Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность

Подождите немного. Документ загружается.

§ 2.7] ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В СССР 101

Мини-ЭВМ. Второе семейство, воспроизводившее архитектуру и

систему команд популярных компьютеров фирмы DEC, должно было

покрыть потребность страны в мини-компьютерах, оно обозначалось

СМ ЭВМ – Система малых ЭВМ. Функции головной организации в

программе СМ ЭВМ выполнял созданный И. С. Бруком ИНЭУМ – Ин-

ститут электронных управляющих машин, возглавляемый с 1967 года

Борисом Николаевичем Наумовым (1927–1988). В рамках этого семей-

ства были разработаны и выпускались массовыми тиражами программ-

но-совместимые с PDP-11 16-разрядные СМ-3 (1978 г.), СМ-4 (1979 г.),

СМ-1420 (1983 г.), СМ-1425 (1989 г.). Впоследствии был освоен выпуск

32-разрядных СМ-1700, совместимых с VAX-11.

СуперЭВМ. Семейство суперЭВМ, значительно меньшее по объе-

мам производства по сравнению с ЭВМ общего назначения и ориенти-

рованное на специфические области применения, оказалось менее зави-

симым от мирового стандарта программного обеспечения, поэтому

здесь разработчики получили большую свободу. И хотя в знаменитом

ИТМ и ВТ, по праву возглавившем программу создания отечественных

суперкомпьютеров, имелся уникальный опыт разработки полностью

оригинальной БЭСМ-6 с быстродействием 1 MFLOPS, но и это дости-

жение на фоне мирового опыта выглядело не слишком внушительным:

к середине 1970-х годов производительность зарубежных суперЭВМ,

производимых фирмами Cray и Burroughs, уже приближалась к

200 MFLOPS. Таким образом, и в линии суперкомпьютеров также ви-

Мини-ЭВМ СМ-4 (1979 г.)

102 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

делась целесообразность заимствования передовых архитектурных ре-

шений, хотя оставалась возможность любых отступлений. По этому

поводу в институте произошел раскол.

Группа разработчиков, возглавляемая Всеволодом Сергеевичем

Бурцевым (р. 1927), сменившим в 1973 году на посту директора леген-

дарного С.А. Лебедева, и Борисом Арташесовичем Бабаяном (р. 1933),

взяла за основу архитектуру Burroughs и, отталкиваясь от нее, начала

разработку серии высокопроизводительных многопроцессорных вы-

числительных комплексов (МВК) «Эльбрус». В 1979 году были закон-

чены работы по созданию МВК «Эльбрус-1» общей производительно-

стью 15 MFLOPS, в 1985 году успешно завершены государственные

испытания десятипроцессорного МВК «Эльбрус-2» производительно-

стью 125 MFLOPS. Хотя «Эльбрусы» создавались в основном для нужд

советской системы ПРО, эти машины считались универсальными и

могли применяться не только для оборонных целей, но и в крупных вы-

числительных центрах, работающих на науку и промышленность.

Вторая группа специалистов во главе с Владимиром Андреевичем

Мельниковым (1928–1993) считала более перспективной архитектуру

Cray. Когда руководство института их не поддержало, эта группа ушла

из ИТМ и ВТ и продолжила работу над «красным Креем» в КБ «Дель-

та» Министерства электронного машиностроения. В 1985 году опытный

образец машины, получившей название «Электроника СС БИС» и

имевшей много усовершенствований по сравнению с прототипом, ус-

пешно прошел испытания. В однопроцессорном варианте она обеспе-

чивала производительность до 250 MFLOPS, что для середины 80-х

вполне отвечало суперкомпьютерному уровню. Однако готовая машина

появилась только в 1989 году, когда ее элементная база уже устарела, а

быстродействие сильно отставало от мировых стандартов для высоко-

производительных систем. Всего к 1991 году было изготовлено четыре

экземпляра «Электроники СС БИС».

Нельзя сказать, что принятые «в верхах» радикальные решения по

реорганизации советского компьютеростроения поддерживались всеми

специалистами. Многие считали, что копирование среднего уровня

(секреты перспективных разработок тщательно охранялись западными

фирмами и были недоступны) и разрушение сложившихся конструк-

торских школ навсегда отбросит нас в арьергард технического прогрес-

са. Их оппоненты, наоборот, уверяли, что патриотизм в технике неуме-

стен, высоким технологиям можно научиться, лишь следуя передовым

образцам. Нужно быстро догнать Запад, а потом, опираясь на неисчер-

§ 2.7] ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В СССР 103

паемый российский интеллект и преимущества социалистической сис-

темы хозяйства, перегнать его.

Кто был прав, однозначно нельзя сказать даже сегодня, спустя

30 лет. К положительным результатам выбранного пути следует отне-

сти следующие:

• технологическое отставание по компьютерам действительно

удалось сократить примерно до 5 лет. В стране быстрыми тем-

пами развилась промышленность средств вычислительной тех-

ники, были построены новые заводы, существенно расширены

действующие. Спрос на машины общего назначения в основном

был удовлетворен. Ежегодно выпускалось 800–1200 ЕС ЭВМ в

самой различной комплектации. Около 20% от выпуска постав-

лялось Министерству обороны, шел устойчивый экспорт в

страны социалистического содружества и государства «третьего

мира» – Индию, Вьетнам, Китай, Кубу, страны Ближнего

Востока. Всего за 1970–90-е годы было выпущено около

15000 мэйнфреймов третьего поколения (для сравнения: ЭВМ

первого и второго поколений было произведено в стране всего

около 6000);

• вместе с IBM- и DEC-совместимыми компьютерами пользова-

тели получили доступ к громадному массиву соответствующего

программного обеспечения. Нужно сказать, что в СССР в то

время никто и слова не говорил об интеллектуальной собствен-

ности на программное обеспечение. Пакеты программ любыми

правдами и неправдами добывали за границей, переводили до-

кументацию на русский язык, придумывали новые названия и

пускали в оборот. Если отвлечься от морально-правовых оценок

этого государственного пиратства, которым занимались целые

институты, то следует признать, что благодаря ему уровень про-

граммирования в СССР совершил резкий подъем. Программи-

сты смогли использовать современные компиляторы, операци-

онные системы, системы управления базами данных и многое

другое;

• параллельно с началом работ над совместимыми компьютерами

хлынул поток переводной технической литературы. Это позво-

лило в короткий срок организовать массовую подготовку спе-

циалистов. Как показал опыт предыдущих отечественных раз-

работок, написание и издание учебников и другой специальной

литературы – едва ли не самый медленный процесс в жизнен-

104 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

ном цикле вычислительной техники. Например, доступные мас-

совому читателю книги по машине БЭСМ-6 и ее программному

обеспечению появились уже тогда, когда машина начала мо-

рально стареть.

Негативные последствия принятых решений также существенны:

• проект создания ЕС ЭВМ затянулся и потребовал слишком

больших затрат. Большого и быстрого скачка не получилось,

так как отечественная элементная база была намного хуже за-

падной. Микроэлектроника – это вершина огромного техноло-

гического айсберга, захватывающего многие отрасли машино-

строения. Для получения качественного конечного продукта не-

обходима высочайшая культура производства, которую не мог-

ла обеспечить советская электронная промышленность. В ре-

зультате комплектующие изделия не выдерживали сложности

архитектуры IBM, машины получались ненадежными и очень

дорогими;

• психология подражания действительно сковывала инициативу

отечественных специалистов и разрушила многие сложившиеся

научные школы;

• при использовании пиратских программных продуктов посто-

янно возникали проблемы с русским языком. Как показывает

практика, корректно решить задачу локализации сложных сис-

тем может только сам производитель, однако для этого необхо-

димы информационная открытость и легальный рынок про-

граммного обеспечения.

По меткому выражению В.М. Глушкова, в каждом большом деле

есть пять обязательных стадий: шумиха, неразбериха, поиски винов-

ных, наказание невиновных и награждение непричастных. Повальная

компьютеризация всей страны в 1970–80-е годы прошла их все. Она не

дала чудодейственного экономического эффекта, на который рассчиты-

вали власти, но сформировала ту среду, в которой впоследствии без

излишнего ажиотажа стала развиваться информатика. В частности, во

многих вузах были открыты специальности компьютерного профиля,

профессия программиста стала массовой, а опыт общения с зарубеж-

ным программным обеспечением сделал для них практически незамет-

ным последующий крах отечественного компьютеростроения.

В конце 1970-х – начале 1980-х годов в мире

произошла микропроцессорная революция (о ней

мы будем говорить в следующем параграфе), и

Крах и надежды

(1990-е годы)

§ 2.7] ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В СССР 105

на западный рынок хлынули персональные компьютеры. Следуя стра-

тегии подражания, наша электронная промышленность попыталась их

воспроизвести. Однако технологиче-

ское отставание по электронным со-

ставляющим и по точной механике

было столь значительным, что отечест-

венные (ЕС-1840, 1841) и другие со-

циалистические модели персональных

ЭВМ, например Mazovia (Польша),

«Прайвец» (Болгария), не шли ни в

какое сравнение с западными. К радо-

сти производителей, границы пока бы-

ли закрыты, предприятия, выпускав-

шие эти компьютеры, не испытывали

реальной конкуренции, рынок сбыта

им был обеспечен принудительно.

Политические и экономические потрясения начала 90-х годов в

корне изменили ситуацию. Кончилась холодная война, распался СССР,

за ним весь социалистический лагерь вместе с СЭВ. Открылись грани-

цы, Россия стала входить в мировой рынок с его жесточайшей конку-

ренцией. В этих условиях отечественные ЭВМ гражданского назначе-

ния оказались совершенно неконкурентоспособными и были мгновенно

сметены с рынка. В течение нескольких лет страну наполнили ширпот-

ребовские импортные компьютеры всех возможных разновидностей.

Отечественная электронная промышленность фактически перестала

существовать, государственное финансирование научно-исследователь-

ских и конструкторских работ практически прекратилось, отдельные

энтузиасты и фирмы наладили сборку по «отверточной» технологии

персональных компьютеров из импортных комплектующих, многие

талантливые конструкторы уехали за границу или сменили род дея-

тельности.

Вместе с тем на фоне общего упадка появились островки стабиль-

ности и даже прогресса, вселяющие надежду на будущее возрождение

отечественного компьютеростроения.

Прежде всего это относится к военной технике, которая по опреде-

лению не может быть целиком зависимой от импорта. Производство и

разработка ЭВМ специального назначения продолжается, в частности,

не утерян богатейший опыт, приобретенный разработчиками бортовых

вычислительных устройств для авиации и космонавтики.

Отечественный персональный

компьютер ЕС-1840 (1986 г.)

106 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

Аналогичная ситуация складывается в области создания отечест-

венных суперкомпьютеров. Это критически важно не только для обо-

роны, но и для фундаментальной науки, многие направления которой

немыслимы без трудоемких вычислений. Хотя в 1980–90-е годы в Рос-

сию правдами-неправдами попало несколько зарубежных ЭВМ относи-

тельно высокой мощности, наши заокеанские партнеры, несмотря на

уверения в дружбе и сотрудничестве, не отменили эмбарго на поставку

в Россию компьютерной техники с производительностью выше

10 GFLOPS. В связи с этим работы по проблеме высокопроизводитель-

ных вычислений продолжились в нескольких направлениях.

Первое направление зародилось на базе ИТМ и ВТ – колыбели оте-

чественного компьютеростроения. После того как резко снизилось го-

сударственное финансирование, большая группа разработчиков во гла-

ве с Б.А. Бабаяном стала активно искать зарубежных инвесторов с це-

лью реализации передовых отечественных идей на современной запад-

ной технологии. В их активе была закончившаяся в 1991 году разработ-

ка 16-процессорного «Эльбруса-3», содержащего самые передовые ар-

хитектурные решения и по своей производительности (10 GFLOPS)

опережавшего современный ему Cray Y-MP. Однако реализованный в

стенах ИТМ и ВТ экземпляр был собран на элементах устаревшей

2-микронной технологии. Громоздкий шкаф с 15 млн транзисторов и

около 3 тыс. схем средней и малой интеграции вполне мог быть «упа-

кован» в 2–3 чипа. В 1992 году работами российских ученых заинтере-

совалась фирма Sun Microsystems. Был создан «Московский центр

SPARC-технологий» (МЦСТ), который, объединившись с некоторыми

другими фирмами в группу компаний «Эльбрус», осуществляет ряд ус-

пешных проектов для отечественных и зарубежных заказчиков. Среди

них процессор «Эльбрус-2000» (Е2k), в котором в доработанном и усо-

вершенствованном виде воплощены на кристалле основные принципы

«Эльбруса-3».

Другое направление основано на идее интеграции большого числа

не самых мощных, но относительно дешевых стандартных процессоров.

В 2001 году в Московском Межведомственном суперкомпьютерном

центре состоялся запуск 768-процессорного суперкомпьютера МВС-

1000М, построенного на серийных микропроцессорах DEC Alpha-

21264A 667 МГц. Пиковая производительность этого вычислителя со-

ставляет 1000 GFLOPS = 1 TFLOPS и допускает дальнейшее наращи-

вание.

§ 2.7] ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В СССР 107

Наиболее значимое достижение в данном направлении связано с

созданием семейства суперкомпьютеров под общим названием «Скиф»

в рамках сотрудничества российской и

белорусской академий наук. От россий-

ской стороны ответственным исполни-

телем является Институт программных

систем в г. Переяславле-Залесском, а от

Республики Беларусь – объединение

«Кибернетика». Целью работ является

создание кластеров с пиковой произво-

дительностью в сотни GFLOPS. К прак-

тической реализации программы при-

ступили осенью 2000 года, а презента-

ция двух работающих вычислительных

систем состоялась уже в мае 2001 года.

По основным параметрам «Скиф» не

уступает зарубежным аналогам в своем

классе компьютеров, а по соотношению

цена/производительность намного их

превосходит. Осенью 2004 года старшая

в ряду «Скифов» система К-1000, вклю-

чающая 288 двухпроцессорных вычислительных узлов на базе

64-разрядных процессоров AMD Opteron с частотой 2200 МГц, показа-

Вычислительный кластер МВС-1000М

Суперкомпьютер «Скиф К-500»

(2003 г.) на базе 128

процессоров Intel Xeon

показал производительность

700 GFLOPS

108 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

ла производительность 2500 GFLOPS и вошла в рейтинг-лист Top-500,

заняв в нем 98-е место.

Еще одна область исследований, в которой российские ученые мо-

гут вполне успешно конкурировать с зарубежными, связана с созданием

процессоров нетрадиционной архитектуры, в частности специализиро-

ванных вычислительных устройств для обработки изображений, циф-

рового телевидения, охранных систем и т.п. В качестве примера можно

привести удачную презентацию московской фирмы НТЦ «Модуль» на

нескольких международных выставках в 2000–2002 годах. Разработан-

ные ею оригинальные спецпроцессоры предназначены для встраивания

в системы наблюдения за дорожным движением в реальном масштабе

времени, кодирования-декодирования видеопотоков, построения слож-

ных нейрокомпьютерных систем. Похожие разработки ведутся в не-

скольких других творческих коллективах, их научно-технический уро-

вень не уступает мировому, однако только время сможет ответить на

вопрос, способна ли в целом наша страна снова выйти на передовой

край научно-технического прогресса.

Бортовая система мониторинга дорожной обстановки

на базе видеопроцессоров НТЦ "Модуль"

§ 2.8] МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ 109

§ 2.8. Микропроцессорная революция

Рассматривая до конца драматическую историю советского компью-

теростроения, мы вынужденно нарушили историческую последователь-

ность изложения, забежав в 1980–90-е годы. Теперь снова вернемся на

рынок западной вычислительной техники, который мы оставили в сере-

дине 1970-х годов. В это время ситуация на компьютерном рынке каза-

лась стабильной и легко прогнозируемой. Корпорация IBM по-

прежнему доминировала, успешно продавая ЭВМ четвертого поколе-

ния 370-й серии. Цены на машины удерживались высокие, гарантируя

высокие прибыли; например, IBM 370/148 стоила в 1977 году 750 тыс.

долларов. Легкие неприятности, вызванные появлением мини-

компьютеров PDP-8 и PDP-11, забылись.

Кроме производителей IBM-совместимых машин, процветали мно-

гочисленные лизинговые компании. Пример – фирма Itel («Айтел», не

путать с Intel), доход которой с 1974 по 1978 год вырос в 4 раза и соста-

вил 690 млн долларов. Когда, развивая деятельность, фирма в 1978 году

запросила кредит на 500 млн долларов, банковские эксперты, оцени-

вавшие рыночную конъюнктуру, не заметили ни облачка.

Гром раздался среди ясного неба. В 1980 году вышеупомянутая Itel

обанкротилась с убытками 1,2 млрд долларов, за ней на дно пошли дру-

гие лизинговые и производящие мэйнфреймы фирмы, а «непотопляе-

мая» IBM понесла огромные убытки.

Что же произошло? Это грянула микропроцессорная революция.

Не предсказанная никем, технологическая революция тем не менее

произошла далеко не случайно, она

долго вызревала в тиши лабораторий и

экспериментальных цехах молодых и

пока никому не известных фирм.

Вот основные вехи хроники первых

лет микропроцессорной революции:

1948 год. Вильям Шокли

(Schockley, William;

1910–1989), Джон

Бардин (Bardeen, John; 1908–1991) и

Вальтер Браттейн (Brattain, Walter;

1902–1987) из Bell Laboratories изобре-

ли транзистор (Нобелевская премия по

физике 1956 г.).

Вильям Шокли (1910–1989),

Джон Бардин (1908–1991) и

Вальтер Браттейн (1902–1987)

110 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

1955–1960-е годы. Возникновение полупроводниковой промыш-

ленности. Первый шаг был сделан самим изобретателем транзистора

Вильямом Шокли. В 1955 году он вернулся в свой родной городок Пало

Альто (Palo Alto) недалеко от Сан-Франциско и

основал там фирму Shockley Labs Inc., пригласив

к себе в помощники восемь молодых талантли-

вых сотрудников из восточных штатов – Роберта

Нойса (Noyce, Robert; 1927–1990), Гордона Мура

(Moore, Gordon; р. 1929), Шелдона Робертса

(Roberts, Sheldon) и др. Однако через два года, в

1957 году, «восьмерка предателей», не поладив с

Шокли, ушла от него и организовала фирму

Fairchild Semiconductor. Впоследствии члены

восьмерки продолжали разбегаться, основывая

собственные полупроводниковые компании

вдоль 50-мильного участка шоссе номер 101,

проходящего по долине от Сан Хосе до Сан Франциско. За несколько

лет здесь образовалась уникальная концентрация высокотехнологичных

производств и исследовательских центров, получившая название

«Кремниевой (Силиконовой) долины».

1958 год. Джек Килби (Kilby, Jack; р. 1923) из Texas Instruments соз-

дал первую экспериментальную интегральную микросхему, содержа-

щую 5 германиевых транзисторов (Нобелевская премия по физике за

2000 год). В следующем году Роберт Нойс усовершенствовал ее, разра-

ботав тонкопленочную технологию на основе кремния. Вместе с Гор-

доном Муром они ушли из Fairchild Semiconductor и основали в Сили-

коновой долине фирму Intel (от INtegrated ELectronics).

Первый транзистор

Экспериментальная микросхема Килби содержала

5 германиевых транзисторов, отдельные ее части соединялись

золотыми проводниками и скреплялись воском