圖靈獎新得主：弗朗西絲·愛倫

2007年2月21日美國計算機協會在紐約宣布：2006年度的圖靈獎授予IBM的資深女院士弗朗西絲·愛倫（Frances E. Allen，1932-），表彰她在編譯器優化的理論與實踐方面作出的開創性貢獻。

圖靈獎評委會主席 Ruzena Bajcsy說，“她的研究幾乎影響了計算機科學發展的整個歷程，使今天在商業和科技領域內使用的許多計算技術成為可能。”

首位女性得主

圖靈獎（Turing Award）獎金數額不大，通常有10萬美元，但意義不凡，被業界公認為計算機科學領域的諾貝爾獎。它總是在下一年公布上一年的獲獎名單，并利用年會舉行頒獎儀式。

自1966年頒獎以來，已有50位男性計算機科學家獲此殊榮。40年后才迎來第一位女性獲獎者，這個時間實在來得太遲了。眾所周知，1901年開始頒發諾貝爾獎，1903年居里夫人就成為第一位諾貝爾獎的女性得主，她是該獎項第3年度的第6位物理獎得主。另外，我們知道1917年由著名報紙編輯和出版家約瑟夫·普利策出資設立的普利策獎（Pulitzer Prizes），作為美國的一種新聞、文化的多項獎金，也在1921年就迎來第一位女性得獎者愛迪絲·沃爾頓，僅過了4年。圖靈獎則過了40年。

弗朗西絲·愛倫出生于紐約州北部一個奶牛場主家庭。當年農村的生活磨練了她追求新知識的強烈愿望，她說：“我在農場的生活經歷給了我許多癡迷于解決問題的自由。”

她最初的愿望是做一名教師，就讀于紐約州立阿爾班尼師范學院（現在的紐約州立大學阿爾班尼分校），畢業后又進入密歇根大學獲得數學碩士學位。

臨近研究生畢業時，她需要償還學生貸款，而IBM公司可以解決這個困難。于是她1957年進入IBM 沃森（Watson）研究中心工作。剛開始工作時，愛倫負責教工程師使用Fortran編程語言，當時Fortran語言還是革命性的進展。但編譯器十分原始，她很快便發現大有改進的余地。

到現在半個世紀過去了。她也從當年的“仙女”（Fair Ladies，IBM 1957年的招聘小冊子上印有她的照片）成為首位女性IBM院士（IBM Fellow，1989）和榮譽院士（Fellow Emeritus，2002）。

專注編譯優化

從20世紀60年代開始，她就集中精力關注編譯優化和高性能并行計算系統。許多人知道IBM公司的約翰·科克（John Cocke，1925-），卻不知道弗朗西絲·愛倫是誰。其實，他們都是IBM大型計算機及其編譯器研究的核心人物。20世紀60年代，愛倫與科克一起領導開發了IBM的第一臺超級計算機STRETCH系統，不僅親手實現了許多她提出的優化算法，還實現了IBM的第一個優化程序的符號調試器。我們知道，約翰·科克獲得了1987年度的圖靈獎。

弗朗西絲·愛倫發表過一系列奠基性的論文。例如1969年的“程序優化”，1970年的“控制流的分析”，1972年的“優化變換的綱要”，1974年的“過程間的數據流分析”，1975年的“程序優化的文獻列表”，1976年的“程序數據流分析的過程”，1980年的“實驗編譯系統”，1981年的“操作強度的減弱”等，奠定了數據流分析、控制流分析、基于有向圖的程序優化方法、過程間的分析等編譯器優化的基礎。

20世紀80年代，弗朗西絲·愛倫進行了并行轉換PTRAN (Parallel Translations)的開發，通過并行處理去獲得高性能的計算，讓用戶有能力訪問高性能計算機。她的研究工作為目前用于天氣預報、DNA匹配、分析情報的高速計算機系統提供了基礎。

促進并行計算

當前，我們進入了多核與多重處理的時代，這種在多個處理器上運行軟件來提高系統速度和效率的方法，更具有特殊的現實意義。

大家知道，英特爾曾經以不斷提高頻率的方式改進芯片的性能，這使得功耗增加而散熱不良。于是提高頻率的方式受阻，轉而采用了多核的微體系結構。它擴展了率先在移動奔騰處理器中提倡的高能效理念，并通過NetBurst微體系結構特性進行了改進，這就是酷睿微體系結構（Core 2），這一領先的高能效、低功耗、高性能和可擴充的發展藍圖將成為未來服務器、臺式機和移動多核處理器的基礎。展望未來，我們將可以在相同的硅核內放置4倍或更多的內核，這些內核又都是非常節能的。我們根據實際情況對任務進行拆分，使其同時在多個內核上執行，就可以大大提高計算機的性能。

我們看到，50年前弗朗西絲·愛倫開創的編譯器研究，她在多機系統中的廣泛經驗將直接影響到多核環境。這將有力地支持構建、編譯、調試和優化針對多核平臺的線程代碼。現在已經是改動兩條獨立指令的執行順序都可以對程序性能造成明顯影響的時代了。除全新的語言外，現有的語言也可以改進為支持面向多核平臺的線程。這樣就既可以使用C++和Fortran等熟悉的語言來擴展并行編程，也可以用支持全新硬件能力的新語言來開發多重應用軟件。

愛倫的工作為今天創造多核的流程打下了基礎。大家熟悉的亂序執行、分支預測、管道優化、緩存優化、自動并行化、基于數據流的全局優化……這些技術都需要復雜的分析。我們對編譯器應該刮目相看了，舊時的編譯正在并行化中獲得新生。

酷愛旅游登山

愛倫于2002年退休，那年她獲得了愛達（Lovelace Ada）獎。她一直致力于鼓勵女性從事計算機科學的教育項目。例如，美國有一個紀念格瑞斯·霍普的計算婦女大會（Grace Hopper Celebration of Women in Computing Conference），1994年第1次大會在華盛頓召開，后來1997年在圣何塞、2000年在麻省、2002年在溫哥華、2004年在芝加哥、2006年在圣迭戈，一共開過6次年會。今年10月將在佛羅里達舉行第7次年會，主題是“我發明未來（I Invent the Future）”。會上弗朗西絲·愛倫將成為大家矚目的中心，她將獲得格瑞斯·霍普獎。我們相信，她的一系列獲獎必將激勵女青年攀登計算機科學的高峰。

弗朗西絲·愛倫酷愛旅游、登山、冒險。她是美國登山俱樂部及加拿大登山俱樂部的會員。她說：“登山讓我保持活力。我喜歡探險一類的事情，我喜歡探索新方法，新空間以及世界遙遠的角落。我已經去過西藏高原，也曾游歷過不丹和蒙古。我喜歡觀察的，正是我們身邊這些奇妙之地。我喜歡挑戰，但這并不適合每個人。”

對于下一個旅游目的地，她說：“我準備去一趟印度。我想利用這次得圖靈獎的機會，讓我有一些改變，或者至少向人們帶去婦女也有成功機會，技術行業也有很好的發展機會的信息。因為，我認為，我們正在接近一個計算機時代的開始。”