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中国电路测试技术研究的开拓者——访魏道政研究员

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编者按:2020年1月,中国计算机学会将2019年“CCF终身成就奖”授予了90岁高龄的魏道政研究员,表彰他在计算机辅助测试和容错计算等方面的卓越贡献。CCF“记录计算机历史”小组曾在2019年7月采访魏道政研究员,请他讲述了在电路测试技术研究道路上的经历。

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魏道政,男,1929年7月生,浙江省诸暨县人,中国科学院计算技术研究所研究员,中国计算机辅助测试和容错计算领域的开拓者和学术带头人之一。1953年毕业于复旦大学数学系,在中科院数学所、计算所工作多年。曾任中国科学院成都计算机应用研究所所长及学术委员会主任、中科院计算所学位评定委员会主席。他提出的主路径敏化法是20世纪70年代电子测试技术领域具有里程碑意义的成果,在数字电路测试产生和可测性设计领域做出了系统性、创造性的贡献。他发起和领导了容错计算学术组织并担任CCF容错计算专委会首届主任委员。1982年获第二届国家自然科学奖,2016年获CCF“中国计算机事业60年杰出贡献特别奖”,2019年获“CCF终身成就奖”。

 

您生于抗战前,大学毕业时又赶上国家第一个五年计划,提前毕业。您能给我们简单介绍一下您的身世和求学经历吗?

魏道政:1929年7月,我出生在浙江省诸暨县的一个偏僻小山村——魏家坞。山村离枫桥镇有十里路,村中居民皆姓魏,邻村也都居住着魏姓人氏,据说是唐代名相魏征的后代。

大概六七岁时,我在本村小学读书,1939年转到觉民小学读高小,一年后又转到枫桥镇上的大东乡高小。

我念书时正值抗战,1941年4月日军攻占枫桥镇,我由枫桥镇连夜逃回家乡,不久诸暨沦陷,就从高小提前毕业了。1943年秋,由于战乱,一批因日军侵华而回乡的教师及乡绅,把乡下无书可念的孩子们集中起来,筹办了一所私立战时初级中学——忠义中学,很多老师之前都是大学教授,校长郑奠曾经是北京大学中文系主任。忠义中学后来迁到枫桥镇上,改名为学勉中学,目前是浙江省的重点中学。

1945年抗日战争胜利后,我考入浙江省的绍兴中学念高中,直到1949年绍兴解放时高中毕业。1950年秋季,我考入浙江大学数学系。由于家庭经济条件不是很好,上大学时只能靠刻蜡版、印讲义来勤工俭学,缴纳学费及伙食费。1952年秋季院系调整,我转到复旦大学数学系继续学习。到复旦之后,全国的大学生都由国家供给食宿,免学杂费,我才得以专心学习。

1953年,由于国家实施第一个五年计划急需人才,大学本科生提前一年毕业,我由国家统一分配到中国科学院数学研究所工作。

 

问:您能否回忆一下,在中科院数学所与华罗庚先生一起工作学习的经历? 

魏道政:1953年,我大学毕业后被分配到中科院数学所。一直到1957年,跟随华罗庚先生学习数论。当时我国的数论研究是与国际接轨的。我们听华先生亲自讲授“数论导引”课程并编写教材,学生分写各章,我负责“超越数”部分,许孔时负责“数的几何”部分,最后整理成稿出书。同时我也帮助修订《堆垒素数论》一书。华先生经常指定一组论文,每人分到1~2篇进行学习并上台报告。他要求十分严格,对问题穷追到底。这些训练使我们受益匪浅。

 

问:您是如何调到中科院计算所的?在计算所您主要从事哪些工作?

魏道政:国家经济建设在发展,我们希望自己学到的知识能够与国家的建设相结合,应用到实际中。数论研究毕竟是比较抽象的,因此我们主动提出想研究计算数学。1957年,我和冯康、许孔时一起从数学所调到刚成立的计算所,从事计算数学研究与应用工作。

1957年9月~1969年底,在计算所从事计算数学研究时,我完成了大量计算课题,包括大型水坝的应力分析、汽轮机叶片的振动分析、09工程的应力分析并应用于核潜艇的设计等,为国防建设和国民经济建设贡献了一份力量。

1959年后,随着国内首台大型计算机104机研制成功并应用于解决国防和国民经济建设的计算工作,魏道政参加了水坝的应力分析计算等大型工程建设计算,研究拱坝的应力计算。他采用当时国际上最先进的薄壳计算模型,凭借在广义特征值问题、线性代数方程组、椭圆型偏微分方程数值解等方面的深入研究,利用薄壳理论计算双曲拱坝的应力分析,在方程的推导、参数的计算、差分方程的求解等方面均有一定的创新,其成果用于湖南东江湖水坝(我国自行设计、自行建造的第一座双曲薄壳拱坝,在当时同类型坝中世界排名第二,亚洲排名第一)的设计,委托单位非常满意,并于1964年合作在《水利学报》上发表论文《双曲拱坝分析的研究》。 

 

问:您的主要贡献集中在计算机辅助测试和容错计算领域,您是怎样开始这方面研究的?又是如何取得重大突破的?

魏道政:在中科院计算所,我起初主要研究并行计算。20世纪60年代末至70年代初,计算所根据工作需要,成立了“机排”(即计算机排,当时计算所为部队编制),转入计算机数字系统设计自动化,有三个主要方向:布线、测试和逻辑模拟。我具体从事数字电路测试码自动生成的算法研究与应用。由于我的数学基础较好,很快进入了这一新领域。当时国际上也刚刚开始研究电路测试技术,有很多方法,其中有一种叫布尔差分法,并不被看好。而我经过试验,利用布尔差分法在计算机上自动产生了013机大量插件的测试码,使用效果很好,使整机的调试过程比过去人工测试时间缩短了两三个月,在国内首次成功实现计算机插件的自动测试。这项成果获中国科学院1978年重大科技成果奖。

为推广电路自动测试技术,我带领一个研究小组到上海无线电13厂工作了一年,给厂里的技术人员讲授测试技术,并与技术人员一起初步完成了用布尔差分法自动产生测试码的软件系统,可以对简单的电路自动产生测试码。回到计算所后,我们在半年时间内就完成了实用的插件测试码自动生成系统,并成功地完成013机的100多种插件自动测试。之后还到华中工学院(现华中科技大学)、浙江大学、山东大学、太原工学院、北京工业大学、清华大学、北京大学、国防科技大学、总参56所、北京无线电三厂、738厂等多个高校、研究所和工厂,讲授测试技术,推广电路自动测试技术。

此后,魏道政在实践基础上提出了测试产生算法——“主路径敏化法”。该算法发展和统一了当时国际上著名的“D-算法”和“布尔差分法”,使向前驱动阶段的计算复杂性由指数降为线性,显著提高了计算效率,使测试产生算法具有更严密的数学表达形式,同时也便于计算,因此有重要的理论意义和实用价值。这一成果达到国际先进水平,获1982年国家自然科学奖四等奖。这是魏道政在计算机电路测试领域做出的系统性和创造性的重大贡献和突破。该算法已编入清华大学、重庆大学等高校的教科书中。他领导的研究小组根据该算法开发的软件对大量插件的测试码进行了计算,对缩短757等大型机的研制调试时间起到重要作用,有关成果获中国科学院1986年科技进步奖二等奖。

该软件还为北京738厂、北京无线电三厂、天津无线电厂、电子部15所等厂所计算了大量插件的测试码,获得了显著的社会效益和经济效益。该算法还对银河巨型机的插件测试起到重要作用。

1988年他又对“临界路径跟踪法”做了重大的改进,提高了计算效率,扩大了应用范围,使该算法成为一个可同时用于测试产生和故障模拟的实用算法,在测试产生理论上有所突破。

1991年魏道政和他领导的研究小组完成了“七五”国家重点科技攻关项目“测试方法研究及应用”。该项目对集成电路的测试方法和技术进行了系统深入的研究,提出了许多创新方法。经专家鉴定,该项目的成果达到80年代国际先进水平,1992年获中国科学院自然科学奖二等奖。1995年,魏道政研究小组完成了“八五”国家重点科技攻关项目“集成电路 CAT 技术研究”,在测试产生、故障模拟、可测试性设计等方面提出了创新方法,或解决了前人未解决的难题、或改进了前人的工作;他们发表的学术论文为开发集成电路测试产生和可测试性分析等软件奠定了理论基础。经电子工业部组织专家鉴定,认为总体上处于国内领先水平,其中部分成果达到国际先进水平。

 

问:1982~1991年您还兼任中国科学院成都计算机应用研究所所长及学术委员会主任,您能回忆一下这些年的经历吗?

魏道政:中科院成都计算机应用研究所于1981年成立,之前是中科院成都计算站。建所后他们向中科院计算所请求(专家)支援,1982年,我被中科院委任为中国科学院成都计算机应用研究所兼职所长。从1982到1991年这十年间,我每年都要去成都几趟,平时很多事情都要通过电话解决。值得一提的是,我国第一台电子票箱、第一台电子表决器、第一台会议报到机,都是成都计算机应用研究所研制的,并于1982年首次在中共十二大中成功应用,开创了我国在大型会议工作中使用计算机技术的先河。由于办事公正,我深得该所同志们的信任,经过大家十年的探索和实践,该所的科研工作逐步走上正规。

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问:您发起并领导了CCF容错计算专委,在国内推动容错计算研究,请您谈谈CCF容错计算专委成立的由来。

魏道政:1984~1985年,我和陈俊亮、梁业伟、闵应骅、沈理等组织了计算机测试研讨班,每周一次,分别在中科院计算所、北京邮电学院(现北京邮电大学)、北京计算机学院(现北京工业大学)等地举行。这个研讨班直接推动了CCF容错计算专委的成立。因为当时已经具备召开全国性的容错计算学术会议的条件,可以按照IEEE-FTCS的模式将电路测试、系统诊断、容错设计、可靠性分析、容错系统、可测试性等汇聚在容错计算的范畴之内,以便和国际开展对口的学术交流,于是我提出了在北京举办第一次全国容错计算学术会议的建议,并向CCF提出成立容错计算专业学组的建议。

1986年,CCF正式批准成立容错计算专业学组,魏道政担任首届学组组长;1989年底,容错计算专业学组升级为专业委员会,他担任首届专委主任。现在全国容错计算学术会议已成为中国容错计算与测试技术领域有持续影响的核心学术会议。

容错计算概念的起源可以追溯到20世纪60年代,世界上首次容错计算方面的国际学术会议于1971年在美国加州召开,为以后世界范围内的容错计算理论和技术的发展奠定了基础。我国的容错计算研究起步于1973年,早期以翻译国外容错计算方面的论文为主。我国容错计算研究一直按两条线发展:测试和容错。早期,以魏道政为代表的一支队伍研究测试生成算法,并用测试获得了计算机调试的高效率。以陈光熙为代表的一支队伍最早开始了容错计算技术的研究工作。(摘自闵应骅《全国容错计算学术会议18年回顾》)

 

问:您是从什么时候开始带学生的呢?

魏道政:1958年中国科技大学成立,受中科院计算所委派,我到中国科技大学讲授计算技术专业的高等数学课程,一个星期去三次讲6节课,课程获得好评。此外本职科研工作还照常进行。1978年我开始招收硕士研究生,1981年获国务院学位办公室批准成为第一批博士研究生导师。

魏道政学风严谨,既勇于创新,又勤于实践,深受大家的尊敬和爱戴。自1978年至20世纪末,他已培养27名硕士研究生,40名博士研究生。博士研究生中有1人获中国科学院院长奖学金特别奖,4人获优秀奖。他所培养的学生中,有多人已成为研究所、高等学校的业务骨干,有些已成为研究单位及公司的高级管理人员,在不同岗位上发挥着重要作用,为发展中国的科技事业做着贡献。他本人三次被评为中国科学院优秀导师,并于2008年获中国科学院研究生院首批“杰出贡献教师”荣誉称号。

在获得2019 CCF终身成就奖后,他这样对大家说:

我觉得搞学问还是尽量与实际相结合,另外也要有创新。我是1953年分配到中科院工作的,那时的条件比较艰苦,国家提出向科学进军的口号;现在的条件越来越好,国家提出来要科技兴国,科技强国,我们科技人员可以更好地贡献力量。我现在已经90岁了,希望计算机领域的中青年同志能够在大好形势下积极工作,为我们祖国的繁荣富强贡献力量。 


作者介绍

王颖

CCF秘书处专职员工

主要负责CCF历史工作

yingwang@ccf.org.cn


徐祖哲

中国计算机史研究学者

“CCF记录计算机历史”顾问

曾参与通信工程与多项计算机应用,曾获部省市一、二、三等奖等奖项,著有《溯源中国计算机》一书。

Computer1952@163.com

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