐火砖抢修炉膛
三月初的一天,枕头边的闹钟响了,甘鸿轻轻地起了床,蹑手蹑脚地离开宿舍,下楼到了实验室。按照惯例打开炉门取出料饼,此刻打开炉门通红耀眼,根据他做毕业设计时,实地烧结八棱凸筋陶瓷管的经验,下意识地觉得出了问题,没来得及仔细看,上楼叫醒张杰、孔令振,下楼一看加热的硅炭棒烧断了,测温锥低了头,炉膛变形,张杰很快报告了范先生。范先生到了现场,冷静的说“还好,得亏硅炭棒烧断了,我向上面汇报,等炉子冷了想办法抢修。”他和大家一起找出KO-11电炉说明书,随后说“小甘子,你想办法到天津电炉厂,买同型号的耐火砖”。炉子从红色到黑色已是八点多,范先生向所里汇报,甘鸿办手续,拿支票,张杰、孔令振整理现场,拆炉子,准备换炉膛砖。有范先生的安排和坐镇,刚参加工作的我们,心里踏实了,一个目标——抢修。
甘鸿到了天津电炉厂,已经是11点多,说明来意,厂子里的办公秘书说,炉膛砖我们有,我们有生产指标,你到部里开个证明,就好办了。甘鸿想回去开证明,再回来,那今天算是办不成了。
他就说,“我打长途电话,叫他们在北京到部里办手续。先把支票给您,您给我们单独包装好一套,您开好单据,放在传达室,我再回来拿证明换东西行吗。”办公秘书说,“你想得周全又表示了诚意,一定是很急,就这么办,你也别着急,再来时到值班室就可以拿走了”。
甘鸿回到北京,从孔令振手中拿了证明,二返头趟又到天津拿了炉膛砖,工厂派车送到火车站。在北京站,提了货,坐三轮车到中关村已经是晚上八点多了。有了砖,大家都踏实了,明天开炉没有问题。即使烘炉,也误不了实验。第二天苏联专家维宗到了实验室,对于我们的神速,感到惊讶,也露出了笑脸。
十一,部队战士前来支援
对于这次事故,给张杰降级处分。范先生说,我也应担一定责任,你们三个人太累了,从去年七月份,到今天,连轴转,事故就是在联调自动烧结控制器时忘记关一个开关,幸好只是烧坏了炉子。
事故惊动了上方,可见领导对于磁芯工作的重视程度。不久,派来解放军战士协助工作,都住在尾楼二层,方便工作与休息。战士都是十里挑一,精明能干,很快学会了操作,开始了三班制。张杰、甘鸿、孔令振三人一人一班,每天早晨一个小时会商分析结果,制定每天工作内容,按计划完成实验和实验室建设。甘鸿除去帮助战士,装配模具外,开始按料号,按炉次统计测试数据,绘制分布图。孔令振按料号记述流程,张杰按匣钵送样品,看测试结果,还和战士一起作耐火匣钵与托盘。我们实际操作少了,但是全流程更细致了,更有精力注意测试结果,能主动调整实验。
苏联专家维宗参观十三陵水库修建(网络图片)
当时,北京正在建设十三陵水库。一个星期天,范先生,俄语翻译于桂芝,还有甘鸿,大家陪同苏联专家维宗一起去参观。工地上红旗招展,小推车风似流星,洋镐、铁锹,箩筐齐上阵,一派热闹景象,维宗拿了把铁锹铲土。他说苏联卫国战争时,就是用这种铁锹挖战壕,不过这个把子更长。从大堤上下来,驱车到了定陵,沿着甬道一路走下来,在石人石马旁照了不少相片,他的兴致很高。他说,小甘子,你算是休息一天,我有任务定时要回国,看你们的了。在于桂芝的翻译下,我听懂了他的话。说行,争取让他喝上庆功酒。
十二、研制磁芯成功,北京饭店庆功
有了不锈钢球磨罐等9个罐,有了解放军战士,还有全流程更细致工作,测试结果与工艺紧密对接。在谷雨那天,张杰拿来对比测试结果,3×2坐标变压器磁芯与苏联样品已经接近,就是信号小一点。追溯流程,看看绘制分布图,性能好一些的是出自不锈钢球磨罐里的料,调整了实验,把注意力集中了。
第二天,2×1.4记忆磁芯一袋样品中也有三颗接近要求,此刻大家有了更大的信心。捞到了,有了,别让他跑了,按流程各下了两组。喜讯不断传来,一天范先生、黄先生、郑筠一起在测试台旁看结果。范先生亲手勾了一颗磁芯,反复对比,说可以让维宗看看,又说数一数,看一钵样品里有几个这样的磁芯。不久,王正来到了实验室,说你们大功告成,咱们全所的工作有了一个良好的开端,我请客。
五月一日,海蓝色的天空漂浮着如棉絮般的白云,中关村马路两旁挺拔的杨树给人一种向上的感觉,微风吹拂树叶啪啪拍手,欢迎美丽季节的到来。黄庄、魏公村路上的柳树,摇曳着树枝翩翩起舞,树林里不时飞出小鸟。树枝则是小鸟演出的舞台,它引吭高歌,用自己清脆的歌喉歌颂和赞美。在北楼久呆的我们一切都感到新鲜亲切,风景如画,景色宜人,生机勃勃,美不胜收。
参加试制磁芯的所有年轻人乘坐着敞篷卡车,一路赏景,直奔北京饭店。北京饭店金碧辉煌,光影耀人,二十多岁的年青人走进这高贵的饭店,有着异样而骄傲的感觉。张杰、甘鸿、孔令振落座在一号桌,于桂芝、柳大姐(柳榴英),刘筱秀,曹酉申等就在身旁。一会苏联专家维宗,范先生,王正陪同科学院领导,黄玉珩,郑筠也都落座。
在金碧辉煌的北京饭店为大家庆功
计算所办公室主任何绍宗主持会议,“今天,既是汇报会也是庆功会,十个月来,在大家的努力下,仿制成功记忆磁芯,坐标变压器磁芯和三种脉冲变压器磁芯,现在分别放在玻璃培养皿中,请大家过目。先请范先生讲话”。
范先生站起来说,“大家好!大家辛苦了,原来最使我们担心的是仿制磁芯,过去有电阻、电容、电感,没有无源记忆元件,今天开创了先河,为计算机的研制开了路。院领导今天来见证,我们也要感谢维宗,帮我们建立了测试台,测试标准,还带了各种样品,工艺说明书,都是取得成果的基石。近半年来我们风雨同舟,结成了友谊,他远离家乡,很少休息,时刻关心实验工作,圆满完成了任务即将回国,今天也算是欢送宴。”
王正所长说我们达到了予期目标,工作非常圆满。他还说:“不要忘记失败的苦涩,工艺二字的涵义,不单是加工的艺术,配方,流程,所用设备,仪器的设计制造必须涵盖在里面。下面你们任务还是很重的,要转到大生产,适当时候还要推广到实验工厂生产”。当年6月,计算所成立了实验工厂。
院领导说,“你们的实验成功了,你们是计算机的第一耀,我代表郭沫若院长,张劲夫副院长书记表示祝贺”。席间大家频频举杯,尽兴畅饮。我们这些年青人不胜酒力,用咖啡,清茶代酒,互相祝贺,一片欢乐景象。
参加仿制的还有吴世棋、王振玉、冼福龄、吕志文,、朱锡纯、顾徳敬、时钟霏、王明扎、宋徳玉、邢月敏、张务健等人。
十三、减少了三分之一的碎裂损失
五月也是最繁忙最难对付的一个月,实验工厂的二层小楼已经盖好,成立了新车间。提出对厂房的要求,需要重新布置大功率的线缆,安装通风管道。甘鸿做搬迁的准备,张杰、孔令振继续按原样试生产,生产合格率30%,左右。月底,一切准备就绪,来了运输队的搬运工,10吨油压机放在一层,球磨机放在楼梯间,减少噪音,其余的搬到车间二层。一切妥当后,开炉烧结,生产104机用磁芯,一连几天都没有合格磁芯,很让人焦急。张杰、甘鸿、孔令振三人直接顶班,检查配料,做颗粒,压制,都没有异常。差别在哪里?仔细观后发现烧结房间温度高,测温热电偶冷端温度变化大,保温精度达不到要求也不稳定。讨论后,决定把热电偶冷端放在加入冰的暖瓶里,果然见效。大家意识到,大生产绝不是照方抓药那么简单,要完成104机的要求,必须扩大产能,提高合格率。
作为顾问的范新弼先生提出,除去扩充人力外,磁芯要有预先研究工作,当今目标是提高合格率,今后是试验新品。扩大产能,直指提高压制磁芯的效率,本来是一次压制一颗磁芯,甘鸿设计一次压五颗的模具。“一模五”设计好后,领导决定将工艺组一分为三,生产由张杰负责,这是硬任务,甘鸿担任预先研究工作,提高生产合格率,是当务之急。
104大型通用电子计算机,内存容量为4096字40位的线选法磁心存储器,实际需要将近16万颗合格记忆磁芯,还有近3万颗坐标变压器磁芯及脉冲变压器磁芯。当时工艺生产在实验工厂二楼,测试挑选还在北楼二层,没有搬家。每天夜班出炉后,在北楼楼下喊一声,坠下一个夹钳,就把磁芯拉上到测试分检室,这一情景至今让大家念念不忘。
参加磁芯生产的还有,项尚坤、向可林、李文信、唐昌林、李学仁、刘之林、李永顺、章性诚、刘淑清、滕春明、缪道期、郭之先、爨德玉、刘淑芳、张钰、刘建敏、魏德玉、王世学、张真、朱芝兰、曹桂琴等70多人。
在1958年9月完成了104机用的磁芯及磁芯板,那时,全国只有我们生产计算机用磁芯。供应的品种有中计201型3×2(外径×内径,单位:毫米)坐标变压器磁芯,中计401型5×3及301型10×6脉冲变压器磁芯,中计100型,2×1.4、中计101型1.5×1.0、中计102型1.2×0.8等记忆磁芯,直到1964年才停止外供,还接受总参、北京、上海、抚顺、贵州等地的人员,实习工艺制作,性能测试,磁芯穿板。
预先研究工作,提高生产合格率方面,甘鸿在考虑30%合格率计算,需要烧56万颗,他的第一个直观感觉是在出炉操作中,压缩空气快速将磁芯吹冷淬火时有许多吹碎的磁芯,大约损失三分之一。每次装入口袋时都要用筛子筛,需要压制的数量大约得180万颗压制毛坯,虽然有了“一模五”,压制毛坯的数量还是一个很大的数字。一天一名转业战士上夜班,怕夜里饭凉了,把铝饭盒放在烧结炉上,按规定这是不允许的。甘鸿看到后上前制止,战士说别摸饭盒太烫,他又看到了热电偶冷端暖瓶。突发一个想法,压缩空气快速吹冷淬火,不如把磁芯倒入放在冰上的铝饭盒中。立即和工人一起实验,改良。最后做了一个小车,车上放冰,冰上放带把的铜盘,磁芯出炉时倒入盘中,在冰上来回滑动,一钵红色磁芯立马散开变成黑色,挽回了三分之一压制毛坯的碎裂损失,看来改变淬火方式也起到非常重要的作用。
1958年,我们处于昂奋中,中关村的各个研究所,几乎每个星期天都有报告会,化学所的有机化学的研究,硅橡胶研究,化冶所的顶吹转炉炼钢,介绍双螺旋结构,等等中关村充满了学术气氛。范新弼先生鼓励我们多听多看,扩展知识面,早晚会有用。黄玉珩先生提出要试制重合法磁芯存储器,设计了新的脉冲序列,制造了名字叫“C“型(就是重合法的拼音字母)测试台,测试104机用磁芯。结果磁芯的抗干扰能力弱,便提出了对磁芯性能的新要求,有了明确进取目标。
十四、磁性材料引入了稀土元素
一天,车间领导把一张物理所阶梯教室报告会入场票交给甘鸿,说不要宣传、不许转让。进入会场后一眼觉得真神秘,不仅查票,还得签名,填单子,由物理所报告黄河矿的结构与衍射分析;化学所报告黄河矿的化学分析,这些都是为了建设包钢。甘鸿听后印象最深的是我国稀土元素不稀,在结构中占位特殊。受了报告的启发他和和器材处一联系,市面上还真有稀土类氧化物,镧铈镨钕镱,各买一瓶20克装。开始了实验,绘制了材料与磁芯静态磁滞回线图,绘制了材料与动态脉冲电流信号图,信号与干扰(噪音)比图,每匣钵性能分布图,大约数千份图样。经过筛选,确定含镧材料的成品信躁比高,只是需要大的驱动脉冲电流,经过加入氧化锌,缩小磁芯尺寸,设计新的模具,做成了外径1,5毫米内径1,0毫米的圆环,才达到目标要求。一匣钵的磁芯性能比较均匀,生产合格率大大提高。1959年,在科学院召开的计算技术专业会议上宣读了“一种稀土元素对于记忆磁芯的影响”从此我们有了自己配方的矩形磁滞回线记忆磁芯,打上了中国的烙印,也开始了稀土元素磁性材料研究的新起点。此产品被命名为中计101型记忆磁芯,用于119,107型计算机中。为了满足119机变址存储器要求,试制成功1,2×0.8毫米中计102型磁芯,以后用于109乙机,109丙机,717机,111机,18080机主存。1978年召开全国科学大会,项目获科学院科技成果奖。
1960年困难时期,从部队转业来的战士留下了骨干,大部分精简回家。磁芯的生产组,试制组,测试组,磁胶组建制没变,为了加强车间的技术力量,甘鸿被任命为车间调度。磁芯分选制度也做了改变,由初选,复选,增加了总检,最后统一由车间抽检包装。由于条件不足,出于精简机构的需要,实验工厂撤销了半导体试制工作,试制组长由从半导体组下来的鞠兰凤担任。机构合并后增加了技术人员,分派到各个小组工作,甘鸿又组织他们翻译有关磁芯方面资料,统一由车间刻印装订,技术人员人手一份。他也经过批准,考入电视大学物理系,用业余时间念书。1961年计算所与四机部协商,派甘鸿、陈耀昶去大山子,一方面传授经验,协助798厂稳定生产,另一方面学习11所关于磁性材料的物理测试与化学的分析工作,半年后结束了任务,回到实验工厂。
由于103机磁鼓镀层问题,孔令振此刻培养了两名磁芯配料手,又组织5名成员开辟涂层的研制,做磁胶材料与涂布实验。由于从研究室变到实验工厂新车间,再将工艺组一分为三,新车间成为了磁性材料基地。张杰、甘鸿、孔令振是掌管实际工作的三个领军人物,各有分工,仍然是一周一碰头。
磁胶涂层的研制其实也是一个系统工作,如何解决磁鼓与磁头间隙抖动,保证涂层均匀,涂层性能测试等等问题?当时来不及组织,就把仿制一台103机磁鼓电路作为测试设备,103机磁鼓性能要求作为测试标准,我们的工作就是试验材料与涂布工艺。涂层本身涉及两类材料,磁材料和有机涂料,还有涂布方法,怎样保证磁材性能达到要求,涂层均匀,耐磨?根据试制磁芯经验,简化要素,突出重点,在同一个磁鼓上先试磁材料,相同的涂布工艺,打磨工艺,用机械加工用的千分表,测定外观一致性,一切都是土法上马。1960年用伽马-Fe2O3 及矩磁材料混配成一种磁胶,在103机,119机上试用。1962年3月,磁芯车间划归五室,范新弼任主任,孔令振及磁胶组的工作留在实验工厂。
十五、热火朝天服务“两弹一星”
1962年3月,有关磁芯的全部工作都回到了研究室,范新弼室主任让我们总结新品试制与生产经验,第一次正式写出了“中计101型记忆磁芯试制与生产”总结,在全国计算机学术会上作了报告。
1963年,为了满足109丙机高速变址磁芯存储器的要求,室主任亲自主持领导“部分翻转方案”的实验工作,理论上完成提高存储速度的可行性研究,确立了读写方案,试制出了磁芯测试台。在理解了部分翻转的含义后,甘鸿和陈耀昶分别主持加入氧化铋、氧化镉的材料试验,并且设计了压制0.8×0.5磁芯模具。试制成功并生产了中计901型0,8×0,5含有镧铋元素的记忆磁芯。
五室磁芯工艺与测试人员
由万義负责双轴记忆磁芯的实验工作,完成失蜡铸模成型及材料试验,生产定型了中计108型双轴记忆磁芯,双轴记忆磁芯是长方形立体错开垂直孔的异形结构,用于半固定存储器。这样一来,109丙机需要的主存、变址、半固定磁存都有了元件着落。张杰,李成章主持250万1,2×0.8毫米“中计102型磁芯”生产,伍福宁和张杰,用电桥差分数字放大器技术,实现自动控温,提高保温精度达到十万分之三,为大生产立下了第一功。要知道在短短十个月用压制法成型,手工分选,在当时也是一件热火朝天的大事,也是度过1960年困难时期后的洗礼。
1967年,为了发展我国“两弹一星”工程,由蒋士騛领衔自行设计了专为“两弹一星”服务的计算机——109丙机交付使用。这台计算机的使用时间长达15年,被誉为“功勋计算机”,是中国第一台具有分时、中断系统和管理程序的计算机,同时中国第一个自行设计的管理程序就是在它上面建立的。范新弼领导的磁芯存储器系统,为此计算机体系结构提供了基础,109丙机存储器系统获科学院科技成果奖。
研制109丙机磁芯的部分人员,一排左起,曹桂琴、菊兰凤、范新弼、顾德敬、爨德玉,;二排,朱锡纯、刘嘉英、刘筱琇,、柳榴英,、张钰,、刘淑清;三排,谢德实、王玉钤、孔令振、甘鸿、陈耀昶、刘淑芳;四排,张复、藤春明、郭志先、张杰、王世学、张真。
1964年,开始锂系宽温记忆磁芯研制,特点是脉冲性能参数很少受温度影响,由于锂系铁氧体,在烧结过程中氧化锂的挥发,最初在密闭的陶瓷管中烧结,吸收了在试制“中计901型(外径×内径为0.8×0.5)磁芯”的经验,在材料配方中试验加入了助熔剂,可以在隧道窑中烧结的锂系宽温记忆磁芯试制成功,定名为“中计601型(0.6×0.4毫米的)记忆磁芯”,用于013机和757机,1965年应156工程处要求,满足弹上微型机环境,又研制了宽温”中“902型0,8×0,5磁芯”。
这些磁芯都注重材料配方工作,一路下来,也伴随着尺寸的缩小,给磁芯成型工作及相关模具设计、制造、用材,带来许多问题,王正所长与范新弼室主任协商后免去甘鸿组长职责,让菊兰凤担任试制组组长。在1965年底,组织了工厂技术组,车工、模具工和磁芯组人员,董彩凤、谢松林、刘玉兰、潘玉来、呉仰风、甘鸿、刘嘉英,组成独立联合组,由甘鸿担任组长,研制磁芯成型方法及工艺流程。这样把成型方法试验,工装设计、制造加工三合一,没有中间环节,工作开展的非常顺利。在“文革”中,大家看到成果即在手中,都不愿轻易离去,在实验室不言其他,不评论各派观点,原单位有事说一声就可离开。
张杰领导的生产组完成了复制109丙机即015机,717机,111机的生产任务后,与之和二为一,把粉末成型压制法变成碾片冲压磁芯。这是在机械加工的冲压工艺中得到启示而来,第一步解决了粉末加粘合剂变成连续磁带片,保证磁带片含水量一致,厚度一致,柔软性好。其次,设计了冲压机,实现自动喂料,真空收集成品,减少模具损耗,也提高了工作效率,过去每分钟模压20颗,现在冲压120颗。在文革后期013机及757机需要上亿颗磁芯,用此法比较轻松的完成工艺生产工作。
十六、亿次机器件国产化研发最终搁浅
1971年4月,将磁芯工艺、测试分选、磁芯串板、组体,都离开研究室转入到实验工厂,成立三车间,甘鸿被任命为负责的主任。
模板把磁芯按双八字形排列好了。
在那个年代首要做的事情是制定工艺规程,编制测试规则与工作流程,整顿秩序明确磁芯分选自动化,穿板模板化,磁芯板涂布密封等等课题目标。经过全所1025机的失败,落实政策后,王正所长亲自参与757计算机主存储器的工作,任命宁玉田、尹守峻、甘鸿总负责,范新弼主持半导体存储器的研制。张杰、李成章负责工艺制造,顾徳敬负责测试筛选,柳榴英负责质量总检,马淑珍负责磁芯穿板组体,张复负责磁芯自动测试机研制,叶勉幹、曹之江负责磁芯板测试机的研制与使用,王宗元、王世远负责测试软件。
757计算机磁芯主存储器,使用两度半三线重合法存储器,采用体结构磁芯存储器工作的有王振山、宁玉田、陈自虞等。采用平面大板结构,组成外围机主存储器工作的有尹守峻、刘昌芝、高修忠、何家喜等,757计算机半固定存储器由刘玉等负责。
1973年,由于每秒可以完成200-500万次计算的计算机不能满足中国飞行体设计计算流体力学的需要,时任国防科委副主任的钱学森要求中科院计算所在70年代内研制出亿次高性能巨型机。中科院计算所根据飞行体设计的需要,于1973年5月提出全部国产化1亿次高性能巨型机(20M低功耗ECL电路-四条流水线)及其模型机(757向量计算机,10MECL电路-单条流水线)的可行方案。虽然20M低功耗ECL电路的集成电路芯片投片在1979年已经研发成功,由于“四人帮”的干扰因素和其它原因名叫1025的工作失败了,只有1000万次模型机,被称为757向量计算机于1984年才投入使用。1亿次高性能巨型机全部器件国产化的研发,在计算所最终搁浅。
十七、走上改革开放的前沿
进入80年代,大规模集成电路随机存储器登场,除去为KJ8920机的存储器外,五室的工作向前发展了,也发生了裂变,有的转向智能存储,有的转向数据库信息管理。从五室分出了13室,从事计算机网络工作,有的转向超大规模集成电路的自动测试(郭志先),有的参加了国家的科学管理工作(宁玉田),有的当了北京工业大学计算机学院的教授、院长(叶勉幹、张载鸿),转战到新的岗位。
1984、1985年五室部份人员走上改革开放的前沿,探索和开创了一条将科技成果转化为生产力的计算机市场。参与和创建了中关村科技市场知名度高的有四通,王玉钤;信通、科海,徐寅生、韩世严、唐新之、张真;京海,衣元兴、张复;希望,顾德敬;联想,平天民、贾继福、甘鸿,、曹之江、豆喜平、龚国兴、刘筱秀、许庆元、孙祖希、王文芳、谢徳实、陈浩彬、武淑萍等。他们为计算机科技成果向市场经济转换作出了应有的贡献,为个人用计算机PC的汉化推广竭尽了全力,为许多单位设计按装以太局域网,也为普及PC到家庭铺上了一块砖,更使计算机的应用从科学计算扩大为服务于事务处理。
这里记述的一些事也只是一瞥,字里行间也可能了解到这些人兢兢业业,鞠躬尽瘁,以国家利益为重;吃苦耐劳,渴望知识,不断提升自己做人做事的能力;这些人不安于现况,做事就要争第一,披荆斩棘,永远前进的精神,也能体会到“记忆是电脑的灵魂”这一命题的意义。当你使用U盘时,使用MP3,MP4,照相机,摄像机,个人数码助理(PDA)、电子相框,车用导航一仪,行车记录仪和智能移动电话时,如果没有了记忆,一切作废,在迎接新时代的今天,你就更会感觉到“记忆是电脑灵魂”的重要性。
计算所五室五十周年合影
结语:
参加磁芯研制和改革开放初期的两次创业使我认识到,科学跟文学不一样,搞文学总是同情弱者,有伤感文学,血与泪的文学,被污辱被损害的文学,把不幸的遭遇,坎坷的身世写得越深刻,把难以言喻的痛苦和悲愤抒发的越是淋漓尽致便越是显得伟大和动人。文学讲究过程,写得细致入微,写得感人肺腑,写得风景如画,写得情真意切,情思缠绵,就是编造的,也无人指责,反而得到的是赞赏。然而,尤其是搞科研技术的,只能承认强者的力量,没有弱者的地位,在科学的祭坛上只奉献结果,至于是怎么达到这个结果的苦难历程,在学术文献上,在教科书中从来没有必要加以描述。虽然历尽多年心血,物质待遇平平平平,一个真正的献身于科学事业的人,哪怕是个富有感情的诗人,不仅能够承受寂寞,也决不会在厄运的重压下发出呻吟或绝望的叹息,决不会诉苦和后退,他们用音乐,诗词,书画舒缓自己,坚持,坚持,坚持,奋斗,奋斗,奋斗,顽强地乐观地百折不挠地奋斗,美景总会出现的。
今天我们要纪念计算机事业诞生60周年,我们打破常规,书写过程,在自信心缺失,价值观多元化,道德远去的今天,有着十分的必要的现实意义。让大家不仅看到实实在在的成果,体会到当时有那么一批人一群人他们的工作,他们的思想,理念,精神和价值观;一种工作模式。领导,科学家,普通工作者三结合;先集中后分散,科研,学校,工厂一盘棋;应用与软件的交底,硬件,软件,应用三结合构成一个系统,知道总体和系统的重要性。
1997,02,18初稿;2011,12,20复稿;2014补充照片。
说明:甘鸿先生的1—5集《记忆:电脑的灵魂》,现合并成一篇,保存在公众号“计算机六十年”的 记录——“科学规划”栏目中。
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