攻尖端科技 创世界一流
---清华大学计算机科学与技术系科研历程回顾
清华大学计算机科学与技术系教授 吴文虎
在喜迎清华大学九十周年校庆之际，回顾我系从五十年代中期于国家急需之时受命建系，为中华民族之崛起强攻尖端科技，奋进拼搏的历史，展望新世纪，争创世界一流，迎接更为严峻的挑战，深感“自强不息，厚德载物”精神之可贵。光荣与自豪之情油然而生，倍感任重道远。
一．建系创业，实现党中央发展我国尖端技术的战略部署（1958?D1965）
50年代中叶，朝鲜半岛的热战刚刚停下来，冷战的乌云又滚滚袭来，世界霸权主义的核垄断与核讹诈，严重地威胁着我国的独立、安全与世界和平。培养尖端科技人才，掌握尖端技术，是遏制帝国主义对社会主义中国的敌视与封锁，建设强大祖国的迫切需要。1954年党中央决定独立发展我国的核技术与核力量。从1955年起清华大学受命创建为核工业服务的专业及其配套专业，1956年国务院把建立与发展我国的计算机技术当做一项“紧急措施”纳入12年科学远景规划，促使学校加快了计算机专业的建设步伐，1958年6月，成立自动控制系包括计算机专业和自动控制专业，定向为我国的核工业与航天工业培养人才。
从1958年到1966年，在建系创业为国家培养合格人才的同时，我系独立完成了国家委托的一系列重要科研项目，成为国家在发展尖端科研的一块重要阵地。
下面仅列举5项有代表性的研究成果：
1．1959年开始研制，1964年正式投入运行的电子管计算机911机，该机是我国高校自行研制成功的第一台通用电子数字计算机，参加研制者的平均年龄只有25岁。911机研制成功，标志着清华大学计算机专业在全国处于领先地位。
2．1965?D1966年研制成功晶体管小型通用数字计算机112机，后由北京计算机三厂投产，当年的产品即到日本展出，是我国第一台在国外展出的第二代数字计算机。
3．1961年我校自动控制系与机械系合作研制出我国第一台三自由度飞行模拟实验台，曾在我国新型歼击机驾驶仪的研制中起到重要作用。
4．1960年研制出我国第一台六阶非线性小型模拟计算机，该机曾在波兰国际博览会上展出。
5．1964年研制成功核反应堆的控制系统。
上述这些永驻史册的成就，是师生们夜以继日的忘我工作，用心血和汗水铸就的，反映着我系师生创业初期的革命情怀与拼搏奋进、力争上游的风采。这是一笔非常可贵的精神财富，建设世界一流社会主义大学，需要继承和发扬这种精神。
二．史无前例，于艰难曲折中求发展（1966?D1978）
1966年文化大革命开始，正常的教学、科研与生产受到严重冲击，学术研究处于停滞状态，大字报大批判成为主课，整个学校经历了史无前例的磨难。尽管困难重重，广大教职工还是以高度的革命责任感，从国家的全局利益和实际情况出发，积极开展了当时能够进行的科研任务，取得了一定的成果，有代表性的5项如下：
1．1968年研制成功劈锥测量计算机，使劈锥的成品率由20%?D30%提高到98%，工时缩短了10倍以上，从而成功地保证了我国先进常规武器的供应。
2．1972?D1974年完成了724机的研制任务。724机是一台中型实时计算机，用于监控弹道导弹和卫星的发射，曾出色完成多项任务，多次受到国防科工委的嘉奖。
3．1973?D1974年由我系负责，联合其它兄弟单位完成DJS?D130机的研制，并转产十几家工厂。这是我国自行研制并定型批量生产的第一种集成电路小型计算机，获全国科学大会科技成果优秀奖。
4．1974年开始，由我系与其它兄弟单位联合设计了DJS?D140机，采用中规模集成电路，内存容量大，硬软件系统齐全，运行稳定可靠，获国防科工委和七机部科技成果一等奖。
5．1974年，以我系为主的联合设计组开始研制我国微机系列DJS?D050，包括微机所需的一套中小规模集成电路，1976年研制成功。这是我国自制的第一台微机，获全国科学大会优秀成果奖。
文革期间的历史环境使清华人的潜能远没有发挥出来。打倒“四人帮”，拨乱反正，经过实事求是的调研与比较之后，我们感到教学与科研工作已经落后于国际先进水平，必须奋起直追。这就是十年动乱之后计算机系所面临的严峻形势。
三、全面调整，改革开放带来大发展（1977-1987）
改革开放以前，我们处在一种无耐的封闭状态，完全要靠自己摸索着前进，科研工作不得不承接产品开发的课题。然而，这并非是学校之所长。改革开放之后，面临着市场经济的新形势，学校可以发挥具有创新意义的学术研究的优势，产品化的工作可以采取产、学、研结合的思路，尽可能地发挥产业界的积极性。
为了适应国内外计算机科学与技术发展的形势，尽快扭转落后于国际先进水平的局面，从80年代起，我系着力在学科方向上进行调整，改变以机器系列和型号为主的工程研究做法，转而把重点放在基础研究与应用基础研究方向上来。力图拓宽研究领域，提高水平，与国际接轨。这样做，产生了许多新的学科生长点，比如并行处理、图形学与CAD、多媒体技术与网络技术等。
在1977到1987这十年里，我系正式通过成果鉴定的项目为108项，其中在国际、国内获奖的有65项，占60%。这些项目大部分具有开拓性，对国民经济的发展有重大意义，还有一小部分接近或达到国际先进水平。下面列举一些有开拓性的研究成果：
1．1980-1983年，我系与协作单位一起先后完成 Rep-1软磁盘驱动器和Zpc-3型双面倍密度软盘驱动器，为我国计算机外部设备领域填补了一项空白，两项成果获国家科技进步二等奖。
2． 1986年，我系研制出大规模集成电路的计算机辅助设计软件系统和大规模集成电路的辅助制版系统，分别获国家教委科技进步奖和国家科技进步三等奖。
3. 1988年，我系作为总体设计单位完成集成电路CAD二级系统的研制。国家级鉴定意见认为：“是我国集成电路开发技术的一个重大突破”，获国家科技进步二等奖。
4．1984-1985年，我系承担了微型机局部网络研制的国家重点科技攻关任务，实现了国内第一个可工业化批量生产的微机局部网络，获国家科技进步三等奖，电子部科技进步一等奖。
5．1985-1986年，我系在语音识别与合成领域的三项属于国内首创、接近国际先进水平的项目获国家教委科技进步二等奖。这三项是：8000台电话声控查号系统，自动发送电报报文与话文的微机系统和1000字词的计算机汉字语音输入系统。
6．由我系张钹教授和安庆师范学院张铃教授撰写的“逐次SA*搜索及其计算的复杂性”论文，于1984年第六届欧洲人工智能会议上被评为最佳论文，获该年“欧洲人工智能奖”，1986年又获教委科技进步一等奖。
7．1987年，研究成功THUDS分布计算机系统，获国家教委科技进步二等奖。
8. 从1981-1987年，我系成功地为日本富士通公司完成支撑软件和系统软件的开发任务。这是我国第一次向海外出口大型计算机软件。日方新闻称赞说中国开发的软件“水平是很高的。”
上述这些辉煌成果，反映出改革开放所召唤出的巨大创造欲望和工作热情。广大教师和研究生争先恐后地争取承担国家的重点攻关任务和高科技顶天立地的项目。正是在这一时期国家开始实施“八六三”高技术规划，加上国防预研任务、自然科学基金项目，再有和企业直接挂钩的横向开发任务等，给清华人施展才能搭起了宽大的舞台，使清华大学计算机系有了大发展的契机和良好的外部环境。
四、把握时代脉搏，迎接新的挑战（1988-2000）
进入九十年代，计算机学科发展速度加快，新的研究方向不断涌现，按照国家发展新技术的战略目标，我国进入了“八六三”计划实施高潮；企业加大了改革力度，使学校的科研面临新的局面：学校要与工业界紧密结合，研究要与开发并重，要注重实用价值；科研攻关任务的争取，与攻关的组织形式等也都有了新的变化。怎样做才能加速我系前进的步伐，是这一阶段全系同志需认真思考的一个重要问题。经过慎密研究与酝酿，我们提出了学科发展的指导思想是：一是突出三个重点研究方向，即计算机组织与系统结构、计算机软件和计算机应用技术；二是抓住前沿与关键技术，实现大跨度进步。
遵循这一指导思想，在科研方面提出要充分发挥本学科已有优势，围绕可扩展并行超级计算系统及其应用、开放式分布多媒体网络系统及其应用、开放式分布人工智能系统及其应用、计算机网络及其应用等重点项目开展研究工作，并抓紧建设相关的高水平的实验基地。
十二年奋斗已初见成效。1996年国务院学位委员会学科评审组对“计算机科学与技术”一级学科评估，清华大学排名第一，成为国内具有一级学科博士学位授予权的三所高校之一。在这十二年中，我系共完成各类科研项目459项，其中“八六三”任务109项，国家重点攻关102项，国家基金58项，其它基金47项，国际合作12项，其它131项。总的科研经费为1亿6千2百多万元；获省部委级奖83项；获国家级奖17项。下面我们列举4项既是国际前沿又是国家急需的研究成果。
1．计算机体系结构与高性能计算机研究
90年代初我系率先研制成功我国第一台自行设计的RISC计算机，获机电部突出贡献奖。相关的“RISC单发射与多发射体系结构的指令执行并行性”研究，获国家教委科技进步二等奖。李三立院士的专著“RISC单发射与多发射体系结构”获国家教季1994年优秀学术著作特等奖。
从1995年开始我系又及时地开展了并行机群系统的研究。能够承载高性能计算（High performance computing）的并行机群系统，不仅与国家的科技和经济发展密切相关，而且直接影响到国防能力与国家安全，有还是没有这种系统，是衡量一个国家实力的重要标志。1998年７月由教育部主持，对863课题成果《可扩展并行机群及应用系统》进行了技术鉴定，认为“该系统在技术上达到国际先进水平”，并认定“在消息传递软件、回卷恢复功能上已进入国际领先行列”。
1999年5月，我系与清华同方公司合作实现了基于微机的并行机群系统的产品化，定名为清华同方“探索108”集群计算机。该机的峰值浮点计算速度高达每秒320亿次。该系统已成功地用于核爆炸模拟计算，在北京气象局日常天气预报业务中，为国庆50周年庆典提供了准确的气象服务，受到中央领导的通令嘉奖。
2．智能技术与系统研究
改革开放以来，为了跟踪国际学科发展的前沿，我系将计算机应用技术的主要研究方向确定为人工智能、智能控制和人机交互理论及应用，比较早地开展了汉字、语音、图象与视频等多媒体技术、模式识别及自然语言处理等研究工作。1987年７月筹建“智能技术与系统”国家重点实验室，这是我国最早建立的国家重点实验室之一，学术带头人是张钹院士。实验室自1990年正式开放运行以来取得多项重大成果，发表了一批在国内外有影响的高质量的论文和中英文专著。在两次国家评估中均被评为优等，被公认为国内一流，在国际上亦有一定影响的实验室。
该研究方向的理论成果有支持智能信息处理的形式化方法；基于量子逻辑的自动机理论，为量子计算机理论模型的研究提供了一条新思路；人工智能问题求解理论；结构性机器学习理论；模糊控制理论等。
该研究方向十分注重阶段成果付之实用，力图为国家经济和国防建设做出重要贡献。比如提供关键技术给即将形成的我国医疗机器人产业；由我系独立开发的小型无人驾驶飞机已于2000年1月完成首飞。可用于空中摄影、航空遥感、灾情观察、大气探测和缉私巡逻等目的。
3．CAD支撑软件研究
90年代初，我国的制造企业的设计和工艺水平相当落后，工程设计人员处于效率低的手工设计繁重劳动中，当时我国没有自己的CAD软件产品，国外公司的高昂的产品价格和一些手段企图垄断国内市场。现实激发了我系CAD中心创业者的责任与使命感，在孙家广院士的带领下经奋力拼搏，研制成高华CAD二维绘图系统，达到了90年代国际先进水平。仅1996年一年就在246个企业和102所高校推广应用，销量为2800套，1996年被评为中国电子十大科技成果，1997年获国家教委科技进步二等奖。目前已有500余家企业使用该软件，软件装机量高达2万余套，已连续3年被评为“中国优秀软件产品“，并获国家科技进步二等奖。
4． 计算机网络研究
以我系作为主要承担单位的“中国教育科研网CERNET”在1995年建成，连接全国300余所高校和科研单位，获1997年国家科技进步二等奖。
863重点攻关项目高性能安全路由器的研究也取得了突出成果．
现代远程教育项目“全国普通高校招生网上录取系统”，这是运行在CERNET上的一个大型信息应用系统。该系统可把全国31个省级招生办公室和千余所高校通过CERNET网连接起来，对每400多万考生，实现生源计划管理，考生信息采集、电子化档案制作，招生现场信息管理、招生网上录取、实时查询监控，以及统计分析等到功能。该系统有着十分巨大的社会效益与经济效益。
在这十二年中，我系在向高新科技的世界水平奋力攀登的同时，还在产学研结合和国际合作等方面取得了比较大的成果．
在产学研结合方面比较突出的有：
●“图纸自动输入与管理系统TH?DDAIMS”被国家科委评为“国家级新产品”，定为重点推广项目，已赢得同类产品全国1/3的市场占有量。
●“SED?D08路由器”被国家科委列为“九七年国家级新产品”，被国家经贸委认定为“全国重中之重的技改项目”，已投入批量生产。
●“傻瓜式声控电话机”被国家科委认定为‘九五’第一批重大科技成果的产业化项目，并授予国家级新产品证书，由中国科技开发院江门分院投产。
经国家科季和教委批准的设在我系的全国CAD应用培训网络北京中心，于1995年通过验收，累计举办各类培训班360多期，培训学员近万人。
1997年国内CAD领域唯一一家工程中心在我系成立，名为“国家CAD支撑软件工程技术研究中心”。
在国际合作方面，在这十二年中，我们加强了国际联系，扩大了国际影响，吸引了国际组织和著名公司与我们进行合作研究或共建实验室和研究中心。比如，联合国国际原子能机构（IAEA）委托我系与我校的核研院承担IAEA技术合作局的信息管理与办公自动化等多项任务，项目历时三年，资金达60余万美元；COMPAQ公司与我系组建“清华?D?DCOMPAQ培训与开发中心”；天腾公司与我系组建“清华?D?D天腾培训中心”；此外，IBM、INTEL、A等公司都在我系建有实验基地或设立研究开发项目。近10年，我系获国外援助设备总金额为2千8百余万元，合办了8个联合实验室或培训中心，合作开发项目共13项，获1千6百余万元的经费。
建设一流的学科，开展高水平的科学研究，人的因素第一。在这十二年里我系加强了教师队伍的建设。在组织上充分发挥学术带头人的作用，以老带新，创造条件把青年学术骨干推上第一线，让他们独立承担国家重点攻关任务，在实际工作中经受锻炼，提高能力。此外，通过多种途径吸收国内外的博士毕业生来系工作，为我系的教师队伍补充新生力量。现在全系有教师126名，其中45岁以下的68名教师中，有博士学位的26人，占到40%。目前，我系教师中有教授45人，副教授47人，中国科学院院士1人，中国工程院院士2人。
中国工程院院士李三立教授在RISC技术和并行处理领域的研究取得突出的学术成果，为我国计算机体系结构的发展作出了突出贡献，他是国务院学位委员会计算机学科评审组召集人，国家攀登计划项目的首席科学家，担任美国IEEE中国分部主席、亚太地区执行委员，欧洲计算机学会执行理事。
中国科学院院士张钹教授在人工智能和智能机器人领域作出了具有重要价值的研究成果，是国家“八六三”计划、国家攀登计划和国家自然科学基金学科专家组的成员，对推动我国人工智能领域的研究发挥了重要作用，他还被俄罗斯自然科学院聘任为外籍院士。
中国工程院院士孙家广教授在CAD支撑软件工程技术研究方面取得突出的成果，对我国CAD/CAM集成软件系统的研究与发展作出了巨大的贡献。
我系教师在国家高科技及其它攻关计划的实施组织中发挥了积极的作用，比如有五位教授是“八六三”主题专家组成员，其中的两位任组长，一位任副组长。
此外，我系还有十多位教授分别在中国计算机学会、中国自动化学会、中国电子学会、中国图形、图象学会等学术组织中担任重要职务。在中国科协和中国计算机学会委托下，我系设立了国际信息学奥林匹克中国队培训基地，从1989年到2000年，由基地培养的我国中学生信息学代表队连续十二届参加国际大赛，年年名列前茅，被誉为总体实力最强的一个队。夺得金牌25块、银牌13块、铜牌11块。
良好的科研环境也为学生创新能力的培养提供了机会和实践条件。许多同学被吸引到SRT（大学生研究训练）计划项目中，在教师的科研课题中参与力所能及的工作。这种课外教学环节产生了很好的效果，在每年一届的学校科技活动评比中，我系多次荣获“挑战杯”一等奖。在历届全国挑战杯竞赛中，我系也有多名同学代表学校荣获一等奖。在1997年由电子部、国家教委和团中央举办的全国大学生程序设计竞赛中，我系三名同学囊括了前三名。在2000年由ACM（美国计算机学会）组织的有1968个队参加的世界大学生程序设计大赛中，由我系学生组成的清华大学代表队夺得了亚洲第一，世界第四的好成绩，为我们国家争了光。
在世纪之交，我们从不同层面发动全系讨论21世纪计算机学科发展的趋势与前沿，在学科和体系改革上作了进一步的调整，全系成立了6个研究所（高性能计算研究所；计算机网络技术研究所；计算机软件研究所；人机交互与媒体集成研究所；国家CAD支撑软件工程技术研究中心；智能技术与系统国家重点实验室。）和一个教学实验室与培训中心，目的是引进新的机制，加大力度，提高科学研究与教学水平。1999年经调整之后的当年，科研经费达到2528万元，发表各类论文458篇，有8项达到国际先进水平的科研成果通过鉴定。
2001年这是一个不平凡的年份，遍及全球气势恢弘的信息化浪潮滚滚而来，数字革命将以巨大的力量将人类带进辉煌的新世纪。面对这场新的技术革命，中华民族能否挺起胸，赶上去，重新走在世界的前列，这是一次伟大的机遇，同时也是一个严峻的挑战。以振兴中华为己任的清华人，我们时刻牢记四十多年前党和人民的重托，义无返顾的要站出来迎接今日之挑战。
在欢度90周年校庆的时候，我们心中充满了自信与自豪，我们坚信，十年之后，当我们庆祝建校100周年的时候，拼搏奋进之花，一定会结出丰硕之果：世界第一流的大学茁壮地成长在社会主义中国这片沃土上。
