航空观察:西行逐梦,走进一线——兼谈对两个专业发展的认识

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从27日到31日,五天里,我们先后走进 航空工业计算所 (631所)、 中国航发西航公司 (430厂)、 航空工业强度所 (623所)、 中国试飞院 (亦称630所)和 航空工业第一飞机研究设计院 (亦称603所)等五个单位。承蒙热情接待,所见所闻,深受教育和鼓舞——为航空工业的新成就而感奋,为航空科技的新进步而自豪;感触多多,收获满满。

我们也为这些单位送去了数场科技交流与专题讲座。《航空知识》主编王亚男和《航空学报》《CJA》编辑室主任蔡斐老师分别作“ 航空的另一副面孔 ”、和“ 如何向科技期刊成功投稿——从编辑的视角 ”的报告,内容紧贴实际,视角独特,受到热烈欢迎;我也做了“关于颠覆性技术与航空创新发展”的讲座。期间,我们还同五个单位分别讨论了加强合作、开辟前路的多种方式与具体工作任务。

自上而下依次为:在631所、430厂、623所、试飞院和一飞院

试飞院赠送给我们的珍贵礼品:四位试飞英雄——王昂、滑俊、黄炳新、李中华亲笔签名的飞行员头盔

王亚男主编作《航空的另一副面孔》报告

蔡斐老师的报告《如何向科技期刊成功投稿——从编辑的视角》

此次活动收到了很好的效果。我们直击一线,在五个厂所,亲眼目睹航空科技与产品的最新发展与进步,亲身感受航空人报国图强、大干快上的精神风貌。亲抚战机,走进“大运”机体内,为其震惊,大呼过瘾。“追星族”们与大运总设计师唐长红院士亲密攀谈,留下一张张珍贵的合影。

自左至右:刘德生社长、姚俊臣秘书长、唐长红院士和段卓毅总师

在631所,面对超高集成度的处理机和电子模板,领悟了“金块银块不如电子模块”的真谛,理解了J20等先进装备内里的高科技含量。在430厂,高效柔性的发动机关键件智能生产线,让人大开眼界,昭示着中国航空动力即将获得新突破的光明未来。在623所,宏伟壮观的十数座实验室里,同时展开的多型整机与部件强度试验,使我们深感震撼。在一飞院,研制大型军民机的既往成就,令人热血沸腾,而对更新一代装备的研制部署和起步,更让人充满期待。在试飞院宽阔的机场和跑道上,数十型先进新机,此升彼降,科研试飞和鉴定试飞的节奏从未像今天这样密集。

学会和期刊同仁将永记这次难忘的逐梦行。

我们还会再来的,我们还将走进更多的厂所。

火热的科研生产一线是创新热浪奔涌的主战场,是我们学习和获取知识的大课堂,也是学会做好服务工作、编辑部办好刊物的灵感与激情的不竭源泉。

(二)关于计算机发展

按照学习交流活动的安排,也应几个厂所的要求,我做了《关于颠覆性技术与航空创新发展》的讲座。为满足不同单位的个性化需要,我分别就不同专业发展的现状与方向,汇报了自己的学习心得。在这篇微文里,把对计算机和强度技术发展的粗浅认识整理发布,希望得到批评指正。其中个别问题、如量子计算和量子计算机,太过深奥,纯为初学。抛砖引玉,希望引发大家的兴趣与探究。

(1)人类自1946年发明计算机,已经历四代

第一代为电子管计算机(1946-1957),采用电子管元件作基本器件,用光屏管或汞延时电路作存储器,输入输出采用穿孔卡片或纸带;使用机器语言或汇编语言编写应用程序。

第二代为晶体管计算机(1958-1964),由晶体管代替电子管作为计算机基础器件,用磁芯或磁鼓作存储器;使用如Fortran、Cobol、Algo160等高级语言。

第三代为中小规模集成电路计算机(1965-1971),中小规模集成电路为基础器件,主存储器采用半导体存储器;有了标准化的程序设计语言和人机会话式的Basic语言。

第四代为大规模和超大规模集成电路计算机(1971-2014),大规模集成电路成为基础器件,大容量半导体存储器为内存储器,发展了并行技术和多机系统,出现了精简指令集计算机(RISC),软件系统工程化、理论化,程序设计自动化。

(2)我心中的第五代计算机

第五代计算机应是具有人工智能的新一代计算机,应具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。目前正在发展进程中。

第五代计算机将把人从重复、枯燥的信息处理中解脱出来,从而改变我们的工作、生活和学习方式,给人类社会拓展更大的发展空间。

第五代计算机的发展路径已经开启。能够模拟人脑神经元、突触功能以及其他脑功能的微芯片,已研制成功。

传统的计算机关注语言和分析思考,而神经突触核心能够感知和识别形状,形成新的“整体计算智能”。

新一代计算机将在模式识别、语言处理、句式分析和语义分析的综合处理能力上获得重大突破。应能识别孤立单词、连续单词、连续语言和特定或非特定对象的自然语言(包括口语);键盘和鼠标的时代将告结束。

在第五代计算机的支撑下,现代社会中的计算机、网络、通信将三位一体化。

(3)我心中的第六代计算机

第六代计算机应该是基于生物计算的神经元计算机,或称生物计算机,拥有类脑的智慧和灵活性,具有体积小、运算速度快、存储容量大、低阻抗、低能耗等优点。

根据生物分子材料对信息的传输、处理、存储机理而设计的生物计算机,是计算机世界最年轻的分支与前沿,有可能成为21世纪人类的伟大科技工程之一。

以往的信息处理系统只能处理条理清晰、脉络分明的数据,而人的大脑活动具有能处理零碎、含糊不清信息的灵活性。

与以逻辑处理为主的第五代计算机不同,第六代计算机可以判断对象的性质与状态,能采取相应的行动,可同时并行处理实时变化的大量数据。

其基础器件是生物芯片——以借助生物工程技术生产的蛋白质分子为材料,所生产的生物集成电路。由蛋白质构成的集成电路,其大小只相当于同样功能硅片集成电路的十万分之一,其运行速度达10的-11次方秒,可超过人脑的思维速度。

在生物芯片中,信息以波的形式传递。当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链的键结构顺序改变。采用生物芯片代替硅芯片,可利用生物细胞间的互相联系,构建人工智能(而不像硅芯片计算机那样只能建立程序规定的任务能力)。

生物芯片尚在研制中,但生物传感器已获重大突破。其主要研究方向:一是研制分子计算机,制造有机分子元件以取代半导体器件;二是研究人脑结构与思维规律,构建生物计算机架构。

(4)关于微系统、超导计算机和光计算机

微系统——以微电子技术、射频和无线电技术、光学和光电子学技术、微机电技术等为主,以微纳米量级的设计/制造技术为基础,包括微传感器、微作动器、微处理器(控制、信息等)、微小型器件/装置等组成的系统或综合系统;该类系统的出现和应用,对于嵌入式计算机的物理形态可能产生重大影响。

超导计算机——基于超导效应的计算机,其典型特征是能耗极低。理论计算,超导计算机的耗电仅为半导体器件计算机的几千分之一,它执行一条指令只需十亿分之一秒,比半导体元件快数十倍。

光计算机——利用光信号表示信息,使用光学器件完成对光信号的操作,以致计算全过程,称光计算机。其特征为采用光强度、频率、偏振等特性表示信息,以透镜、面镜、光学薄膜、晶体或光纤等光学器件为基础器件。光信号区别于电信号的特质是:多束光在传播中发生路径重叠或交叉时互不干扰,传输损耗低,传输带宽高;较磁介质,光学材料质量轻,成本低,易实现高密度信息存储。光计算的核心问题是,光学逻辑的实现,即实现光对光的控制。大规模集成全光器件在研制中,工程应用还需漫长路程。

(5)关于量子计算和量子计算机

量子力学证明,个体光子通常不相互作用,但当它们与光学谐腔内的原子聚在一起时,相互间会产生强烈影响。

光子的这种特性可用来发展量子力学效应的信息处理器件—光学量子逻辑门,进而制造量子计算机。

二进制比特有两种状态:“0”和“1”,而量子比特(qubit)可同时存在两种可能的状态,即“叠加态”。

“叠加”极大地增加可进行信息编码的态的数量,“纠缠”则允许多运算平行进行;但必须确保所有的量子比特处于相干态中。

传统计算机的运算能力随比特位增加呈线性增长,而量子计算机的运算能力随量子比特位的增加呈指数增长。

IBM和英特尔公司分别宣称他们建造了具有50和49量子比特位的量子计算机。(2^10 = 1024,2^50 = 1.1258999068426 × 10的15次方)

2017年10月9日我和四位同事,赴上海,学习考察中科院潘建伟院士团队,受到潘院士的热情接待。涉及量子通信等的内容,另文介绍。但关于量子计算方面,我们得知该团队目前水平在10量子比特位,正向12量子比特位进军。

在量子计算真正实现其巨大潜力前,需要克服许多基础性难题。诸如确保量子比特处于“相干态”、抑制噪声干扰和解决量子编码纠错等。

基本判断:量子计算和量子计算机的工程实用还有极远距离,我国未处于该领域世界领先地位。航空科技界需密切关注其进展,但尚不具有独立或参与自主研制的内在需求与条件。

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