从电子管到晶体管计算机的历史性跨越(1)

(公众号“计算机六十年” 第99篇文章)

一场国际性的技术变革风浪悄悄袭来,中国人刚刚攻克的电子管计算机,刚准备大批生产、发挥作用,又成落后产品,面临淘汰。晶体管将要主宰电子产品,从上到下对此变化都没有思想准备,谁也想不到电子工业刚辛辛苦苦地发展起来,却要升级换代。

电子工业部60年代创造了辉煌的成就。

笔者收藏的电子管和晶体管

1907 年,真空三极管发明,很快在通信和仪表中广泛应用。1936 年5 月,上海交通大学1935年毕业的单宗肃(1910—1990)在南京试制成功我国第一只电子管——30 型直热式放大管,1950 年,他主持研制成功103F 及104F 两种军、民长途电话用电子管。

1947 年12 月23 日,美国科学家威廉·肖克利领导的贝尔实验室固体物理研究小组演示了一周前他们获得的突破性进展,利用锗晶片的简单装置使电信号放大了100 倍。1956 年,美国人利用点接触晶体管组成的通信设备进入了电话系统,贝尔实验室宣布为美国空军研制的第一台晶体管计算机完成,使用了5000 只晶体管。晶体管计算机的体积小、重量轻、耗电少、寿命长、工作稳定,便于生产,更利于军用,这项工作是1954 年开始的。1956 年12 月10 日, 诺贝尔物理学奖授予美国科学家肖克利、巴丁和布拉顿,以表彰他们对半导体的研究和晶体管效应的发现。

美国自1951—1959 年电子管计算机装机3000多台,1958 年11月, 晶体管计算机S2000成批生产。1960 年多种晶体管计算机投入批产,三年安装计算机7500台。1965 年,晶体管大量使用,计算机总数达2.3 万台。苏联专家一开始是否定晶体管的,缘自早期半导体器件噪音大,性能不稳定。过于偏重晶体管的“不足”,这种战略失误使他们迟到一大步,影响整个计算机工业体系的方向。

中国科学家有直接研制晶体管计算机的想法,但是物质条件缺乏,工业基础难于支撑,只能从电子管开始。中国人并没有完全受苏联专家的影响,苏联人还在北京时,二机部已经开始安排晶体管计算机的研制,不过中科院在两年中只做出了“一兆赫”的晶体管。1958 年一季度,中科院半导体所在短期内就掌握了材料提纯技术,生长出第一根硅单晶,试制成中国第一批锗高频大功率晶体管。

1959 年,半导体所取得包括109 丙机所用附件阶段性成果在内的七项成果。是年1 月23 日,十五所成立半导体研究室。11月与哈军工合作研制晶体管引导瞄准拦击机载计算机(123 机)。1961 年6 月试制成功样机。当时用国产晶体管还制造不出稳定的计算机数字电路,对质量认识不同的分歧使得器件厂家和整机企业顶牛,各执一词。1963 年,器件和整机终于都突破了关键技术,中科院计算所、四机部十五所、哈军工分别着手研制晶体管的109 乙机、108 甲机和441-B 机。中国与西方的差距不光表现在产品的“时差”上,也在生产能力和技术细节上,核心差距则是技术规范和设计能力,从产业整体发展对比中才能深刻领会。中国电子工业和国外的差距很大,仅需要各部委协作的电子产品有9400 个品种,2.85 万种规格,尚未解决的有3292 种,从金刚石、水晶、玛瑙、石棉、高级轴承到0.004 毫米的绝缘纸,急迫问题并非只是晶体管这一种。

1965 年,“摩尔定律”被提出,即集成电路可容纳的晶体管数目,约每隔18 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。此时,罗沛霖、郭平欣、吴几康、慈云桂等看到了晶体管的优势和发展前景,所面对的是整个电子领域的发展战略。电子工业内部,对电子装备晶体管化的“换代时限”难于确定。但是在计算机领域,对晶体管计算机的研发却没有延迟,罗沛霖坚决主张计算机晶体管化,不顾自己可能被扣上“美国洋奴”的帽子。

 两院院士罗沛霖

 美国人成批生产集成电路计算机,我们还只能一台一台生产。

中国电子工业主管部门对自己的专家采取了包容的态度,使中国的计算机事业在20 世纪60 年代出现了一个极为辉煌的自主发展时期。

1963 年10 月国家科委召开计算机规划会议,规划大中小三类晶体管计算机的研制与分工,称为甘家口会议,就是前述各地研究所要承担的X 系列机。①五年时间中,738 厂忙着“深化”拳头产品,电子管计算机通过了质量整顿,生产精益求精,市场供不应求。现在,产业方向一调整,最成功的单位变成压力最大的单位,产品安排突然青黄不接,近40 名调机人员无事可做。

北京电子管厂曾经为电子器件和计算机跨越换代尽力

罗沛霖, 中科院院士、工程院院士,1913 年12 月30 日生于天津,1935 年毕业于交通大学电机工程系,1938 年3 月到延安,在王诤和李强领导下参与边区第一个通信器材厂创建。1948 年9 月赴美国加州理工学院攻读博士学位,1952 年获特别荣誉衔哲学博士学位。1950 年6 月回国,1951 年筹备并任华北无线电器材厂总工程师兼第一副厂长,历任二机部十局及国家计算机总局副总工程师,四机部科技局副局长,2011 年4 月17日逝世,享年98 岁。

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