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国防科技大“银河”中对“救火队长”:曾参与“银河”系列巨型计算机研制

国内 来源:北京日报      时间:2021-06-09 10:29:59

夏夜,一条明亮的光带横跨夜空,宛如奔腾的大河。迢迢银河,藏着多少动人的传说,引发多少美丽遐想。

在位于湖南长沙的国防科技大学,有一座以“银河”命名的大楼。楼内的人们习惯称自己为“银河人”,语气满是自豪。38年前,在这里诞生了中国第一台每秒运算一亿次以上的“银河-Ⅰ”巨型计算机,填补了国内没有巨型计算机的空白。

她是他们中的佼佼者,是参与过“银河”系列巨型计算机研制、曾担任我国首台高速信息示范网核心路由器的主任设计师;她也是一名人民教师,年均授课近200学时,讲授的《计算机原理》入选军队和国家精品课程;她还是第二届中国十大杰出母亲中唯一一位科研领域人士。

她就是国防科技大学计算机学院研究员、博士生导师唐玉华。

“救火队长”

“唐老师,唐老师,我把网络硬件调出来啦!”走廊尽头,一个人大喊。

约摸20年前凌晨两点的国防科大——

计算机学院灯火通明,每一盏灯后仿佛都蕴藏着不可言说的秘密。正带领大家攻关“银河玉衡核心路由器”的硬件主任设计师唐玉华,手里掌握着解开这些秘密的钥匙。

上世纪70年代初期,外国科学家率先研制出每秒运行一亿次的巨型计算机,它拥有着强大的数据处理能力和改变其他生产领域发展态势的能力。当时,我国因没有高性能计算机,欠缺计算处理能力,不得不将一些复杂工程问题的数据卡带到国外处理,不仅耗资巨大,核心数据外泄风险也大。

1978年,在那个科学的春天,邓小平同志明确指出,“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”著名计算机专家、国防科大计算机系首任主任慈云桂教授主动请缨,立下军令状:“豁出命也要把亿次机搞出来!”

第二年,17岁的唐玉华怀着强军兴国的理想,考入国防科大计算机系。1982年11月,各门功课名列前茅的她成为79级计算机系第一个党员。

1983年12月,慈云桂教授团队攻克了数以百计的技术难题,提前一年完成研制任务,系统达到并超过了预定的性能指标。我国第一台亿次巨型计算机通过国家技术鉴定,并由张爱萍将军命名为“银河”。机柜红白相间的银河亿次巨型机就诞生在国防科大计算机系的银河机房,使我国成为当时世界上第三个能够独立设计和研制巨型计算机的国家。

1984年10月1日,在国庆大典上,我国首台“银河”巨型机模型受阅通过天安门广场,向世人展示了她那迷人的风采。“大家都叫银河-Ⅰ为‘争气机’。因为我们都清楚,核心技术是花钱买不来的,中国的现代化不能乞求别人恩赐。”当时正读硕士研究生一年级的唐玉华和同学们深受鼓舞,立志要为国分忧,科技报国。

银河-Ⅰ的成功让世界震惊。但没过多久,西方国家突然同意把每秒亿次级巨型机向中国出口,而且价格十分低廉,降价幅度很大。“银河人”心里明白,这是西方国家试图用“价格战”打入中国巨型计算机市场,把刚刚问世的“银河-Ⅰ”巨型计算机冲垮。这警示着“银河人”:如果我们的巨型机研制工作不奋起直追,最后只会被西方越甩越远。除了继续创新发展,我们别无选择。

抢占世界巨型机“制高点”的重任,落在唐玉华这代“银河人”的肩上。硕士毕业不久的唐玉华有幸加入了银河科研团队。在银河-Ⅱ的研发中,唐玉华作为技术骨干承担了“银河-Ⅱ并行巨型机”磁盘子系统的研制。

上世纪80年代中后期,有关计算机方面的资料匮乏,学院里有人出国开会或者访问带回的会议资料及图书是极少可以参考的“宝贵文献”。为了节省科研经费,采购元器件时大家精打细算,货比三家,能自己开发的核心元件设备坚决不采购,“银河人”的艰苦奋斗创造了“银河-Ⅱ”的高性价比。

“我相信外国人能做出来,我们也能做出来。”1992年,“银河-Ⅱ”研制成功,实现了中国巨型机的又一次跨越,使我国成为世界上第三个掌握了每秒10亿次计算能力巨型计算机研制技术的国家。

1993年至1997年,唐玉华参加了“银河-Ⅲ超级并行计算机”结点控制器芯片的研制。1997年至1999年,作为主设计师和芯片设计组长,她参加了后续一代巨型机的互连接口芯片设计和实现。

科学研究,有时就是争分夺秒的追逐。

后续一代巨型计算机的三枚芯片研制是唐玉华等人在国外完成的。因为外国人从不加班,中国团队成员连夜把设计方案调整出来,白天则催促外国科研人员进行分析。

就在那时,唐玉华得了一个“救火队长”的外号。这是因为芯片在哪里出现问题,唐玉华往往能第一时间发现、第一时间解决——唐玉华的老搭档崔向东这样解释。

有一段时间,大家不适应外国气候和饭菜,唐玉华负责调剂大家的伙食,“唐一刀”的称号就是那时候大家给她取的。她切土豆丝很细,跟制作精密仪器一样。

在“银河”起舞,不枉此生

核心路由器是高速信息网发展的重中之重,代表着一个国家信息领域的技术水平。银河系列巨型计算机研制成功,极大提振了民族自信心。

1999年,科技部将研制中国高速信息示范网的核心路由器,作为“863”信息领域跨主题的重大攻关项目在全国招标。拥有雄厚技术实力的国防科技大学和大唐电信科技股份有限公司中标后,由唐玉华担任硬件主任设计师,负责核心路由器硬件系统的设计与实现工作。

从银河-Ⅱ到银河后续巨型机的历练,让唐玉华逐渐成长为团队领军人物。研发核心路由器硬件系统,让她有了充分施展科研才能和领导才华的舞台。

这台名为“银河玉衡”的核心路由器,是我国高速信息示范网的关键设备,每秒可转发25亿个报文。

那时,学生孙志刚印象最深的画面是:不同的科研人员到唐玉华面前聊,阐述自己的设计方案,而唐玉华就坐在桌前,一个一个听,再一个一个提出修改意见。

她的面前,摞着一叠A3纸,老式打孔的,正面是废旧打印纸,反面用来做草稿。写满就随手往上一翻,折上去。即便是在问题无解的时刻,纸上的代码也像是犒赏,从跳跃的字符中,唐玉华感受到科学的纯粹之美。

但往往,这种畅快感很快被随之而来的难题所消退——

“龚老师,您10分钟能骑车赶到机房吗?”午夜12点,孙志刚支吾地对电话那头说。

电话是唐玉华让打的,因为晚八点至次日早八点是硬件调试时间,发现问题必须马上解决,才不耽误路由器系统白天提供给软件团队调机。

那段日子,唐玉华总是第一个来到机房,又最后一个离开。当时,机房都是电脑桌,没有隔板,有问题的学生来到唐玉华身旁提问只需侧个身或走几步。讲不明白,干脆就画出来,再讨论,问题有眉目了,学生就把那张纸拿走继续研习,有问题再画,再拿走。

“唐老师主攻的那一块是最早完成的,出问题最少,之后她就帮助我们来做。”孙志刚说。对于唐玉华来说,真正的成果绝不能仅以研制巨型计算机或者核心路由器作为唯一目的,“我们的学生能不能从里面学点儿什么?等项目结束,回头一看什么都没学到,这不是很悲哀吗?”

孙志刚记得,自己现在规范写代码的好习惯就是那时养成的。恰逢攻关关键阶段,团队一位成员负责的项目出故障,但他当天无法赶回,大家望着桌上谁也读不懂的代码面面相觑。等到同事回来,唐玉华带领大家开了一次会,“规范写代码,规范写程序,规范书写格式。”后来,大家写代码的质量迅速提升,避免了不少管理上的漏洞。

程序设计有缺陷吗?测试充分吗?联合测试后,放到系统里能“跑”起来吗?放到你自己的板子上“跑”完测试结果如何?

后来孙志刚发现,等到设计的程序真正放到系统时,自己那点儿程序连百分之五都不到,“要解决的问题多极了。”孙志刚还发现,唐玉华格外注意调试中偶尔出现的错误,尤其是后来过程中又消失的。“她提醒我们要格外小心,这种情况往往有可能会出现在最后验收时。”这对孙志刚影响极大,最开始他还不知道遇到这种情况要及时定位,到后面就知道要反复试验,确保无误。

“人这一生,能做点事不容易,‘银河’事业的舞台是很好的机遇,我们这些人有幸参与,不枉费这一生啊。”在“银河人”看来,休息和假期都是奢望的,唐玉华以党员“吃苦在前、享乐在后”的精神,曾带领团队为了攻克难关五天五夜未眠,更不用提各类假期,“大年初三,大家基本就都回机房了,没人提醒,都是自发的。”

“我们也是摸着石头过河,凭看书、看资料,分析我们自己的系统应该如何做。”对科研的执着精神,让唐玉华散发出独特的人格魅力,崔向东形容她:“不仅是人才,还是个人物。她要求我们做的,她自己一定先做到。”

把整个系统装在心里

“一周工作六天,每天都是晚上11点半下班。”崔向东形容那段日子“就像上了发条,每天停不下来,也没人敢停下来。”唐玉华同意这个说法,工作上若遇到愁事,那一定是写在眉宇间的。

一位刚工作不久的博士在方案上遇到难题,设计出的图纸团队不满意。“当时是6家单位分成3个队伍同时在搞路由器,大家是竞争的关系。我们出了问题,唐老师是最着急的。她就在走廊里蹓跶,一遍一遍走,眼睛也不往其他地方看。”

崔向东记得,唐玉华当晚召集几位老师一起商量解决方案,晚上下班后大家又加班到凌晨一点。唐玉华认为,其实问题并不复杂,只需要一个技巧性的工作就能解决。第二天,博士很快在预定方案下解决了问题,唐玉华很开心。她开心的时候用手扶扶眼镜腿儿,眼睛笑得弯弯的。

1999年,还上大学四年级的易晓东初识唐玉华,毕业后进入她的团队。“核心路由器的硬件工作非常难,唐老师就把难中之难的部分拿来自己做。”报文转发引擎是核心路由器的心脏,完全由唐玉华设计。研发系统时,调试的难度往往比开发难度还大。易晓东在团队中和另外几位本科生一起做系统模拟验证工作,“唐老师把整个系统装在心里了,哪里出问题,能判断的总是她。”

其实,跟随唐玉华做核心路由器的团队并不都是科班出身,一些人是边学边做设计。“硬件团队一共有7个老师、2个博士生和2个硕士生,老师中只有一位是学网络出身的。”最疯狂的时候,唐玉华一个月熬夜看了7本专业书,“苦是真苦,但咬着牙也要搞出来,不能丢‘银河人’的脸。”

2001年,“银河玉衡”核心路由器通过专家鉴定,成为国内第一台拥有自主知识产权的高端核心路由器。在很多关键技术都有突破的这台核心路由器已陆续应用到北京中国高速信息示范网。它可以与现行网络设备互连、互通、互操作,能满足国家、省级宽带骨干网和局域网建设要求,可广泛应用于通信、电视、电力、国防、金融等领域。

课堂全景式还原科研场景

坐在书籍环绕的办公桌前,唐玉华打开课件,准备第二天上课内容,一如她第一次走上讲台之前。

她会把手机号写在课件上,展示给学生,无论学习上有问题还是生活上有困难,她都欢迎他们来找她。唐玉华的手机24小时开机,从没换过号。有毕业多年的学生出差路过长沙,还会想着来看看她。“我很高兴,他们记住这个老师了。”

研发“银河玉衡”核心路由器之后,唐玉华逐渐把工作重心放在教学上,培养出数十位计算机领域硕士生和博士生。

博士毕业后,陈微成了唐玉华的助教,两人每天相伴去学校,“路上唐老师提前给我上课,问我这节课要点是什么?应该如何上?”一学期64个课时,陈微坐在班级最后排跟听了一个学期。

如何备课,如何出卷子,如何做幻灯片,唐玉华手把手教,“一节课上下来你就知道,唐老师在台下是下了功夫的。她的课被评上国家精品课程,是挑不出毛病的。”虽然课程相同,但唐玉华的教案和课件每年都在变化,就是为了与时俱进。

在这里,唐玉华既是计算机领域专家,又是讲课的高手,她能把深奥的计算机原理深入浅出地讲出来。“上她的课是一种享受。她能全景式地还原当年搞科研的场景,让大家有认同感。”

“她很牛,但又很低调,”陈微庆幸身边有这样一位长者。一次,课题组要把一份教案扩写,64学时的教案要写几百页。“其实那事儿应该我做的,唐老师主动来问。”后来,唐玉华用一周时间写了100多页教案。

唐玉华注重因材施教,希望学生能各施所长。学生唐嘉刚毕业时,为自己没考上研究生很沮丧,但唐玉华告诉她,计算机系培养出的学生,不一定要在计算机领域就业,在其他领域一样可以有成就。

唐嘉回忆,学生们常常在课后围着她提问,哪怕错过午饭时间,她也耐心解答。计算机原理课程是一门很难的课,可唐嘉那届班上的平均分都有八九十分。

学生杜静记得,一次在和唐玉华出差途中,她讲了多位学生的特点,并一一分析,“是适合搞科研,还是适合做管理,唐老师心里很清楚。”

如今,唐玉华培养和辅导过的学生有多人成为科研骨干,有好几位成了计算机教学领域的英才。陈微就是其中之一,如今,在唐玉华的指导下,陈微也获得了多个国家级教学竞赛奖项。对于学生取得的成绩,唐玉华比自己获奖还开心。

“灯塔”下的“银河宝宝”

“科学是第一生产力”的著名论断提出时,杨文婧刚刚出生,16年后,她追随母亲唐玉华的脚步,走进计算机科学领域。

当年,杨文婧这些研制“银河”巨型计算机科研人员的孩子有个昵称——“银河宝宝”。关于自己的3岁,杨文婧印象最深的是,每天自己第一个来到幼儿园,放学时,老师都要陪她到很晚。经常是唐玉华急匆匆背着大书包赶来,边和老师点头,边不好意思地道歉:“老师对不起,今天又来晚了。”

接着,杨文婧被母亲接到机房更衣室,几张废草稿纸就摆在她的面前,那是让她用来写写画画的。到了晚上,唐玉华抱着已经熟睡在椅子上的女儿回家。这样的生活一直持续到孩子上小学。

“在家里,他们讨论问题很激烈,大多是科研上没能解决的问题,有时候听听觉得很有意思。”上初中后,杨文婧的数学成绩开始下滑,唐玉华买来一块白板,让她把难解的题写下来,听她讲思路。每晚七点开讲,结束后唐玉华再去机房加班。难题在手上慢慢抽丝剥茧,思路愈发清晰。

毕业后,杨文婧教了几年本科生课。“第一年我备课,很多内容不确定,我就先给我妈试讲,她点头了,我第二天才能讲给学生。”对杨文婧来说,现在她越来越喜欢和母亲聊聊天,“她就像灯塔一样,让我心无旁骛地一心投入科研。”小时候读书,杨文婧更喜欢事事拔尖,但唐玉华却告诉她,吃亏是福,并不是坏事,没有达到自己真正想要的目标时,要学会等待。“她告诉我,同龄人之间竞争中,你的水平如何,大家心中自会有杆秤。不要怕吃亏,也许在另外的地方就补回来了。”

“吃亏是福”是唐玉华父亲在结婚时送给她的四个字。父亲曾在江苏信访局工作,一次,他到盐城了解老红军反映的问题,临走时把路费留下,剩下的钱都留给了上访群众,“那时我妈妈一个月工资45元,我爸爸工资35元,家里两个孩子,钱也是很紧的。”唐玉华的母亲是中学老师,从小母亲跟她讲得最多的就是认真二字。

那个夏天,唐玉华刚刚参加过南京市的长跑比赛,她得了优胜奖,奖品是一个老式糖果罐子,外面是金褐色,上面是玻璃盖子,罐子正面贴着比赛名称和时间。弟弟唐绍强愿意和姐姐在一起,那时候物资匮乏,里面根本没什么糖,“偶尔有,那肯定是姐姐放的几块水果糖。”

对唐绍强而言,唐玉华有精神领袖一般的作用。小时候父母忙,姐姐是唯一的玩伴,照顾他的生活,和其他小伙伴有摩擦时,也是唐玉华第一个出面解决,甚至半夜肚子饿了,一碗热气腾腾的阳春面不一会儿就可以端上桌。

结婚前,唐玉华在父亲的指导下学了3天做饭,接着她自学成了厨艺高手。粽子、熏鱼、馄饨、南京盐水鸭在她的手下翻做出来,又加以创新。毕业的学生们时常闲聊时会听唐玉华讲菜谱:“炒青菜,先放油,再放盐,放青菜进去,盖锅盖焖一分钟,就出锅。”

唐玉华从来没有停止学习。十几年前,学界兴起量子研究,唐玉华认为交叉学科很重要,就买来300多页的专业书籍学习,同学看到都会惊讶地问:“唐老师,你还用读书吗?”

从“超人”“唐妈妈”,再到“唐奶奶”,唐玉华被这些爱称包围着。一件让杜静特别为之动容的事是,今年春节,学校顺应防疫形势,就地过年的学员们大年初十就开学了,那时唐玉华还在北京过年。“每年她和家人团聚的时间屈指可数。换做别人,可能就找其他老师代课了。”唐玉华却安顿好家人,悄悄买了回程票,第二天就出现在课堂上。

(作者:李琭璐)