闵乃大点点头:“应该是吧,爆管应该也不会太频繁。”
李强:“爆管?”
……
在操纵台,聂荣臻看着夏培肃和安东诺夫在把控输入和输出操作。两人先把一个解微分方程的程序导入到计算机中,然后用打孔纸带开始了数据输入。
第一组输入的数据进去,运行,20秒后得出结果。
第二组输入数据。这数据精度要求更高,可能要5~6分钟才能得出结果。
聂荣臻:“哎,怎么有特别尖的哨子声。”
李强也听到了。
夏培肃、安东诺夫却对此很不在乎:“这个,小意思,这是一个真空电子管内部出现裂纹了,所以发出了很高的高频呼啸。”
李强:“看来零件有问题,得停机更换了。”
安东诺夫摇摇头:“我们只需等待。”
过了一会儿,尖啸声音越来越大,越来越大。“砰!”
“快快,快,上!”
苏联的修理员伊留申、中国的助理修理员小罗,伊留申手里拿着替换的真空管,小罗手里是扫把,两人用训练有素的娴熟步伐,一前一后冲向3号机柜的背面。
李强:“……”
第十四章,穿细丝体
中国第一台及亚洲第一台数字式电子计算机的首次运行,让李强和聂荣臻大受震撼。
是因为电子计算机算得很快吗?……不全是,快速的运算确实让二人大开眼界,但受到未来文件的启发,他们都明白这种“始祖”级计算机的性能今后应该是不值一提的。李强是震撼于它的巨大、昂贵以及不可靠。
演示运行历时1小时,MESM-K的演示项目是解了两个方程,数值精确到小数点后6位。
不是每个方程只要5~6分钟就能解出来吗,为什么花了1个小时?——因为老是爆真空管。
因为爆管,1小时的时间内MESM-K中断了7次。好在这台计算机有断点保存功能,爆管之后计算机可以“暂停”,抢修人员进入机房换个新管、扫干净玻璃渣子,检查检查,计算机重新运行之后,可以接着算。
其中第五次爆管时,苏联同志一听爆炸的声音就立即让两位领导同志离开计算机房,其余工作人员除了抢修员之外也全部离开。
——这次爆的不是真空电子管,是水银延迟线存储器!
这货其实是一个充满水银的柱形小管,电脉冲(代表0或1)传到这里被替代为机械波,把水银挤压到小管里的间隙层,然后就能保存起来。当从这里读取数据的时候,机械能激励还原成电流,整流放大之后机械波又被重新转换到电脉冲。可能是某次存储操作的时候电流不正常,机械波的振幅过大或者卡在了水银管的共振频率,然后水银存储器就爆了……
MESM-K的每一项运算工作都要计算两次,第一次用20~30秒时间运算一个低精度的数值,第二次用长时间运算出所要的高精度数值。这不是首日演示运算才这么做的,以后计算机正常提供计算服务的时候也得这么干。
因为做长时高精度数值运算的时候,电子管计算机可能算错……
拿到高精度运算结果之后,先和低精度数值对比一下,可以排除错得很离谱的情况,然后由计算机操作员凭经验目测,确认没出故障之后再把结果交给申请使用计算机的人。
但是,尽管这台计算机很原始,李强和聂荣臻还是感到很高兴。
中国终于有了第一台计算机,虽然不好界定这台计算机是进口的还是由进口零件自行组装的,反正现在“有无”的问题算是解决了。
“有一句古话,万事开头难。我们的第一台计算机尽管有这样那样的缺陷,但它已经开了一个头,依我看还是很好的头。新生事物总是如此,很稚嫩,但它会成长,一棵小树苗会成长为参天大树,一个牙牙学语的小孩,二十年后也是顶天立地的汉子。”
聂荣臻走进机房巨大的机柜之间,摸摸金属的机柜,看着上面“МЭСМ-К”(MESM-K)的字样。
“这台计算机的型号是MESM-K,不过这只是一个代号,”聂荣臻说,“它应该有一个正式的名字或者外号。我看,就给它起名叫‘璞玉’吧,还需雕琢,但它的确是块美玉。”
……
“璞玉”落户北京,中国有了自己的计算机。李强开始规划计算机这个东西在中国如何生产的问题。
安东诺夫提出了中国“计算机体系”的构想,在第一台计算机引进并运行成熟后,中国应扩大计算机的人员团队,并努力生产其中的一部分计算机零件,全部最好。当团队人员扩大后,就可以开“分舵”了,在其他城市也设立计算中心,安装计算机设备。
第二个计算中心应该在上海,为华东地区的大学、工厂、科研机构提供计算服务。第三个计算中心大概会在沈阳,服务区域是东北地区。今后还可以继续设置,但安东诺夫认为中国有5台计算机应该差不多够了:北京(华北区)、上海(华东区)、沈阳(东北区),然后再在西北和华南各定一座城市设立区域的计算中心。
安东诺夫和列别杰夫也是这样规划苏联的“计算机体系”的。可让列别杰夫郁闷的是,苏联各个区域的大学和研究所不买他的账,去年MESM进入正式运行后,各地的人来参观,看了计算机一眼然后就回去自己仿——这就没基辅什么事了。
现在列宁格勒的山寨版计算机据说完成了一半了,就算运算能力比MESM差也没关系,MESM的运算速度好像已经快得有点……过剩了。
说回中国。李强听了安东诺夫的建议,先含糊地答应下来,可脑子里还是在想未来计算机的概貌。安东诺夫的构想肯定是跑偏了的,可现在计算机都是天价,体积巨大,倒也符合“一个城市一台就够”的逻辑。
至于计算机所需零件的生产,其实电子管计算机本质上是一个复杂机电产品,它的所有零件,包括真空电子管在内,都在现有的机电工业的产品名单内。唯一的不同就是人,知道计算机是怎么回事的人,能把这些本来是用于制造电机、雷达、无线电台的零件攒成一台计算机。
另外,苏联计算机的研发团队就是制造团队,制造团队也是操作运行团队。李强觉得这应该也是不符合未来发展潮流的,但是——或许可以用这样的方法,在几个城市组建几个计算机研发团队,巨大的电子管计算机就是他们的练手之作。
“李局长。”
李强在北京计算中心二楼自己的办公室冥思苦想,组长闵乃大敲门进来。
“我拿到了苏联帮助咱们建立的真空管厂的资料,”闵乃大说,“包括他们所生产的产品的资料,但是……他们预定生产的真空管并不是苏联的最新管。苏联最新设计的真空管……非常厉害。”
李强:“哦?可咱们这台‘璞玉’用的就和苏联援建厂的产品差不多啊。”
闵乃大:“今年2月份,莫斯科造出了新一代的真空管,只是我们的这台计算机没有用上。”
李强:“居然还有这事,这种新一代真空管有多厉害?”
“综合性能碾压现在咱们使用的真空管,而且可能也碾压了美国的最新型号真空管,这是实事求是,没有吹牛,因为我们也拿到了美管的样品。”
李强点点头:“知道了。咱们先把厂建起来,然后再想办法做技术升级。”
……
李强现在在钻研的其实是另一个东西。他手头在阅读的资料是一份美国专利文档,US2502488,宣称完成了一个‘穿丝细体’的设计,专利申请人和持有人是威廉·肖克利,时间1950年4月。在1951年的另一份专利US2569347当中又更详细地描述了半导体放大器,专利持有人仍然是威廉·肖克利。
威廉·肖克利这个人……李强也了解到了。
这两项专利都源自他1949年发表的论文:《半导体和PN结晶体管的量子理论》。
这篇论文是李强翻译的,晶体管——就是穿丝细体,后者是“Transistor(晶体管)”的音译。这民国风格的音译实在是过于辣眼睛,李强顺手就给了个意译的译名“晶体管”。
1949年威廉·肖克利能发表这篇论文,是因为他1947年在实验室里发现了PN结的独特现象,并制造了一个粗糙的锗二极管装置。
他是在贝尔实验室工作的时候制造发现晶体管效应的,不过也有说法他是和约翰·巴丁一起发现的。
在仔细读完US2569347号专利的描述之后,李强上到三楼,把闵乃大和夏培肃一起找了下来开会。
“闵组长,晶体管,也就是transistor这个东西,以前你们有没有接触过相关的文献?”
李强问闵乃大。
闵乃大:“我看过一些文章,但一直没拿到实物。晶体管,诶,这个叫法不错,和真空管相对应。”
李强:“这么说,你也认为晶体管和真空管是前后代的关系或者相互替代的关系?”
夏培肃:“我们几个组长都依稀觉得应嘎是这样,可现在就差一个实物。我们去苏联进修这一年时间,也是很奇怪,苏联翻译引入了晶体管的文献,虽然不太多,可我们一直没拿到晶体管。”
闵乃大:“所以我自己想的,咱们中国计算机的发展路线是这样的:先用一两年时间,自己动手攒两台计算机,积累经验之后,用苏联的新一代真空管再攒两台第二代计算机。等这两台第二代计算机也攒完了,差不多咱们应该能拿到晶体管实物了,就慢慢往晶体管的方向转。”
李强算算时间,现在已经是1952年了,按闵乃大想的中国计算机发展路线图,老管计算机两年,新管计算机估计也得两三年。1957年大概才转到晶体管。
而国外呢?谁知道国外现在在干什么?
李强看过的《雷布斯提案》当中的字句又蹦了出来,在他脑子里晃来晃去。
真空管和晶体管都不是“芯片”。芯片这个东西是啥,李强现在已经放弃了,不去想它到底是啥。可提案中对研发、探索和创新的重视程度,这应该是不分时代的、普适性的。无论在哪个时期、哪个科研方向,要想领先一步或者不落后于人,都应该是只争朝夕。
李强:“二位看来也基本上认可晶体管是更有发展潜力的方向?”
夏培肃:“晶体管这个东西,我觉得可以叫‘固态半导体器件’。真空管里面的结构太复杂了,尤其是金属丝状结构非常脆弱,我感觉它的发展潜力很快就要被挖尽。”
闵乃大:“我的看法和夏培肃差不多。但现在的困难是,我们在苏联没有拿到晶体管的技术资料,无从下手。”
李强拍拍手头的专利文档和论文:“这些就是。虽然只是专利文档,以及原理阐述的论文,但我们依托这些,以及基础的量子力学的计算式,可以尝试着去做做。不过,计算机小组还是应该分出一个组来继续改善真空管以及真空管计算机。”
闵乃大:“分出一个组来?”
李强:“对。其实我抽25个人组成团队去苏联,就已经是超编了。一个研发和探索的小组10个人就够,前提是这10个人都能担当起各自的职责。你们就准备拆分吧。一个真空管及计算机小组,一个新结构计算机小组,研究如果使用晶体管计算机的结构会有什么不同,一个晶体管试制小组。”
“这可就是把25个人拆成了3个小组了。”
李强:“把我也加进去,我填进晶体管试制小组里。哎,这一年当个什么副组长协调这协调那的,表面上是个领导,其实也叫做袖手旁观无所事事,今天也该重操旧业,亲自动手做点儿新东西了。”
……
闵乃大和夏培肃领任务回去重组人员,李强拿起电话听筒。
“陈副总理,真是不好意思,我这边问你要东西了。……帮我搞一吨锗。没有一吨半吨也行。”
“……我说的就是进口,哎,我知道这是闪锌矿的副产物,我知道国内有闪锌矿,可我需要尽快拿到锗,尽快开始实验和试制,要抢时间那。”
第十五章,计算机中心对外服务收费事宜
“北京计算机研究中心”挂牌成立,这件事上了各大报纸。虽然是简短的通讯豆腐块,但都在报纸的第一版。这则新闻通讯主要是提醒北京及周边的工程设计单位、科研单位、大学,如果有计算需求可以来计算机中心租用机时。
计算机研究中心本身还是神神秘秘的,附近就驻着两个排的警卫部队,整个小楼和院子24小时有战士巡逻。
“璞玉”的运行功率高达120千瓦,但是相对于它的计算性能来说,电费投入进去、计算结果坐等一会儿就能拿到手,肯定是比人力计算要划算好几十倍。对了“璞玉”还有另一个消耗,真空电子管。按照每个工作日运行8~10小时算,它每天要爆掉四十多个真空管。
北京计算机中心的同志一开始还觉得自己的计算老爆管,有点不好意思,但是渐渐地就有大学的教授来问如何申请计时、如何做计算了。虽然“璞玉”又大又笨,还是不是爆真空管,但还真别说,用它比手算好多了,尤其是工程设计,一个工程力学问题如果能用计算机求得数值解,那几乎就等于整个设计周期缩短了10天。
不但大学教授,李强之前吓唬闵乃大的“中央领导会来视察哦”,也成了真。
现在已经是北京计算机中心主任的闵乃大以前从没见过中央领导一个个地组团前来视察的场面,而且领导们并不是对计算机一点都不了解。恰恰相反,中央的五位领导全都懂得什么是二进制计算,主席还向闵乃大问起这台计算机的运算能力里面“整点运算”和“浮点运算”各是每秒多少次。
一个月之后,北京计算中心的主任办公室、核心办公区的楼道增添了不少陈设挂设物品。
总理给北京计算中心的题词:“发展计算机技术,实现科学技术现代化”
朱总司令的题词:“勇往直前,创新超越,建设计算机技术强国”
最最重要的是挂在闵乃大办公室里面的主席题词,龙飞凤舞、张扬狂放的草体字如在宣纸上腾跃的游龙:
“二十一世纪是计算机的世纪”
……
一幅又一幅充满鼓励和乐观的题词压在头上,闵乃大坐立不安如坐针毡。不过闵乃大尴尬李强不尴尬,他干脆就在小楼里要了一个小房间做办公室,反正李强已经领下来了研发晶体管的任务,也算是三个方向的带头人之一。
在国内试制晶体管的想法在陈沄那里是通过了,可国家计委那边物资设备的调拨可就比较费劲。正在被一五计划折腾得天天连轴转的国家计委说要凑齐这些试制晶体管的物资设备至少要两个月,李强努力争取了很久也只能缩短到一个半月。
于是李强现在只能在理论上完善晶体管,在脑子里自动补完晶体管的制作工艺。
晶体管的制作工艺……还是有讲究的。
如果估计得没错,国家计委一个月后提供的锗只是工业级的锗锭,生产晶体管还要再提纯。根据威廉·肖克利的理论计算,二极管需要4个9的纯度,而三极管要6个9,这样才能保证良率。工业级纯度的锗……价格大概比白银贵一点吧,如果提纯到6个9,成本至少得涨10倍。
不仅是超高纯度带来的难度增加造价增加问题。这时候各国各研究机构都在看肖克利的论文,都弄明白了原理,可晶体管计算机就是造不出来,原因就是这东西太特么贵了。肖克利他在实验室里就制作过一个晶体管的样本,他是怎么做的?
——肖克利先准备一块三角形金箔,在上面画两道极细的缝隙,金箔接上两根金导线,然后用弹簧将金箔压进超高纯度的锗块表面。
这就是世界上第一只晶体管的结构。肖克利其实是金元战士,或者说当时他所在的贝尔实验室财大气粗。
相比之下比较可行的方法是不无限提纯锗,而是主动往锗里面掺杂质,在将锗的纯度降到原来的一半时,锗晶体管的性能最理想。这不是李强鼓捣出来的,而是看欧洲和美国的涉及半导体的论文时偶然发现的。
李强做出这个设计,把要点先用笔记本记下,但也就只能先记下来而已,得等国家计委调拨的锗锭和电熔炉到货之后再自己测试,测试成功了才算OK。
就在李强确定这个方案的时候,晶体管研究室的黄昆提出了另一个脑洞大开的构想:既然锗这么难搞到,为什么不用其他材料制作晶体管的基底呢,比如……硅?
黄昆列了很多“硅也可以做半导体基质”的理论理由,但是——黄昆说的用做半导体基质的硅,是单晶硅……
这就不仅是又要申请一个大型电炉的问题了,单晶硅制作还有一大堆的特殊设备呢。
“李局,要不,还是把这个构想搁置搁置,咱们先集中到一点,先做出能用的晶体管再从锗转硅。”黄昆说。
李强:“别,别这么轻易就放弃。”
李强现在隐隐觉得可能锗不是未来半导体的发展方向,硅基质的才是。可硅怎么做成半导体、晶体管,暂时他还没时间去过问。如果小组里面有另一个脑洞大开的成员,愿意尝试别的技术方向,那是再好不过的。