周興銘：我國巨型計算機系統(tǒng)的重要開拓者

★ 高躍群 郝瑞佳

中國科學院院士周興銘是計算機領域著名專家，我國軍用專用計算機、大型通用計算機和巨型計算機系統(tǒng)的重要開拓者之一，先后擔任銀河Ⅰ億次巨型計算機主機系統(tǒng)研制負責人、銀河仿Ⅰ全數(shù)字仿真計算機研制總負責人、銀河Ⅱ并行巨型計算機研制總設計師，研制成功6臺代表當時國家最先進水平的計算機系統(tǒng)，為我國巨型計算機事業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎，為我國高端計算機人才培養(yǎng)作出了重要貢獻。

★ 研制晶體管計算機嶄露頭角

我軍計算機的研制是從1958年開始的，當時哈爾濱軍事工程學院（簡稱“哈軍工”）組建了以慈云桂、柳克俊為首的電子計算機研制組，這是我國自主研制計算機最早的團隊之一。研制組以魚雷快艇的魚雷射擊指揮儀為目標，研制電子管901電子計算機。

1956年8月，周興銘作為優(yōu)秀生被推薦考進“哈軍工”學習。在“哈軍工”學習期間，周興銘作為學生，曾參與901機的魚雷射擊程序的編寫，受到了科研工作的初步洗禮，對計算機產(chǎn)生了濃厚的興趣?！肮姽ぁ钡募夹g教育是嚴格的，數(shù)理基礎的課時特別多，周興銘學習了機械學、電氣與自動控制學、電子學3個學科方向的基礎課程。4年學員生涯，打下了堅實的基礎，對他后來的科研和施工管理起了重要作用。1960年8月，周興銘加入中國共產(chǎn)黨，并作為優(yōu)秀學員被選拔提前畢業(yè)留校工作。留校后，周興銘參加了慈云桂、柳克俊在“哈軍工”舉辦的全軍第一個計算機學習班——57323班，接受電子電路、計算機原理等方面的專業(yè)培訓?？梢哉f，是慈云桂把周興銘引入到計算機這個學科領域的，慈云桂是他的授業(yè)恩師。

20世紀60年代初，我國晶體管研制剛剛起步，生產(chǎn)的鍺晶體管質(zhì)量不夠好，而且不耐高溫。要想在魚雷快艇高溫高濕高鹽的惡劣條件下，用晶體管研制可靠實用的計算機是難上加難?！肮姽ぁ钡闹R分子不信邪。他們兵分兩路：一路由慈云桂親自督戰(zhàn)，研制441B計算機；一路由柳克俊領頭，研制901晶體管計算機（魚雷快艇射擊指揮計算機）。

1961年初，周興銘在57323班的培訓結(jié)束后，參加了柳克俊領導的901晶體管計算機研制組。初出茅廬的周興銘，深感知識的不足。他幾乎把所有的時間都花費在學習上，一有時間就看書。在技術攻關時，周興銘在運控部件設計中顯露出對計算機研制的突出才能，經(jīng)常提出獨到的見解，很快就嶄露頭角，事實上成了901電子管計算機系統(tǒng)設計和系統(tǒng)調(diào)試的主要骨干之一，在數(shù)字電路抗干擾設計、系統(tǒng)邏輯設計、整機調(diào)試上都做出了重大貢獻。當時，雖然沒有給他安排一個頭銜，他也沒有擔任組長什么的職務，但是遇到問題需要解決時經(jīng)常交給他來做。周興銘和同事一起，用阻容二極管組合限幅穩(wěn)流技術，成功解決了鍺晶體管高溫漏流劇增及在惡劣環(huán)境下電路干擾大造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的難題。1963年，研制組完成901樣機研制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，可頂住南方海域高溫高濕高鹽霧的環(huán)境。

小荷才露尖尖角，年僅20多歲的周興銘作為系統(tǒng)設計和調(diào)試的技術骨干，初步顯露出自己在研制計算機方面的非凡才華。901晶體管計算機是我國研制成功的最早的晶體管計算機之一，后來批量生產(chǎn)，成功裝備在我國的魚雷快艇上，成為我國第一代自主研制的電子數(shù)字指揮儀。該成果獲1978年全國科學大會榮譽獎，周興銘作為研制組的一員，是研制骨干與主要完成者。

周興銘院士等科研人員在對銀河—II巨型計算機進行測試

★ 攻關集成電路計算機擔當重任

新中國成立后，我國海軍實行“空、潛、快”的戰(zhàn)略方針。根據(jù)這一方針，1965年國防科委和海軍決定建造排水量350噸級的輕型潛艇，需要在潛艇上裝配一臺魚雷射擊指揮儀（簡稱“030”）。1966年，“哈軍工”在陳亞希教授領導下成立了海軍小型潛艇上的魚雷射擊指揮儀研制組，周興銘因為在901晶體管計算機研制中的出色表現(xiàn)，被任命為該課題負責人之一。

為了給“030”增智瘦身，既滿足能在潛艇狹小空間安裝和工作的要求，又能夠經(jīng)受住惡劣環(huán)境條件的考驗，確保機器穩(wěn)定可靠，他們大膽決定在全國率先采用集成電路技術研制這臺機器。當時，硅集成電路在國外也是剛出現(xiàn)不久的新東西，國產(chǎn)集成電路技術處于初級探索階段。陳亞希帶領大家前往中科院半導體研究所進行考察，恰巧該所在王守覺研究員領導下，研制成功了硅平面晶體管和集成電路，正在尋找合作用戶，雙方很快商定合作事宜。

根據(jù)任務分工，周興銘具體負責計算機的總體方案和集成電路設計。為了完成總體方案設計任務，周興銘深入海軍部隊反復調(diào)研，對“030”的性能、指標、大小以及形狀作了比較理想的設計。為了完成集成電路設計任務，他長期住在北京，與中國科學院半導體研究所的技術人員一道，齊心協(xié)力，集體攻關。周興銘創(chuàng)造性地提出“多個輸入二極管設計在功率晶體管集電極上”的研制思路，定型一套高抗干擾的DTL（二極管－三極管邏輯）電路，大大減少了隔離島數(shù)目，降低了制造難度，成功應用于工程研制。1968年，課題組研制成功“030潛艇數(shù)字指揮儀計算機”，這是我國自主研制的最早的集成電路計算機之一。該機1978年獲湖南省科學大會榮譽獎，周興銘是主要完成者。

20世紀60年代末，集成電路技術趨向成熟，計算機的規(guī)模、速度、能力提高很快，國外開始應用每秒運算百萬次的大型計算機。1969年，周興銘參加了由慈云桂領導的百萬次級“151通用大型計算機”研制工作，被任命為運控分系統(tǒng)負責人。這是一次運算速度跳二個數(shù)量級的躍進，是第一次涉足大型通用計算機研制，系統(tǒng)復雜度、難度大大提高，面臨一系列新技術、新概念、新挑戰(zhàn)。

研制“151”的基礎是高速集成電路。周興銘和同事設計了一套肖特基二極管抗飽和的高速TTL（晶體管－晶體管邏輯）電路，由中國科學院109廠生產(chǎn)，批量生產(chǎn)達到門延時6～8ns的高水平。這一套電路后來被定型為國家標準電路，并在一些單位推廣應用。為了確保計算機的速度，必須要有主頻和高性能體系結(jié)構(gòu)設計。周興銘設計了全套指令的操作表及其實現(xiàn)的控制邏輯，解決了串并行快速乘法金字塔樹的結(jié)構(gòu)與符號處理，改進了國外有關文獻的快速除法方案，并實現(xiàn)了跳0跳1的快速除法方案，這些都是關鍵技術。

運控分系統(tǒng)調(diào)試時，計算機主頻遠低于原設計指標，并有偶發(fā)性的錯誤出現(xiàn)。周興銘發(fā)現(xiàn)并解決了TTL電路的睡眠效應以及TTL電路傳輸干擾等一系列深層次的關鍵問題，改造了機器互連線系統(tǒng)，穩(wěn)定了機器，大幅度提高了機器的主頻，達到了每秒百萬次運算的速度指標。他還首次運用“用調(diào)試診斷程序來調(diào)機”的方法，對加快系統(tǒng)調(diào)試、發(fā)現(xiàn)并解決睡眠和干擾等問題起到了關鍵作用。1979年4月，周興銘因為在研制“151”計算機中作出的突出貢獻，榮立個人三等功。

“151”計算機裝備于“遠望一號”遠洋測量船上用作中心計算機，在我國向南太平洋預定海域發(fā)射洲際運載火箭、潛艇的水下發(fā)射和同步衛(wèi)星發(fā)射等一系列科學試驗中，發(fā)揮了極其重要的作用。該成果單機系統(tǒng)1978年獲全國科學大會榮譽獎，雙機系統(tǒng)1982年獲軍隊科技成果一等獎，周興銘是主要完成者。

★ 投身系列計算機研制功勛卓著

20世紀70年代初，國外出現(xiàn)一類計算機，稱超級計算機或巨型機，用于解決大型、超大型科學與工程計算問題及大規(guī)模數(shù)據(jù)處理問題，是推動科學技術發(fā)展的強大工具，對國民經(jīng)濟發(fā)展及國防建設均有巨大意義。黨和國家領導人高瞻遠矚：決定自主研制巨型機。1978年初，任務下達給國防科技大學計算機研究所以慈云桂為首的研制團隊，周興銘被任命為主機系統(tǒng)（除主存外）研制負責人。機器后來定名為銀河Ⅰ億次巨型機。

當時，我國集成電路技術水平低，高性能集成電路國外對我國禁運，能夠得到的元器件性能有限。研制團隊瞄準當時國外最先進的第二代向量機作為研制起點，充分開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的并行性來提高全系統(tǒng)性能。銀河Ⅰ首次采用“向量技術”。周興銘和同事們精心設計、精心研制，設計了12條向量化流水線和強有力的向量寄存器，采用雙向量陣列技術，主機系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作在20MHz的高主頻，并有相當大余量。這個指標屬國內(nèi)第一，直到1992年底銀河Ⅱ誕生。他還提出一整套用微機程序加一簡易控制面板的調(diào)試主機方法，做到了幾乎不用電表、示波器，就高質(zhì)量地完成了主機調(diào)試。周興銘還提出一整套監(jiān)測系統(tǒng)設計，使機器正常工作時，主機硬件95%以上覆蓋面的任一偶發(fā)故障，都能自動捕捉到并大體定位，大大提高了機器的可靠性，簡化了診斷系統(tǒng)軟件的設計。銀河Ⅰ億次機1983年研制成功，使我國進入國際上能研制巨型億次機少數(shù)國家的行列，填補了我國巨型機的空白。該成果1984年獲中央軍委國防科技成果特等獎，周興銘是主要完成人并獲個人一等獎，榮立個人二等功。

周興銘在指導研究生

20世紀70年代末，國外出現(xiàn)了全數(shù)字仿真機，但我國仿真界還停留在小規(guī)模模擬機的水平。1982年，銀河Ⅰ大體成功，國防科工委提出用銀河億次機的工藝技術來做全數(shù)字仿真機。經(jīng)計算機系兼研究所副主任胡守仁的推薦，周興銘先是擔任工程組長，后來成為銀河仿Ⅰ全數(shù)字仿真計算機研制的總負責人。他提出的總體研制方案很快得到批準，該機采用異構(gòu)同步多處理機的總體方案，峰速達每秒1.7億次，強有力的高精高速輸入／輸出通道可連接復雜的控制系統(tǒng)，其高速高能力可實現(xiàn)大型實時仿真。

周興銘主持研制全過程，解決了主控接口方案、接口設計、調(diào)試診斷、可靠性等一系列關鍵技術，于1985年秋研制成功銀河仿Ⅰ全數(shù)字仿真計算機。該機填補了我國空白，開創(chuàng)了我國仿真技術的新局面，在我國航天、國防等領域得到了廣泛應用。該成果1988年獲國家科技進步一等獎，周興銘作為第一主要完成者，再次榮立個人三等功。

到20世紀80年代，國外巨型機的發(fā)展進入第三代——并行巨型機。1988年初，經(jīng)過近兩年的醞釀，我國正式開始銀河Ⅱ通用并行巨型機的研制，周興銘被任命為總設計師。銀河Ⅱ的速度和計算能力是銀河Ⅰ的10倍，周興銘提出4中央處理機并行協(xié)同工作的并行巨型機總體方案，使銀河Ⅱ總體上跨了一代。

為實現(xiàn)這一方案，他們在總體設計、邏輯設計、操作系統(tǒng)、并行語言、工程實現(xiàn)上均有一系列新技術需要攻關，跨上新水平。為實現(xiàn)預期的高性能指標，周興銘提出7點新技術，使單中央處理機的性能全面提高。主要處理能力大幅度提高，輸入輸出能力也必須相應跟進，周興銘提出設計獨立的輸入輸出子系統(tǒng)，并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上提出既簡單又確保高性能的方案。在機器研制階段，周興銘同時部署廣泛的應用、算法研究，使機器研制成功的同時，便有一批用戶能高效使用該機。

1992年10月，銀河Ⅱ國家鑒定正式揭幕，來自全國的同行專家100余人分成8個小組，歷時1個月，對18項技術逐一深入鑒定，對該機給予了高度評價。鑒定結(jié)論：銀河Ⅱ機是我國第一臺10億次每秒面向科學／工程計算的并行巨型機，總體上達到20世紀80年代中后期國際水平；有20項技術創(chuàng)新，達到國內(nèi)領先，并全面上新臺階。銀河Ⅱ后來用于國家氣象局做中期數(shù)值天氣預報，得到世界氣象組織的肯定和高度評價，為國家爭得了榮譽。

銀河Ⅱ被評為1992年度中國十大科技成就之首，連續(xù)兩年進入國務院政府工作報告。國防科技大學計算機研究所被中央軍委授予“科技攻關先鋒”榮譽稱號，周興銘榮立個人一等功。1995年，銀河Ⅱ獲國家科技進步一等獎，周興銘為第一完成人。

1993年，巨型機的發(fā)展進入基于微處理器大規(guī)模并行的高性能計算機時代。周興銘作為負責人，領銜進行了銀河Ⅲ大規(guī)模并行巨型計算機的總體技術方案與研制方案預研。為了銀河事業(yè)的長遠發(fā)展，他毫不猶豫地把年輕人推向前臺，毫無保留地將自己積累了幾十年的工作經(jīng)驗、實驗方法、技術資料和盤托出，為年輕人大膽創(chuàng)新保駕護航。新一代計算機研制者，從銀河事業(yè)中脫穎而出，在前輩的基礎上不斷將計算機事業(yè)推向前進，最終將中國超級計算機技術推向世界之巔。

★ 奉獻計算機事業(yè)初心不改

1994年初，周興銘受命主持國防科技大學研究生院工作。他像對待科學研究一樣，全身心投入這一新“角色”，推動培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才，為博士生培養(yǎng)方案規(guī)范化、研究生課程體系建設、博士生培養(yǎng)實驗條件建設作出了開創(chuàng)性貢獻。

1996年，周興銘改任國防科技大學計算機學院教授、博士生導師、顧問和并行與分布處理國家級重點實驗室學術委員會主任。他不為浮華束縛，擺脫外物紛擾，領銜高端計算技術基礎研究，傾情國防科技和軍用計算機發(fā)展，承擔并完成國家自然科學基金委、國防科工委（總裝備部）、國家863、湖南省、國防科技大學、并行與分布處理重點實驗室的許多重點與基礎研究課題，在計算機體系結(jié)構(gòu)、高性能計算技術、并行與分布處理、計算機光互聯(lián)技術、高性能微處理機體系結(jié)構(gòu)與設計技術、二進制代碼翻譯技術、并行與分布數(shù)據(jù)庫、智能交通、移動計算等方面取得許多原創(chuàng)性成果。

周興銘1982年任副教授、1986年任教授，1990年被國務院學位委員會批準為博士生指導教師，先后培養(yǎng)碩士、博士研究生100余名，帶出一大批優(yōu)秀計算機研制人才，許多人已成為國家、軍隊計算機科學研究和教學的重要骨干。2002年以來，經(jīng)國防科技大學黨委批準，受上海同濟大學邀請，周興銘任上海同濟大學軟件學院兼職院長，探索高級工程實用型國際化人才的培養(yǎng)，取得了顯著成績。2013年，周興銘當選為第十二屆全國人大代表，他保持科技創(chuàng)新的思想活力，深入地思考我國自主創(chuàng)新的科研道路，積極為國家發(fā)展、民族振興和國防科技事業(yè)建言獻策，提出許多很好的意見和建議。

周興銘學術預見、宏觀判斷、分析能力和組織能力強，先后任國際學術會議主席5次，在國際國內(nèi)學術期刊和學術會議上發(fā)表學術論文、技術報告100余篇。周興銘1991年起任國防科工委和總裝備部科學技術委員會兼職委員；1983年起任國防科工委和總裝備部科技委的軍用計算機專業(yè)組成員；1996年起任中國科學院技術學部和信息學部的學部常委5屆（其中1屆為副主任），中國科學院學部主席團成員1屆，中國科學院學部咨詢工作委員會成員3屆；2002年任中國國家信息化專家咨詢委員會委員1屆；1984年起先后任中國計算機學會理事多屆，中國計算機學會計算機體系結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會主任委員2屆8年、委員24年，湖南省學位委員會委員2屆、副主任委員1屆，湖南省信息化咨詢委員會副主任委員1屆，湖南省科協(xié)副主席1屆；1984年起任國防科技大學學位委員會委員、學術委員會委員、科技委員會委員多屆。他為國家科技事業(yè)發(fā)展所作出的貢獻，銘記在國家、軍隊、中國科學院、湖南省、國防科技大學的史冊中。

到了退休年齡后，本應享受安樂的晚年生活，但由于擔任博士生導師繼續(xù)培養(yǎng)研究生，開展科研工作，從事國防預研任務，擔任銀河巨型計算機研制、咨詢專家，履行并行與分布處理國家級重點實驗室學術委員會主任職責，出席人大代表和兼任的學術職務等相關活動，承擔院士應盡的服務社會的各項工作……周興銘依然忙碌著，或殫精竭慮地參與頂層設計，或步履匆匆地奔赴科研實驗一線，每天的行程排得滿滿當當。

周興銘不追求生活的奢華，不攀比物質(zhì)的享受，吃、穿、用都非常簡單。他的收入提高后，不忘回報社會。2001年捐出17萬余元，2007年又捐款40萬元，設立不具名的基金，資助學生以及青年教師開展學習和科學研究。無論在什么時期、什么崗位，他所選擇的始終是一個科學家的最高職責，始終為我國科技事業(yè)發(fā)展竭盡全力，用自己的行動書寫了愛國敬業(yè)、勤奮樸實、甘于奉獻、光明磊落的人生，成為孕育、鑄就和踐行偉大銀河精神的杰出代表之一。

少年勤學，青年擔綱，年過古稀未停歇，另辟蹊徑勤開拓。周興銘用淵博學識和人格魅力筑起了一座豐碑，他的價值選擇和人生追求，照見著光風霽月的坦蕩胸懷，標注著令人景仰的精神高度。