二十世纪中国知名科学家学术成就概览-物理卷—王守觉

      国家重点图书出版规划项目《20世纪中国知名科学家学术成就概览》，以纪传文体记述中国20世纪在各学术专业领域取得突出成就的数千位华人科学技术和人文社会科学专家学者，展示他们的求学经历、学术成就、治学方略和价值观念，彰显他们为促进中国和世界科技发展、经济和社会进步所做出的贡献。书中着力勾画出这些知名专家学者的研究路径和学术生涯，力求对学界同行的学术探索有所镜鉴，对青年学生的学术成长有所启迪。

    夏建白院士和何春藩同志为《20世纪中国知名科学家学术成就概览》写了一篇介绍王守觉先生的文章，这本书已由科学出版社出版。现将该书物理卷中关于记述王守觉先生的文章刊出，以此缅怀王守觉先生。

 

 

王守觉

王守觉（1925～2016），江苏苏州人，半导体与电子、信息科学专家，ICCAD与神经元计算机领域专家，我国半导体器件与微电子学、神经网络模式识别的开拓者与奠基人之一。中国科学院院士。我国第一只锗高频合金扩散晶体管，第一只硅平面晶体管和第一块集成电路的研制者,连续逻辑电路的创造者，是神经网络与计算机形象思维、仿生模式识别与高维空间形象几何算法的开拓者。在研究与开发中国半导体器件及集成电路方面做出了重要贡献，培养了大批半导体技术与微电子学专家。获中科院科技成果奖、中科院与国家级科技进步奖多项。

 

一、简  历

王守觉，原名王守平，1925年6月27日生于上海，原籍江苏苏州。出生的时候，父亲王季同已经51岁了。那时，曾留学英国的父亲，为了与他人合股办厂，辞去镇江电灯公司工程师职务，于1923年携全家自苏州迁往上海，故在上海生下了王守觉。后来，王季同因遭合伙人陷害而致工厂倒闭后，被捕入狱，经亲友凑钱才将他从狱中救出。作为著名数学家和机电专家的父亲，出狱后洗手不再经商办厂，于1928年进入中央研究院工学研究所任研究员，直至退休。王季同在1934年退休后，因留恋故乡小桥水港的美景，全家人为遂他的心愿，只得从上海再迁回苏州。

王守觉自幼聪慧，精明能干，加之是家中最小的孩子，故深得父母与哥姐们的宠爱。在他11岁时，入苏州东吴大学附中读初一。一年后，即1937年，日本侵华战争爆发，故乡不得安宁，全家不得不辗转逃难，王守觉也因“逃难”而辍学。不久又因疟疾病在家修养。辍学后的几年里，王守觉干过许多工作。先是自己在家里修旧表去卖，当时中国工业很落后，家用的门锁质量都很差，他用低熔点合金做原料，铸造了很漂亮的门锁，一时销路不错。他还去修建飞机场的工地做过测量员，也在家里的茅屋里养过猪。坎坷的经历对他是一个很好的锻炼。

1939年，一家人最终在昆明安定下来。王守觉在离开学校两年之后，插班进入昆明天南中学读初三，扎实的底子让他顺利地升入高中。但是，升入高中不久，王守觉又再一次病倒了。王守觉自小身体不好，常犯病，据说是因为父母两人都信奉佛教吃素，母亲怀王守觉的时候也吃素没能保证营养，所以王守觉身体底子不好。身体底子不好再加上两年的颠沛流离，这一病就是好几个月。

王守觉病好后再去学校，校方执意要让他留一级，重读高一，王守觉不愿意，争辩半天也没用。王守觉一气之下说：“我不读了。”于是辍学回家，于1941年入昆明裕庆建筑公司当练习生。

1942年年初的一天，王守觉在昆明街头，撞见了一位高中同学。同学行迹匆匆，说还有半年就要考大学了，得抓紧时间准备。王守觉也因此产生了考大学的念头。

虽然王守觉因病缺课过多，但他自觉努力，靠勤奋自学，终于在1942年以同等学历（因无高中毕业文凭）考入西南联大大专班。对此，王守觉并不满意，仍幻想着要读本科。为达此目的，他便从敌占区上海的四哥王守觉（他不喜欢“觉”字，有佛名之嫌，故已改名王守元，后不久他又因肺病去世）那里，要来了四哥在敌占区上大学的成绩单，王守平就用这张成绩单作为敌占区流亡学生的学历登记报考，考入了已内迁四川李庄的同济大学，转至同济大学电机工程系电讯专业学习。至此，王守平便正式改名为王守觉了。

1944年，侵华日军临近同济大学所在地的川南，王守觉便应召入伍，在驻四川泸州的重庆国民政府青年军203师的通讯营中，当上了一名报务员及机务员。一年后，日本战败投降，抗战胜利，同济大学又逐步迁回上海。1946年，王守觉复员后，仍回上海同济大学继续学习。他因成绩优异，曾在学校获得过当时由政府设置的学业优异奖学金，是全校仅两名获奖者中之一。

王守觉大学毕业时，是1949年的春天，上海即将解放，他进了北平研究院上海镭学研究所工作，主要从事氧化亚铜固态整流器的的研究。1949年11月1日，中科院成立，该所随后改名为中国科学院应用物理研究所结晶学研究室。1950年12月，镭学所迁往北京并入中科院，王守觉因儿子刚满一岁，不便抽身，则留在上海负责镭学所的迁京工作。后来，他便向所长严济慈递交了辞呈，进入上海新成电器厂任工程师，继续从事氧化亚铜整流器的研究。他经过多方努力，把固态整流器产品化，并在我国最早建成的集中控制自动闭塞火车站——衡阳火车站应用成功。

1953年，我国第一个五年建设计划的156项重大工程开始，王守觉被调往新成立的第一机械工业部第二设计分局。两年之内，他由新手开始，逐渐熟悉业务，担任了主任设计师兼弱电组组长，并亲手解决了工业企业安全系统专用设备及提高信息系统设计效率的模块化问题，被评为1955年上海市工业劳动模范，1956年全国先进工作者代表，应邀赴北京参加了全国群英大会。

1956年，当我国制定12年科学发展远景规划和周总理号召向科学进军时，王守觉奉调到北京即将成立的中科院计算技术研究所筹备组报到，地点是在北京西苑大旅社。他到那里一看，房间是空的。经打听，才知筹备组的所有成员，都已去苏联学习去了，王守觉只能去中科院找人事局。事也凑巧，在路上正好碰到当年上海镭学研究所的副所长陆学善，他当时已是中科院北京应用物理研究所的业务所长。陆学善问明情况后说：“干脆你到我们所来得了。”就这样，王守觉便阴差阳错地进了应用物理所的半导体研究室。

王守觉在半导体研究室任高频晶体管课题组组长，定职为副研究员。1957年9月，被派往苏联科学院列宁格勒列别捷夫研究所作短期工作。这期间，他刻苦自学，夜以继日地工作，圆满完成了任务。在研制锗扩散型三极管中，做出了很好的成绩，并研制成功一种具有N型负阻特性的半导体器件，给苏联同事留下了深刻印象，受到赴苏实习团领导的一致好评。1958年4月回国后，在半导体研究室与后来的半导体所从事半导体器件和微电子学的研究，是我国半导体器件研究的开拓者和奠基人之一。他长期从事半导体器件、半导体电路设计及器件的研究，对我国半导体器件工艺的成型，电路的集成与应用等方面作出了重要贡献。自70年代末期起，主要从事新型电路的探讨及其应用方式的研究，创造了连续逻辑电路。自1991年起，全身心地致力于以新的电路结构实现人工神经网络的探究，研究发展半导体神经网络技术及其在国民经济与科技中的应用。他提出并发展了神经网络模式识别新方法和新手段，研制成了我国唯一产品化的半导体神经网络硬件系列，使神经网络对实物对象的识别能力达到了前所未有的新水平。

自中国科学院半导体研究所于1960年9月成立以来，王守觉相继担任过半导体器件研究室主任（1960—1966）、半导体研究所副所长（1977—1982）及所长（1983—1985）等职务。1978年3月，他被提职为研究员。1980年11月，当选为中国科学院技术科学部学部委员（院士）。他是我国第一批博士生导师，曾多年担任国务院学位委员会学科评议组和国家科技进步奖学科评议组成员。自1980年起，他曾历任中国电子学会副理事长，《电子学报》编委会主任，《Chinese Journal of Electronics》编委会主任。他现任北京电子学会副理事长，中国计算机学会多值与模糊逻辑委员会名誉主任，中国计算机学会CAD与图形学委员会名誉主任，中国神经网络委员会主席，中国人工智能学会神经网络与计算智能委员会名誉主任。他现在除担任中科院半导体所神经网络与形象思维实验室负责人外，还兼任浙江工业大学智能信息所所长，兼任上海同济大学信息工程学院名誉院长及半导体与信息技术研究所所长。在他的科海生涯中，他培养研究生近百人，发表论文二百余篇。由于他重视自我保健养生，虽已年过八十有四，但精力充沛、思维敏捷，仍活跃在科研工作的第一线。

 

二、学术生涯

1956年，国家在制定12年科学发展远景规划时，把“半导体”列为与原子能、计算机、自动化、电子学并提的五大紧急措施之一。开展我国半导体材料及其器件的研究，是半导体科技工作者当时面临的重要课题。

刚过而立之年的王守觉，壮志满怀地参与并主持了锗高频晶体管的开创性研制工作。他依仗平素积累的知识和在苏联工作期间获得的经验，果断地采用以双合金扩散为突破口的研制方案。凭借他于1949年前后研制氧化亚铜整流器的实践经验，解决了热处理过程中的精确控制，多元金属均匀性与配比控制，以及优化组份等关键问题。从而在不到半年的时间里，即1958年9月，研制成功了我国第一只锗合金扩散高频晶体管。它的截止频率比当时国内研制的锗合金结晶体管提高了一百倍以上，即由原来的2兆赫提高到200兆赫。在这一科研成果的基础上，也在国家对研制高速电子计算机急需高频晶体管的推动下，旋即由王守觉率领生产队伍，并亲自传授技术，进行小批量试制，从而解决了中科院计算技术研究所研制我国发展核工业急需的首台晶体管化高速计算机——109乙机的半导体器件的燃眉之急。由当时这个试制组发展起来的中科院109工厂，也因该计算机代号“109”而命名。

1960年初，美国同行又传来了研制成功硅平面型晶体管的消息。具有敏锐观察力且处事果断的王守觉，于1961年任半导体所器件研究室主任后不久，毅然舍弃了正在研制并已取得一定成果的硅台面工艺，立即组织研究室力量，转而投入对硅平面工艺的探索研究。并从工艺设备的设计与建立着手，开展了硅平面P—n结的研究。当时，第七机械工业部某研究分院（部门），正需用多种高性能的硅器件。王守觉借此机遇，即以正在研究的硅平面工艺为基础，承接了这些硅器件的研制任务。在不到半年的时间里，就首先研制成功了一种结构最简单的硅平面型低反向电流二极管，电参数全部达到了要求，重复性较好，成品率也较高。随着一系列新暴露出来的关键工艺问题的解决，到1962年下半年，一批批性能合格的各种硅平面型晶体管，也都相继研制成功。到1963年底，全部完成了部门5种硅平面器件的研制任务。为了缩小器件体积与减轻重量，根据硅平面器件相对地较为稳定的特点，王守觉当即率领化学专业人员，研究并解决了硅平面管的软包封技术，发展了体积与重量均减小一个数量级的微小型晶体管（俗称“芝麻管”），受到用户的赞扬。

在王守觉的领导和亲自参与下，依据需要而研制成功的五种硅平面型器件：低反向电流二极管，P—n—p—n高灵敏开关器件，高速开关晶体管和两种高频晶体管，均于1964年4月通过鉴定验收，并在同年举办的全国新产品展览会上，在国家科委、国家计委、国家经委、科委、工办联合组织的评奖中，获国家颁发的新产品一等奖，次年还获国家科委首次颁发的创造发明一等奖。这些器件的研制成功，同时为我国在“两弹一星”研究工作中做出重大贡献的计算机——09丙机提供了器件基础。

硅平面工艺在我国开发成功的重要意义还在于，为我国发展集成电路、并近而发展微电子技术奠定了基础。

以王守觉为主的科研班子，在这一阶段的研制成果还包括：自动控温的高温扩散炉，真空蒸发设备，金丝热压焊机，简易型光刻曝光机，照像制版设备等我国自行设计的第一代硅平面工艺设备。这些工艺设备、硅平面工艺和几种硅平面器件，在当时就广为国内有关单位所采用。

虽然有微小型晶体管的出现，但电子线路的小型化仍然受到阻容元件和连接线的限制。在需求的推动下，60年代初，国际上出现了把阻容元件及元件间的互连线，同晶体管一起制作在硅片上的半导体固体电路。待这种样品传到王守觉手中后，他便在业已掌握的硅平面工艺基础上，开始了半导体固体电路的研制，并于1965年4月，首次研制成功了我国最早的固体组件。把制作在硅片上的具有6个晶体管、7个电阻和6个电容的电子线路，封装在不到指甲盖大小的管壳里。这种半导体固体组件（或称固体电路）称之为第三代电子计算机所普遍采用的“阻容耦合门电路”。他先后研制成的国内最早的4种固体组件，为后来研制弹上用微型计算机打下了基础。这一集成电路新品种的研制成功，立即受到国家科委的高度重视，并拨出100万元人民币，在半导体所内建起了新的实验楼—“固体楼”。国内对固体电路—后来统称为集成电路的研究随之高潮迭起。不幸的是，后来的“文化大革命”，使这一研究工作跌入低谷，限于停顿。

  随着集成电路的发展，光刻掩膜版的图形日益复杂化，源自刻红胶膜照相制版的传统方法，限制了电路面积与器件尺寸精度的发展，已越来越难以满足制作复杂图形膜版的需要。早在1965年，王守觉首先提出了用拼图的发生方式，来直接发生复杂图形的掩膜版主张，并和他的助手们一起，用一台大型工具显微镜，改装成了可以把图形库里的多个基本图形，直接用传感光拼合方法，来产生复杂图形的拼合设备。并在1966年初，成功地试作了一块小规模集成电路的掩膜版，取得了初步成果。这比国际上最早用拼图方式产生的版图及其图形发生器早3年。但是，在“文化大革命”中，被批判为“好高骛远”、“标新立异”、“不务正业”、“浪费国家财产”等罪名，摧毁了这一待放的花朵。王守觉也在“文革”中被作为所内第三号打倒对象而停职劳动。1969年，王守觉恢复工作，被安排在制版组作具体的制版工艺，无法施展其才干。1970年，他看到了当时国外同行发表用拼图感光方式产生版图的图形发生器论文，证实了他早在1965年提出的设想并在1966年初见成效的制版途径的正确性。王守觉遂义无反顾地向当时的军管人员提出，希望重新开展图形发生器和自动制版技术的研究。这一建议，意外地得到了军管人员的支持，并立即组成了以他为主持人的研究小组。在他亲自试验、设计、制作、调试的情况下，工作进展顺利，仅花了半年时间，于1971年就把一台一般通用的光栅定位数字式工具显微镜，成功地改造成了我国第一台能自动制版的积木式图形发生器。为使自动制版技术能配套应用，王守觉又率领全组人员，投入了计算机硬件和自动制版软件的研制工作，于1973年投入使用。在解决了实际制版工艺问题的基础上，1974年，又在我国首次成功地应用计算机辅助自动制版技术，制成了大规模集成电路掩膜版，为基于计算机与图形发生器的自动制版法代替传统的刻图照相制版方式开辟了道路，使大规模集成电路的复杂性，不再受制于刻图尺寸与精度。这一研究工作，于1978年获得科学大会奖。

王守觉在研究自动制版的同时，还进一步研究了计算机自动布线问题，并提出了一种从总体分析出发进行布线的计算机损益分析的新颖计算方法。他的这一基本思想，被他当时的助手、当年的学生庄文君后来以计算机软件来实现。在此软件辅助下作出的平面布线，其布通率比国际上流行的一些方法高得多，曾获科学院成果二等奖，两次科学院成果三等奖。

1976年10月，打倒了“四人帮”，迎来了科学的春天，也为王守觉解下了束缚其创新思维的紧箍咒。当年初冬，他全面分析了当时各种双极型集成逻辑电路的性能优缺点以后，发现各类集成逻辑电路的工作速度，都受到一个共同的制约因素的影响。速度愈快者，这个制约因素的影响愈突出。这是由于进入电路的信号，总是要进行一次或多次的倒相。这意味着电路中器件的结电容和许多分布电容都要以2倍于逻辑摆幅的电压变化进行充放电。这个充放电所需时间，往往成为高速逻辑电路延迟时间的主要组成部分。他针对这个固有的缺陷，大胆地提出了一种新的逻辑电路结构，让逻辑电平连续变化，具有既可实现逻辑运算功能又可同时输入模拟信号的特点。逻辑运算速度可比当时流行的TTL电路快数倍。并特别适合用于Ｄ/Ａ转换器作数字量与模拟量间的转换。1977年，这种逻辑电平连续变化的集成“与”、“或”门器件，在实验室内试制成功。每级门的延迟时间，小于1纳秒，比在当时工艺条件下最高速度的门电路速度高3倍以上。在1978年发表这项研究成果的论文时，他把这种电路起名为多元逻辑电路，简称DYL电路。这是在国际上最早提出并实现的逻辑电平连续变化的集成电路。它的逻辑功能，与国外在80年代发表的模糊逻辑电路相同，因此亦可称之为模糊逻辑电路或连续逻辑电路。这种模糊逻辑电路的MIN门和MAX门，当时被称为线性“与”、“或”门。

为了验证把这种电路作为高速二值逻辑电路应用于计算机的可行性，王守觉和他的助手们，随即又开展了将这种电路应用于高速小型计算机的研制工作。在一年时间里，他们研制了十多个品种的多元逻辑电路，并装置成功了一台指令系统与当时流行的NOVA小型计算机（即DJS—130机）完全相同、而速度更高的小型计算机，取名为DYL—1300机。通过考机后证明，该机稳定可靠。1979年，这种新的高速逻辑电路通过了院级鉴定，并获1980年科学院重大成果一等奖。

为了扩大这一成果的应用领域，王守觉同他的助手们，随之开展了进一步的探索。一是尽量发挥其逻辑电平连续可变的特点，探讨把它用作多值逻辑和直接把模拟信号输入这种电路的应用方式。二是在设计上精益求精，使其电源电压和逻辑电平与通用的TTL和CMOS电路兼容，并进一步提高DYL电路的速度。

在推广应用方面，1980~1982年间，他与桂林市电子工业公司合作，从发展新品种DYL电路开始，全部应用DYL电路研制成功了我国第一台大型电子智能游艺机。这也是迄今为止唯一全部应用国产集成电路的大型电子游艺机。当时生产了四台，很受用户的欢迎。但在大量进口国外生产的游艺机机芯的冲击下，这种自主创新新产品，因形不成规模经济，工厂也不得不转而改用进口机芯组装游戏机。尽管如此，这一研究工作，对我国大型电子游艺机工业的起步，毕竟起到了奠基的作用。1990年，王守觉被视为我国大型电子智能游艺机的奠基人，受到中国游艺机游乐园协会的表彰。

这种新型电路，还在万能函数发生器和时分制三用电话小系统中得到推广应用。前者曾由生产厂家生产销售出二十余台，后因工厂改行，转做引进彩电装配线而停产。后者作为电话指挥系统，被应用于新建的舰艇上。将这些新电路推广应用于整机的研制项目，两次获科学院二等奖，一次获科学院三等奖。

在进一步提高DYL电路的二值逻辑速度方面，王守觉和他的助手们，研究了DYL电路的有源馈电方式，不仅在电源到逻辑电平上解决了它与TTL和CMOS电路的兼容问题，还使DYL电路每级门延迟时间降到0.3纳秒以下。

在“七五”攻关任务中，有一项12×12位的高速数码乘法器电路研制计划。它要求12×12位二进制数字的乘法时间，应在25纳秒以下。而当时国外的此类产品，速度最高的是工艺已成熟的ECL乘法器，其乘法运算时间为40纳秒。同类电路的运算速度，与集成电路工艺的精细度密切相关。国内的工艺条件，无法与国外相比。因此，王守觉决心以DYL新电路在原理上和运算速度上的优越性，克服国内工艺落后的不利条件，用于高速数码乘法器的研究。到1990年，在“七五”攻关任务完成时，他用5微米的落后工艺，制备出的以中规模集成电路连接成的DYL12×12位高速数码乘法器，其乘法运算时间降到了11纳秒，比1990年国际最高水平的12×12位乘法器产品的速度（21纳秒）高出近一倍。此项研究成果，通过中科院鉴定后，受到了有关部门的重视，并获得科学院科技进步二等奖。它有望在“八五”期间在先进的工艺线上予以大规模集成化。届时，运算速度将会进一步地达到提高。

1985年，年满花甲的王守觉，从半导体所所长行政岗位上退了下来。对科研壮心未己的他，在设法提高DYL电路运算速度的同时，开展了把连续逻辑直接用于模拟信号处理的研究课题。在助手们的帮助下，他先后实现了模拟信号时间轴坐标变换线路，数字控制时间的模拟信号延迟线路，频率灵敏控制线路，模糊自动控制器线路，模拟量与数字量高速乘法线路，以及对模拟信号直接进行傅立叶变换线路等。他从中概括出的《连续逻辑为电子线路与系统提供的新手段》论文，受到电子学界专家们的高度评价。

此后，王守觉还提出了应用连续逻辑与数字逻辑相结合，实现模拟信号动态随机存贮器的途径。他的研究生在他的指导下，据以实现的这种多值与准模拟信息动态存贮器线路，获得了国家发明专利。

长期以来，国内高速数—模转换器（DAC）产品的水平，由于工艺条件差，即使取仿制方式，与国外相比，差距仍然不小，以致精度在8位以上、建立时间小于30纳秒的高速视频DAC，迄至90年代前期仍然只能依赖进口。而迅速发展的高速数子信号处理和多媒体应用，却要求国内自供这种器件。1991年，经王守觉倡议和在科工委有关主管部门的组织与支持下，中科院半导体所与电子部第47所，共同承担起了这一项目的预研任务。半导体所以王守觉为首的预研组，负责全部线路与版图的研究和设计，47所承担电路芯片的工程研制。王守觉首创的DYL高速线性门，被作为基本单元用于线路与版图设计之中。利用这种线性门来求大求小的逻辑运算功能，取代传统DAC中的电流开关去实现数模转换，便构成了一种与国外同类产品完全不同、且结构新颖的低内阻电压型DAC。它不仅具有很高的转换速度，而且还能和通用的CMOS及TTL数字电路兼容。1995年3月，在北京由中科院办和电子部预研局联合组织的鉴定结果表明，这一成果的电学性能已全部达到，并在部分参数上超过国际先进产品的水平。鉴定会还认为，这种国内自主产品，其电路结构属国际首创。

自1991年起，在中科院半导体所，建立起了以王守觉为核心的半导体神经网络的研究小组，承担了“人工神经网络硬件化实现”这一“八五”攻关课题，以及“模式识别用神经网络理论研究”的预研基金课题，致力于神经网络模式识别等机器形象思维的基础理论与实际应用基础研究。王守觉领导的研究组，在模拟与数字混合处理与纳秒高速神经突触等方面的攻关指标，已经达到，并在1995年，在完成半导体人工神经元的基础上，研制成了一台模拟二千万次神经联接的小型神经计算机CASSANDRA-I（预言神一号）。该机被电子部评为我国95电子十大科技成果之一，并被国家计委、国家科委、财政部评为国家“八五”科技攻关重大科技成果。

王守觉还开创了用神经网络对多变量控制生产系统进行总结经验全局优化的方法。在神经网络模式识别新理论新技术方面取得了突破性进展，提出了“仿生模式识别”和“高维形象几何仿生信息学” 新理论新方法。他将高维空间点分布几何分析方法，用于模糊照片的清晰化处理中，取得了十分优异的实际效果，验证了这种新分析方法的有效性，为机器形象思维提供了一种新可能。这种新理论新方法使平面上全方位实物模型的识别率达到前所未有的高度。以ORL人脸库做人脸识别效果比较，识别效果远优于国际上新发展并被公认处于优势地位的支撑向量机（SVM）。他致力于研究发展半导体神经网络技术及其在国民经济与科技中的应用。他研制成我国唯一产品化的半导体神经网络硬件系列，提出并发展了一种高维空间复杂几何形状覆盖的神经网络模式识别新方法和新手段，使神经网络对实物对象的识别能力达到了前所未见的高度。他开创了用神经网络对多变量控制生产系统进行总结经验、全局优化的新方法，用于一个20个变量控制，已大量生产的微电子产品生产过程优化中，进行总结经验、全局优化，在生产条件不变的情况下，优化后合格产品增加超过了10％。在半导体神经网络技术及其应用方面的工作，它作为第一完成人，获得了2001年北京市科技进步一等奖。

神经网络的研究工作犹如进入一块新大陆，大有用武之地。在理论、在模式识别、在用于工业优化等各方面都已经看到宽广的发展前途。神经网络的发展正方兴未艾。

 

王守觉院士的科研生涯，自强不息，涌流倍出，永无止境。他以高度的责任感，敏锐的洞察力，把握重大科研方向，来对待半导体学科的发展。他立足国情，不步他人后尘，走前人没有走过的路，自辟蹊径，不断开拓创新。他高标准、严要求、坚持自力更生，勤于实践，追求理论和实践的完美结合。他从业50余年，成果迭出，建树甚丰：获得早年国家发明奖1项（1964），国家新产品一等奖1项（1964），中科院一等奖1项（1980），二等奖3项（1983、1992、1996），三等奖1项（1986），国家发明三等奖1项（1996），及北京市科技进步一等奖（2001），何梁何利科技进步奖（2001）和台湾潘文渊文教基金杰出科研奖（2002）。

对于青年学子，王守觉言传身教，悉心培养，并以严谨求实、探索不倦的学风，拼搏不止的品格，率领、引导他们一起攀登科学高峰，从而深得年轻科研人员的敬重与爱戴。他坚定执行我国实施的“科教兴国”、“人才强国”的方针政策。他说，现在我们要不断完善现有的教育体系，使它更符合中国国情，以适应国家的发展；此外，他经常呼唤针对国家建设还应想办法留住人才，吸引人才。

王守觉院士具有强烈的爱国之情，他把自己全部的精力都奉献给了祖国的科教事业，现虽已年过八旬，但那份对事业的执著，不懈追求和探索的精神，追求卓越的使命感却一如往昔，仍在为我国半导体与信息科学事业的飞速发展而努力奋斗。

 

    

三、科学成就

 

1．研制成功我国第一只锗合金扩散高频晶体管

王守觉自调来半导体研究室后，就参与并主持了锗高频晶体管的开创性研制。他采用以双合金扩散为突破口的研制方案，于1958年9月，研制成功了截止频率超过200兆赫的我国第一只锗合金扩散高频晶体管，它的截止频率比当时国内研制的锗合金结晶体管提高了一百倍以上。他率领生产队伍，进行小批量试制，为中国科学院计算技术研究所研制首台高速晶体管化计算机提供了合格的半导体器件。

2．创立硅平面工艺并研制成功我国第一只硅平面型晶体管

1963年在我国首先研制成硅平面工艺和平面器件，提供了在“两弹一星”研制中做出重大贡献的109丙机的基础器件。研制成国内最早的4种固体组件，为专用微型机创造了基本条件。

3．研制成功第一块微小型半导体固体电路

60年代初，国际上出现了把阻容元件、互连线同晶体管一起，制作在硅片上的半导体固体电路。王守觉在业已掌握的硅平面工艺基础上，投入了半导体固体电路的研制，并于1965年4月，首次研制成功了我国最早的固体组件。这种半导体固体组件（或称固体电路）称之为第三代电子计算机所普遍采用的“阻容耦合门电路”。这一集成电路的研制成功，为后来研制弹上用微型计算机打下了基础。

4．研制成功积木式自动图形发生器  实现大规模集成

电路计算机辅助自动制版技术

1965年，王守觉提出了用拼图的发生方式，来直接发生复杂图形的掩膜版，并在1966年初，成功地试作了一块小规模集成电路的掩膜版，取得了初步成果。1970年，他恢复工作后，立即组成了以他为主的研究小组，仅花了半年时间，于1971年就把一台一般通用的光栅定位数字式工具显微镜，成功地改造成了我国第一台能自动制版的积木式图形发生器，于1973年投入使用。在解决了实际制版工艺问题的基础上，1974年，又在我国首次成功地应用计算机辅助自动制版技术，制成了大规模集成电路掩膜版，为计算机与图形发生器的自动制版法代替传统的刻图照相制版方式开辟了道路。

5．发明多元逻辑电路  应用成果迭出

1976年冬，王守觉通过深入研究，发现各类集成逻辑电路的工作速度，都受到一个共同的制约因素的影响。他针对这个固有的缺陷，大胆地提出了让逻辑电平连续变化，尽量采用“与”、“或”逻辑，以使倒相次数降低到最低限度。与此同时，他还提出了一种新的电路结构，以使电路电容在同样工艺水平下降到最低点。1977年，这种逻辑电平连续变化的集成“与”、“或”门器件，在实验室内试制成功。在1978年发表这项研究成果的论文时，他把这种电路起名为多元逻辑电路，简称DYL电路。

6．研制成功多元逻辑8位高速数－模转换器

1991年，经王守觉倡议和在科工委有关主管部门的组织与支持下，中科院半导体所与电子部第47所，共同承担起了研制多元逻辑8位高速数－模转换器任务。1995年3月，在北京由中科院办和电子部预研局联合组织的鉴定结果表明，这一成果的电学性能已全部达到，并在部分参数上超过国际先进产品的水平。鉴定会还认为，这种国内自主产品，其电路结构属国际首创。

7．半导体神经网络的兴起与发展

1990年，正当国际上人工神经网络的研究掀起高潮之际，以王守觉为核心的半导体神经网络的研究小组，承担了“人工神经网络硬件化实现”这一“八五”攻关课题，以及“模式识别用神经网络理论研究”的预研基金课题。经过进4年的努力，在模拟与数字混合处理与纳秒高速神经突触等方面的攻关指标，已经达到，并在1995年完成半导体人工神经元的基础上，研制成了一台模拟二千万次神经联接的小型神经计算机CASSANDRA-I（预言神一号）这一“八五”攻关重大科技成果。在神经网络模型与计算方法等理论研究方面，王守觉提出了多值和多阈值神经元网络的新结构理论，和树状前馈网络模型及其自学习的新算法。这种新模型与新算法，与国际上通用的BP网络与自学习算法相比，可大大简化网络结构，并缩短自学习过程。

此后，以王守觉为核心的研究组，在国家“九五”科技攻关支持下，以CASSANDRA-I小型神经机为基础，进行了小型化、实用化与产品化的研究工作，并在专项电子预研基金支持下，对神经计算机应用于各类模式识别的问题上，进行了建立模型、推导算法与开展理论研究，获得了如下一些主要创新成果：

1. 提出了一种模式识别用网络模型与新学习算法──排序学习前向掩蔽（SLAM）模型，使模式识别神经网络的有样本训练时间比传统BP模型缩短了一个数量级。

2. 提出了模式识别用神经网络中的多阈值神经元（MTN）和方向基函数（DBF）神经元网络和优先度排序神经网络（PONN）等，使实物识别用神经网络的训练时间比（SLAM）模型再提高了一个量级。以CASSAN-DRA-I神经计算机为基础配以上述优先度排序方向基函数神经网络与算法的实物识别系统以6件实物作识别对象，从不同方向采集130多样本后，训练时间只需6.4秒，熟练后对这6件实物的正确识别率达96％，这套实物识别系统已提供六所高校作教学应用。并发表创造性论文十多篇。

3. 提出了神经网络样本去噪声建模优化法，创造性地把神经网络方法应用于半导体工业大生产的控制参数优化中；用于华晶电子集团公司的工业大生产中，成品率平均值相对提高了原基数的11.2％；经鉴定认为属国际首创，达到国际先进水平。

4. 进一步研制“九五”攻关任务高阶高精度神经计算机CASSANDRA-II，并在理论算法上作进一步研究。

5. 提出并从硬件上实现了双权值神经元网络硬件，改变了传统神经网络中每个联接只存在一个权值的概念，使神经计算机的应用途径获得了极大的拓展，也为神经网络新的进一步发展提供了有利的硬件手段。

8．走向信息科学中的仿生，开创高维仿生信息技术新方向

2000年12月，在“九五”攻关项目“CASSANN-II神经计算机”的鉴定会上，研制人员用实物模型进行现场识别，以其识别结果作为鉴定会测试组的实测结果。结果表明：正确识别率高达99%。这一结果，还导出了后来的仿生模式识别与高维空间几何分析方法的诞生（这两篇学术论文相继被评为首届与第三届中国科协期刊优秀学术论文奖），并开创了信息科学中的仿生新方向——高维仿生信息技术。在2008年，出版了该方向的第一本书《多维空间仿生信息学入门》。高维仿生信息技术，已被中科院领导同意，作为苏州纳米技术与纳米仿生研究所在仿生方面的科研方向之一。这项工作，也被中科院京区党委领导人，列入了2003年他主编出版的《科技创新案例》一书中。

 

四、王守觉主要论著

 

王守觉，来疆亮. 2008. 多维空间仿生信息学入门. 北京：工业出版社. 2008年1月

王守觉. 2002. 仿生模式识别（拓扑模式识别）——一种模式识别新模型的理论与应用. 电子学报，30（10）：1417-1420.

王守觉，曲延锋，李卫军，覃  鸿. 2004. 基于仿生模式识别与传统模式识别的人脸识别效果比较研究. 电子学报，32（7）：1057-1061

王守觉，徐  健，王宪保，覃  鸿. 2003. 基于仿生模式识别的多镜头人脸身份确认系统研究. 电子学报，31（1）：1-3.

王守觉，王柏南. 2002. 人工神经网络的多维空间几何分析及其理论. 电子学报，30（1）：1-4.

王守觉，李兆洲，陈向东等. 2001. 通用神经网络硬件中神经元基本数学模型的讨论. 电子学报，29（5）：577-580.

王守觉，陈向东，曾玉娟等. 1998. 通用前馈网络及排序学习前向掩蔽模型在模式识别中的应用. 电子学报，26（8）：1-6.

王守觉. 1996. 多值和多阈值神经元及其网络组合与应用. 电子学报，24（5）：1-6.

王守觉，李卫军，陈  旭. 2004. 单节拍浮点运算神经元的组合逻辑设计. 半导体学报，25（11）：1505-1509.

王守觉，李兆洲，王柏南等. 2000. 用前馈神经网络进行带噪声信号的去噪声建模. 电路与系统学报，5（4）：21-26

王守觉，鲁华祥等. 1997. 人工神经网络硬件化途径与神经计算机研究，深圳大学学报，14（1）(6月)

王守觉. 1999. 人工神经网络与神经计算机及其实用化. 测控技术，18（8）：1-5.

WANG Shoujue, ZHAO xingtao. 2004. Biomimetic Pattern Recognition Theory and Its Applications,Chinese Journal of Electronics, 13(3): 373-377

WANG Shoujue. 2003. A new development on ANN in China-Biomimetic Pattern Recognition theory and its application, Lecture Notes in Computer Science, Rough Sets, Fuzzy Sets, Data Mining, and Granular Computing, 2639:35-43

Wang Shou-jue，Chen Xu. 2003. Blomimetic (topological) pattern recognition - A new model of pattern recognition theory and its application, Neural Networks, 2003. Proceedings of the International Joint Conference on Neural networks , 3:2258-2262

WANG Shoujue. 1999. Priority Ordered Neural Networks with Better Similarity to Human Knowledge Representation, Chinese Journal of Electronics, 8(1):1-4

WANG Shoujue, SHI Jingpu et al. 1999. Direction-Basis-Function Neural Networks, Proceeding of IJCNN99 International Joint Conference on Neural Networks,1251-1254

王守觉. 1962. N型负阻三极管. 无线电与电子学（苏联）, 7(8): 1404-1408.

王守觉. 1962. 关于晶体管最高振荡频率有关因素的测量分析. 物理学报, 18(4): 194-205.

王守觉，孙祥义，王润梅. 1978.一种新的高速集成逻辑电路——多元逻辑电路（DYL）. 电子学报, 6(2): 43-51.

王守觉，夏永伟，孔令坤等. 1986. 一种无隔离区的DYLMOS混合集成新电路. 电子学报, 14(1): 16-20.

王守觉. 1986. 连续逻辑为电子线路与系统提供的新手段. 电子学报, 14(5): 1-11.

 

主要参考文献

 

何春藩.1998. 王守觉.// 中国科学技术专家传略——电子、通讯、计算机卷1(500-510). 中国科学技术协会编.北京：电子工业出版社

林雨，石寅，鲁华祥，曹文明.2005.王守觉院士的坎坷历程与创新人生//王守觉院士近五年工作中有关论文与成果，浙江工业大学智能信息系统研究所印.

范兴川，郑华坤. 2004. 计算机形象思维创新之路——访著名半导体与信息科学家王守觉院士//科技日报8月17日第10版（名家访谈）

 

撰写者：

        何春藩（1937～），中国科学院半导体研究所高级工程师（退休），曾任党委办公室主任、宣传科科长。

夏建白（1939～），中国科学院半导体研究所研究员、中国科学院院士，1962～1965年北京大学物理系研究生，导师为黄昆先生，1978年以后在中国科学院半导体研究所工作。