全球首位圖靈獎女性得主、首位 IBM 女院士弗朗西斯·艾倫(Frances Allen),因阿爾茨海默病併發症去世,去世當天是 8 月 4 日,正好是她 88 歲生日。
圖|弗朗西斯·艾倫(Frances Allen)
艾倫的主要研究方向是編譯器優化,編譯器是一種程序,可以將用計算機語言編寫的指令,轉換為由機器執行的程序。
親自見過艾倫的伊利諾伊大學香檳分校計算機科學系的助理教授、《麻省理工科技評論》2020 年度全球 「35 歲以下科技創新 35 人」 上榜者李博回憶稱:「我博士期間曾有幸去IBM,給她老人家講過一次我的研究課題,她人非常 nice,也很有耐心。」
對於艾倫的離開,李博也很惋惜:「弗朗西斯·艾倫是編譯原理的鼻祖,她的離開是計算機乃至整個科學領域的一個損失。艾倫在編譯系統架構和優化並行等方面的開創性研究,對我們當今計算機發展有着深遠的影響。她一生潛心研究,提攜了許多後輩,是學術研究和教育行業的『雙重』楷模,其學術成果及科學精神將繼續影響更多後輩。」
對於她的不幸去世,中國科學院計算技術研究所研究員、國內編譯器專家馮曉兵告訴DeepTech:「弗朗西斯·艾倫的去世非常令人惋惜,像她這樣的業界巨擘寥寥無幾。艾倫本身也是計算機科學的先驅之一,其在編譯系統架構、程序分析、優化技術等方面做出的開創性和基礎性工作至今影響深遠。其於 2007 年斬獲圖靈獎可謂實至名歸。此外,艾倫長期致力於鼓勵女性、特別是青年女性投身於科學(包括計算機科學)事業,這也是她令人心生敬佩的另一原因。」
而最初艾倫投身計算機科學領域,起源於一場「意外」。
「誤打誤撞」 進入 IBM
1954 年,艾倫從紐約州立大學奧爾巴尼分校,獲得數學學士學位後,來到當地一所中學教書。為獲得工作所需的認證,在中學工作兩年後,她進入密歇根大學學習數學,並於 1957 年獲得數學碩士學位。
當時,IBM 恰好來到密歇根大學做校園招聘,出生於普通家庭的艾倫,為償還讀研欠下的債務,決定加入 該公司 做程序員。但她原本把 IBM 的 offer 當作 「一次性工作」,打算還完債務後就離開 IBM,結果一待就是半輩子。
其在 IBM 的第一項工作,是教給新員工 FORTRAN 語言的基礎知識(FORTRAN 是Formula Translation 的縮寫,意為 「公式翻譯」)。如今,FORTRAN 已經是最古老的計算機語言之一,但在當時這是 IBM 引入的全新高級編程語言。和 FORTRAN 的接觸,也是艾倫從事高性能計算編譯器的開始。
繼該項目之後,她的另一代表項目,是 1960 年代初的 Stretch-Harvest 計算機項目,該項目旨在處理美國國家安全局(National Security Agency,NSA)的機密密碼破解和情報收集工作。日後,該項目為 NSA 服役了長達 14 年。
完成 NSA 的項目後,她參與了 IBM 的高級計算系統項目,期間她設計並構建出一套編譯器優化組件。基於這項工作,艾倫於 1966 年發表一篇圍繞 「程序優化」 的開創性論文,該論文描述了一個可用於程序評估和程序優化的新框架。
1970 年,艾倫發表一篇主題為 「控制流分析」 的論文,並提出 「間隔(intervals)」 和 「節點優勢關係(node dominance relations)」的概念,這對此前該領域的研究,做出了重要改進。
兩年後,她在另一篇論文《優化轉換目錄》「A Catalog of Optimizing Transformations」 中,首次提到系統化編譯器優化轉換。該論文的合作夥伴是她在 IBM 同事約翰·科克(John Cocke),後者曾被譽為 「RISC 體系結構之父」。
1980 年至 1995 年期間,艾倫領導着一個研究並行計算科學的團隊,該團隊曾提出獨創性想法——用低成本、高性能的微處理器來進行並行處理(Parallel Processing)。
除本職工作以外,艾倫還是 IBM 的熱心導師,在職期間她一直努力培養女性的計算機科學興趣。1989 年,她成為首位女性 IBM 終生院士(IBM Fellow Emerita),IBM Fellow 也是該公司技術人員的最高榮譽,此外她還是 IBM 技術研究院的主席。
此後多年,她在全球各地不斷發表講話,以敦促女性從事科學技術工作。2000 年,為表彰她的努力,IBM 以她的名字設立了 Frances E. Allen 科技女性導師獎。
2002 年,在 IBM 工作 45 年後,艾倫退休,但她仍然是該公司的榮譽員工。
圖|弗朗西斯·艾倫老年照片
世界首位圖靈獎女性得主
艾倫去世的第二天,IBM 研究院專門撰文懷念。
IBM 研究院院長達里奧·吉爾(Dario Gil)也在郵件中向其致敬,他說艾倫將被銘記為計算領域的先驅,她在優化編譯器領域做出了開創性貢獻。達里奧·吉爾還表示,她在 IBM 也留下了不朽烙印,這不僅基於她的技術遠見和技術遺產,更是因為她給別人帶來了啟發和幫助,尤其是在激發女性從事科學的熱情方面。
圖|IBM 緬懷艾倫的文章
2006年,因 「在優化編譯器技術的理論和實踐領域做出先驅性貢獻,奠定了現代優化編譯器和自動並行執行技術的基礎」,艾倫成為圖靈獎自 1966 年設立以來的、第一位女性得主。此後至今,只有另外兩名女性獲得該獎項:2008 年的芭芭拉·里斯科夫(Barbara Liskov)和 2012 年的沙菲·戈德瓦瑟(Shafi Goldwasser)。另外,她還獲得了計算機女性協會頒發的 Augusta Ada Lovelace 獎。
除圖靈獎外,艾倫還曾獲得許多其他榮譽。
2020 年初,IBM 和電氣和電子工程師協會(IEEE),合作設立 IEEE Frances E. Allen 獎章,艾倫和其他數十位科學名人已經獲得該獎章,該獎章將於 2022 年在 IEEE 榮譽典禮上首次頒發,據悉這也將是 IEEE 的最高獎項,而她獲獎理由是畢生致力於開發計算領域並開拓新突破,以及專註於激勵年輕人、特別是女性來從事和她一樣的工作。
除在 IBM 工作以外,艾倫還是美國國家工程院、美國哲學學會、美國藝術與科學研究院的成員,同時也是計算機科學協會(ACM)、IEEE和計算機歷史博物館的院士。憑藉在計算領域的傑出貢獻,她已被授予兩個榮譽博士學位,並被選入國際科技女性名人堂(WITI,Women in Technology International)。
具體來說,艾倫的成果意義在於,自二十世紀五十年代末以來,在大型主機上工作的程序員,需要逐行手動編寫程序,並且還得花時間調整慢速軟件,而這會導致軟件出現錯誤。而軟件編譯器的出現,允許程序員對軟件進行自動優化,從而節省寶貴時間。
艾倫作為編譯器組織和優化算法的先驅,其在並行計算方面的工作,至今仍處於編譯器研究的前沿。她通過把並行計算轉移到 STRETCH HARVEST 編譯器、COBOL 編譯器等產品之中,從而讓並行計算得到簡化。與此同時,艾倫作為編譯器組織和優化算法的先行者,為編譯器優化技術奠定了基礎,在計算機領域做出了開拓性貢獻。
加州大學伯克利分校名譽電子工程和計算機科學教授里卡納(Ricana Bajcsy)對媒體表示,艾倫的工作給編譯器設計和機器體系結構帶來顯著進步,而這些進步是現代高性能計算的基礎。里卡納認為,她的貢獻涵蓋了計算機科學的大部分歷史。她以一己之力,影響整個計算機發展歷程。
而艾倫的人生,也頗為勵志。
出生農場家庭,被啟蒙老師激發數學興趣
1932 年 8 月 4 日,適逢美國大蕭條時期,艾倫出生於美國紐約州秘魯鎮的一個農場家庭,父親是一位農民,母親則是小學教師,家中 6 個孩子,她排行老大。
她的幼年生活很是清貧,從小和家人住在一間沒有電、也沒有暖氣的農舍中,但她非常熱愛學習,大部分時間都在讀書。高中時,一位老師激起了她的數學興趣,這也為她後續從事計算機研究奠定基礎。
個人生活上,艾倫曾與計算機科學家雅各布·施瓦茲(Jacob Schwartz)合作。施瓦茲曾以訪問學者的身份來到 IBM 公司,與艾倫和約翰·科克合作,三人在編譯器優化、軟件工具等方面做了許多開創性工作。
艾倫後來成為施瓦茲的第二任妻子,兩者於 1972 年結婚,這段婚姻最終以勞燕分飛告終。施瓦茲也因患上肝癌,於 2009 年撒手人寰。
科學家身份之外的艾倫,還是一位探險家,她是美國高山俱樂部和加拿大高山俱樂部的成員,曾作為中美聯合西部登山探險隊的隊員,三次到訪中國。
她還曾探索加拿大第一大島、世界第五大島嶼巴芬島(Baffin Island)。2008 年,她告訴美國國家新聞社:「在巴芬島(Baffin Island)的探索之旅中,我們的團隊進行了六次首次登頂,繪製了未知的山脈。在加拿大北極群島(Arctic Archipelago)之旅中,我們建立了穿越該島的新路線。」
不過,探險只是艾倫的業餘興趣,她認為自己長達半個世紀的計算研究經驗,才是一次真正的旅行。斯人已去,願她安息。