????????????????????????????????????????????????從計算機領域重大發明看創新人才成長 ?
——紀念電子計算機誕生六十周年?
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?????????全國政協副主席中國科學院院士、中國工程院院士 王選???????
今年是電子計算機誕生六十周年。1945年秋,ENIAC(第一臺全數字電子計算機)開始運行,試算美國軍方提供的題目取得成功,然后于1946年2月正式向公眾展示。ENIAC的主要構思者是賓夕法尼亞大學的J.W.Mauchly,ENIAC的實現 則是由研究生J.P.Eckert主持的。他們兩人申請并獲得了專利,但1973年美國明尼蘇達州一家地方法院判決“Mauchly和Eckert沒有發明第一臺電子計算機,只是利用衣阿華大學J.V.Atanasoft的構思;Mauchly和Eckert的專利無效”。原因是1941年Atanasoft曾把體現在他主持設計的ABC計算機中的一些構想告訴了Mauchly。后來,英國公開了二戰期間的秘密檔案,英國于1944年6月就研制成專門用于破譯德軍密碼的電子計算機Colossus(巨人)。
??? 但是ABC只是模擬電子計算機到數字電子計算機的過渡品,算不上“全數字”電子計算機,而且性能很差,只用了300個電子管;Colossus則是一臺專用電子計算機,含2500個電子管;ENIAC用了近20000個電子管,通用性和運算速度要高得多,而且實際解決了許多復雜的計算問題,所以ENIAC標志計算機時代的開始,它的歷史地位是不容置疑的。
六十年來計算機領域產生了一系列重大發明,最終把人類帶入了信息社會,這些重大發明起碼有:存儲程序概念計算機和通用電子數字計算機的基本框架(1945年)、晶體管(1947年)、集成電路(1959年)、微處理器(1971年)、第一臺存儲程序概念的計算機EDSACI(1949年)、磁芯存儲器(1950年)、第一臺商用計算機UNIVACI(1951年)、微程序(1953年)、虛擬存儲器(1961年)、系列化架構和相應的系統軟件(1946年IBM360)、磁盤存儲系統IBMRAMAC(1966年)、軟磁盤技術(1967年)、高級編程語言Fortran(1959年)、面向對象語言Simula(1967年)、Pascal語言(1969年)、C語言(1972年)、C++語言(1985年)、Java語言(1995年)、第一個分時系統CTSS(1961年)、U-NIX操作系統(1969年)、數據庫(1969年)、關系數據庫模型(1970年)、精簡指令集計算機RISC(1974年)、Winchester硬盤(1973年)、第一臺個人電腦Alto(1973年)、鼠標(1964年)、圖形用戶界面(1973年)、所見即所得的文字處理(1974年)、頁面描述語言PostScript(1983年)、Internet的前身ARPANET(1969年)、以太網(1973年)、萬維網WWW(1990年)、互聯網通信協議TCP/IP(1975年)、路由器(1986年)、互聯網瀏覽器(1990年)、互聯網搜索引擎(1993年)、開放源代碼的LINUX操作系統(1991年)、電子商務(1995年)等。
上面列出的所有這些重大發明均來源于一個、兩個或三個杰出科學家的奇妙構想,當然這些發明實現過程中需要一個往往規模不大的團隊,但在商品化、尤其是產業化過程中需要大的資金投入和龐大的團隊,大多數情況下是由企業承擔的。這些重大發明的提出者大多為30多歲的年輕人,有的僅20多歲,只有馮·諾依曼年齡最大,他1945年提出存儲程序概念時已經42歲了,但是馮·諾依曼作為數學家,17歲開始發表論文,20多歲時已在多個領域成果顯著,30歲成為普林斯頓高級研究院最年輕的教授。
分析和研究上述重大發明的產生過程對我國科技發展將帶來有益的啟迪。
??? 接觸兩個“最前沿”,創新的機會大大增加
兩個最前沿指的是技術發展的最前沿和需求(包括當前和未來市場的需求)的最前沿。
1941年夏,Mauchly34歲時去賓夕法尼亞大學莫爾電機工程學院任講師,遇到了22歲的研究生Eckert。此前Mauchly已有多年用手搖計算機作天氣預報計算的經驗,深知快速計算的重要性,他數學功底很好,又從Atanasoft那里聽到了電子計算機的初步構思。Eckert才華橫溢,精通電子學,有能力領導實現近20000個電子管組成的龐大系統,這在當時屬電子系統的最前沿。這兩人合起來已站在技術和需求的最前沿,1942年Mauchly提出了ENIAC的構思,并和Eckert逐步完善這一設計,最終取得成功。
馮·諾依曼參加過研制原子彈的曼哈頓工程,介入了計算物理學。第一顆原子彈研制中的大量計算是靠手搖計算機的人海戰術和一臺以繼電器為主要元件的MarkI計算機,苦不堪言。1944年夏的某一天，馮·諾依曼在美國東部一個火車站站臺上遇到了并不認識的H.H.Goldstine上尉,Goldstine向馮·諾依曼談到了他作為軍方代表正在參與研制的ENIAC,馮·諾依曼很快就去了莫爾學院,看到了ENIAC這一龐然大物,他問Eckert的第一個問題就是關于ENIAC的邏輯結構,真是一針見血,令Eckert大為欽佩。很快在莫爾學院組織了電子計算機和存儲程序概念的討論班,探討了超聲延遲線作為內存儲器的可能性。馮·諾依曼早就感到快速計算機的極端重要性,但在看到E-NIAC實體和參加討論班之前,他還不了解當時電子技術的最前沿。馮·諾依曼在數理邏輯方面的巨大成就,加上接觸到了兩個最前沿,使他于1945年6月寫出了長達101頁的《關于離散變量自動電子計算機的草案》,提出了程序和數據一樣存放在計算機內存儲器中,并給出了通用電子計算機的基本架構,后來這些思想被稱為“馮·諾依曼結構”。按照馮·諾依曼的構思,只用ENIAC十分之一的元件就可以得到更高的性能,這是很吸引人的。六十年來計算機經歷了巨大發展,但仍然沒有脫離馮·諾依曼結構。
上述例子給我們的啟發是:中國的年輕優秀人才在打好深厚的基礎后,要努力進入兩個最前沿。
??? 明智和有遠見的管理者(領導)促進重大發明的產生和實現
第一個大量推廣的高級編程語言是Fortran,問世40多年后的今天仍有人在使用。Fortran語言及其編譯系統的發明人是J.W.Backus,曾獲1977年度計算機界最高獎圖靈獎。1953年29歲的Backus已在IBM積累了4年編程經驗,主持過浮點運算解釋程序的研制,深感用機器指令編寫程序效率之低,因而寫了一份設計一種接近自然語言的編程語言的建議,提交給他的上司C.Hurd,這就是后來的Fortran。今天編程語言中的一些要素,例如標識符、數組、表達式、賦值語句、條件語句、循環語句等當時已經提出來了。但是這一建議遭到了時任IBM顧問、50歲的馮·諾依曼的強烈反對,認為沒有必要和不切實際。馮·諾依曼大概太沉迷于存儲程序概念的革命性變革帶來的好處了,因為與ENIAC相比,編程已大大簡化了,ENIAC上的所謂“編程”,需要在40多塊幾英尺長的插接板上,插上幾千個帶導線的插頭,才能解一個小題目。幸運的是開明和有遠見的Hurd并沒有聽從大權威的反對意見,支持Backus。1957年Fortran取得初步成功,1959年最終完成。Fortran對后繼語言產生了重大影響,1958年開始一直沿用至今的嚴格描述編程語言語法的BNF(Backus Normal Form)就是Backus提出,并以他冠名的。
1957年馮·諾依曼英年早逝,他沒有看到Fortran的成功,但他在去世前已承認他反對Backus的建議是錯誤的。很多例子說明大權威也會犯錯誤,馮·諾依曼在編程第一線的實踐顯然不如Backus,而大權威能承認錯誤也是可貴的。其實馮·諾依曼是很謙虛的,他經常說,電子計算機的基本原理是英國數學家圖靈(AlanTuring)奠定的,他不過是繼承和發展了圖靈的思想。
我曾閱讀過Backus寫的敘述Fortran編譯系統的文章,他花費極大精力使編譯系統產生的目標代碼在運行速度上接近手編程序,因為假如使用Fortran后,解題速度明顯降慢,就會使本來就有爭議的項目受到嚴厲批評,可見當時Backus承受了很大的壓力。
Java是當今計算機最流行的語言之一,其發明人是Sun公司的JamesGosling。在他研制最困難的時候,找到了Sun董事長兼CEOScottMcNealy,McNealy是企業家,并非技術專家,當他聽完J.Gosling的詳細敘述后,敏銳地感到這是一個很有價值的方向,于是滿足了Gosling的全部要求。1995年Java問世后受到了狂熱的擁護,Sun公司也因此而再度興旺。
上世紀七十年代Xerox(施樂)公司PARC研究中心產生了一系列重大發明:第一臺個人電腦Alto、第一個商用鼠標、圖形用戶界面、以太網、客戶機/服務器架構、所見即所得的文字處理、頁面描述語言等。PARC為PC革命準備了所有關鍵的技術條件,七十年代是計算機研究者的天堂,這與PARC的領導人鮑勃·泰勒(BobTaylor)有很大關系。泰勒1970年組建PARC的計算機科學實驗室,他在大學時主修心理學,副修數學。泰勒并不是計算機專家,而且也不參加研究工作。他為PARC招聘了大量杰出人才,當時在PARC工作、后來獲2003年度圖靈獎的AlanKay在七十年代初曾說過,“全世界100名頂尖計算機研究人才中有58名在PARC工作”。
泰勒知道自己不能在計算機領域作出大的創造,從而把全部精力放在使手下的杰出人才充分施展才華上面。他提供了寬松、自由、和諧的研究環境,每周由他主持一批科學家進行討論,一旦發現創新的火花,泰勒立即決定總的研究方向,并幫助處理所有的雜事,例如確定預算、申請經費以及協調各方面的配合等。我于1985年和1991年兩次參觀PARC,曾坐在PARC七十年代時就鋪在地上的一個大的很厚的軟墊上,有趣的是一坐下去,軟墊就完全按照人體形狀而變化,陪同者說這象征PARC的自由研究氛圍。
上述事例給我們帶來不少啟迪：
1.要讓優秀人才做自己喜歡的事情,要解脫他們的雜事和各種干擾(例如頻繁的評估),使他們心無旁騖地埋頭創新,只有長期積累和專注才能出大成果。
2.優秀的科研領導人和管理者在創新過程中至關重要。他們應有戰略眼光,并且愛“才”如命,把創造條件、充分發揮手下成員的才華作為自己的重要職責。美國一位名牌大學校長訪問北京大學時曾說過,他手下一位副校長是管理奇才,對創造良好的教學和科研環境以及吸引人才起了很好作用。他說,若干位教授辭職離校他不會著急,但這位副校長絕對要留住。一個人才輩出、成果累累的單位的領導人理應受到社會的高度尊重,其中成績突出者可以當選為工程院管理學部院士。
3.有些科研領導人對項目并無實質性貢獻,既未提出創新思想,也未參加具體研究,只是在申請經費和組織、張羅方面做了工作,但項目報獎時總要排名第一。曾經有一位在讀的博士研究生在畢業前私下對人說,他只把已取得成果的少部分寫成文章發表,因為導師一定要署第一名,盡管并無貢獻;他不敢不從,否則影響取得學位,畢業離開導師后再把其余大部分成果寫成文章,署自己的名發表。這種學術作風不好的領導人或研究生導師當然只是極少數,但影響很壞,在這種領導人手下優秀人才是絕對留不住的。
??? 努力實現創新成果的商品化和產業化
PARC的很多創新在上世紀七十年代就已經商品化了。鼠標是1997年度圖靈獎得主Douglas Engelbart于1964年發明的,1988年圖靈獎得主Ivan E.Sutherland則于六十年代初奠定了圖形用戶界面的理論基礎。PARC在他們兩人思想的基礎上,把鼠標和圖形用戶界面往前推進了一大步,并首創下拉式菜單和多窗口技術以及所見即所得的文字處理,并把這些技術集成在個人電腦上。第一臺個人電腦Alto已經是商品,后來又推出了第二代商品Star,但都因價格昂貴無法大量推廣。
嚴重的問題在于施樂總部對PARC革命性成果漠不關心,加上泰勒的辭職,上世紀八十年代開始PARC急速衰落,發明者感到自己的成果無法實現產業化而十分傷心。以太網的發明人Robert M.Metcalfe 1979年從PARC出來,創建了3COM公司,使以太網成為大量推廣的商品;John Warnock和Charles Geschke 1982年底從PARC出來,組建Adobe公司,把PARC研發的頁面描述語言發展成PostScript,九十年代后成為事實上的國際標準。
1979年12月蘋果電腦的創始人SteveJobs訪問PARC,對視窗系統Smalltalk的視覺效果十分激動,認為PARC的寶藏沒有被充分利用。他回去后立即挖走了為他演示Smalltalk系統的PARC研究人員和其他主力,親自坐陣,讓研發人員開足馬力,于1984年初推出了風靡世界的Macintosh,標價2500美元,從而使圖形用戶界面成為大眾化產品。微軟也聘請了PARC的研究人員,于1985年推出MSWindows1.0,1990年推出MSWindows3.0,1995年推出MSWindows95。微軟又把PARC發明的所見即所得的文字處理技術體現在WORD中,并作了重大發展,從而成為壟斷產品。
1996年我在美國參加一個展覽會,蘋果公司掛出大幅標語“MS Windows95=Macintosh86”,意思是MS Windows95在技術上只相當于Macintosh 1986年的水平,這在當時基本上是符合事實的。但是MS Windows是建立在PC上的,其銷量比Macintosh大得多。在市場對技術的正反饋作用下,MS Windows不斷作出重大改進,今天其功能已遙遙領先。
有報道說,蘋果公司曾想控告微軟對視窗技術的侵權,后來施樂公司出來說話了,你們兩家不必爭,視窗的老祖宗是PARC。本文開始時列出的一系列重大發明中沒有包含Macintosh和家喻戶曉的MS Windows,因為它們不是原創性發明。
美國的權威人士評論說,假如上世紀七十年代,施樂的領導人十分重視PARC成果的商品化和產業化,計算機歷史將改寫:IBM PC模式的個人電腦不會占市場90%以上;蘋果公司和微軟不會存在;施樂在上世紀九十年代會成為計算機界的超級巨頭,其霸主地位不會亞于上世紀六七十年代的“藍色巨人”IBM。
PARC的興衰和微軟的長期繁榮值得我們深思：
1.優秀人才渴望自己創新成果的商品化和產業化,假如不提供優越的條件,這些人才就會離去。
2.一方面要重視原始性創新,因為會帶來一本萬利的效果;另一方面決不能輕視在別人原創成果基礎上不斷作出重大改進,微軟就是靠這一策略取得了市場的壟斷地位,財力雄厚后又大力推動原始性創新。微軟有一句名言“把創新聚焦到客戶最愿意掏腰包的那些功能上”,有時一些表面看來是非根本性的、代價較小的改進,由于很適合用戶的胃口,結果使產品的競爭力和銷量明顯上升。
我國并不缺乏優秀人才,關鍵是要把有限的資源集中投向那些最有創造力和活力、團結拼搏的優秀團隊。制定國家中長期科技規劃,確定主攻方向是絕對必要的,但有些成果是無法事先規劃的,相對論和量子力學都不是規劃出來的。有時選擇人比選擇項目更為重要,因為有了人會創造出事先想不到的重大方向。我國中長期規劃中把人才建設和建立良好的科研環境放在重要位置,這是很正確的。
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