c o p y r i g h t p r o g r a m m i n g d e s i g n e d by ZORBI
Т р о и ц к г
С с ы л к и
С ч е т ч и к и
..:: Статьи ::..
Компьютерный антиквариат
Не знаю, как у тебя, а у меня аббревиатура "ЭВМ" четко ассоциируется с детским воспоминанием - школьной аудиторией, полной убогих ЭВМ (именно ЭВМ, а не компьютеров) образца 80-х годов. Да, на фоне появившихся в то время первых PC эти машинки выглядели более чем блекло, в связи с чем у многих (да и у меня тоже) возникло предубеждение против отечественных производителей компьютеров. Однако ошибочно полагать, что российские разработки всегда так сильно отставали от иностранных аналогов, было и у нас в стране время, когда выпускаемые машины могли составить серьезную конкуренцию иностранным моделям. Сегодня я попытаюсь осветить ход развития отечественной кремниевой отрасли - с момента ее зарождения в начале 50-х по сегодняшний день. Рассказ будет проиллюстрирован фотографиями кишок модели ДВК-7 вы¬пуска 1985 года. Ну что, интересно, что там ВНУТРИ?
Мегатонные мастодонты
Начало 50-х, только что отгремела война, в стране разруха и голод. Сколько же оптимизма, усердия и гениальности надо иметь, чтобы в таких условиях успешно заниматься научной новаторской деятельностью! Сколько сил надо вложить, чтобы проталкивать свои разработки через множество инстанций, убеждать начальство в обоснованности и необходимости денежных вливаний и при этом оправдывать их, добиваясь умопомрачительных результатов! Это под силу только сплоченному идеей коллективу, людям, готовым полностью отдаться какому-то делу, чтобы добиться результата. Такой коллектив под руководством гениального советского ученого САЛебедева и занимался в те нелегкие дни разработкой первых в стране ЭВМ. Теперь встань на их место - как это, собрать компьютер из тонны электронных ламп, конденсаторов и резисторов, не имея никакого опыта? На это потребовались годы исследований, результатами которых стала первая в СССР Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ). Следует заметить, что страна тогда была почти в полной - даже научной - изоляции от внешнего мира, и в момент проектирования этой машины разработчики не имели доступа к работам Фон Неймана, предложившего математико-логический макет универсальной модели вычислительной машины. Однако советские ученые в своей разработке реализовали именно его, пусть и в несколько модифицированном виде. Машина занимала целое крыло здания и находилась в комнате площадью 60 квадратных метров - едва ли такую махину можно назвать "малой" :). Система имела около 6 тысяч электронных ламп, трехадресную систему команд, одно арифметическое устройство на базе триггерных ячеек, запоминающее устройство могло хранить 94 слова по 16 разрядов - 188 байт. Машина могла выполнять около 3000 операций в секунду - неслыханная производительность для тех лет, поэтому сразу после презентации на ней стали решать задачи баллистики - оборонная промышленность тогда только набирала обороты и нуждалась в вычислительных мощностях. С этого момента началась серьезная работа по разработке уже большой счетной машины (БЭСМ), которая и была разработана коллективом Лебедева в 1953 году. Одновременно с Лебедевым некоторые другие ученые разрабатывали аналогичные системы, но после завершения работ над БЭСМ их разработки потеряли смысл. Новая машина динамично развивалась. На смену громоздкой памяти на ртутных столбцах приходит более компактная и быстрая на ферритах, растет производительность, совершенствуются внешние носители данных, в машинную арифметику вводятся действительные 39-разрядные числа, производительность достигает 10 тысяч операций в секунду - серьезная планка, которая сделала эту машину самой быстродействующей в Европе на тот момент. В это же время Б.И.Рамеев занимается разработкой другого успешного проекта "Стрела" - эта более дешевая, компактная, но и менее производительная машина впервые была запущена в серийное производство, и поэтому именно с ней связано начало интеграции высоких технологий в науку. Созданные в единичных экземплярах МЭСМ-1, БЭСМ-1, М1, М2, а также семь "Стрел" безжалостно эксплуатировались: 362 дня в году (кроме 1 мая, 7 ноября и Нового года) машины производили расчеты в области ядерной физики, аэродинамики, дифференциальных уравнений, теории оптимизации, искусственного интеллекта, кибернетики и прочих приоритетных отраслей науки. План расчетов утверждался - ни больше ни меньше - на министерском уровне! Параллельно начинается работа по подготовке профессиональных программистов - в 1954 году мехмат МГУ впервые выпустил студентов, прослушавших университетский курс информатики. В 1957 году начат выпуск другой выдающейся советской машины - Урал-1. Именно на этом компьютере обсчитывались первые советские космические проекты, эта машина сыграла большую роль в научно-техническом прогрессе. В 1958 году увидела свет "самая быстрая в мире" машина Лебедева М-20. Созданная ведущими инженерами страны, машина действительно представляла собой совершенное техническое решение с производительностью 20000 операций. Такая производительность не сказалась на размерах машины - применяя массу хитроумных инженерных решений, разработчикам удалось сократить число ламп до 1600, повысив надежность компьютера. Под руководством выдающегося ученого М.Р.Шуры-Буры было реализовано множество программных пакетов для этой платформы, помогающих наиболее эффективно использовать ресурсы системы. М-20 была запущена в серию и впоследствии внесла серьезный вклад в развитие классических наук и их практических приложений.
Троичный комп
Спустя год в МГУ создается знаменитая во всем мире единственная троичная система. Как известно, все компьютеры используют двоичное представление информации - это обусловлено множеством ограничений и, в общем-то, абсолютно устраивает всех разработчиков. Однако советский ученый Н.П.Брусенцов не побоялся разработать компьютер с троичной организацией данных. При выборе устройств представления информации коллектив разработчиков отказался от ненадежных и энергоемких ламп в пользу магнитных элементов, которые по своей физической организации очень подходили для использования в подобной системе. В троичных цифровых устройствах используются трехзначные сигналы и элементы памяти, имеющие три положения (трит), симметрично кодируемые числами -1,0 и 1. Аналог байта - трайт (шестерка тритов). Очевидно, что в сравнении с двоичными машинами, в троичной элементы памяти усложняются, что с лихвой компенсируется увеличением скорости обработки данных. По существу, университетским разработчикам удалось создать первый в мире RISC-компьютер (хотя в то время, конечно, о таких терминах и не слышали). Длина машинного слова составляла 9 тритов, существовало всего 24 команды, при этом удавалось с большой эффективностью реализовывать разнообразные алгоритмы. На "Сетуни" - именно так назвали этот компьютер - решались задачи прикладной математики и физики, математического моделирования физических и химических процессов, оптимизации управления производством, краткосрочных прогнозов погоды, конструкторских расчетов и т.д. К концу 50-х годов появляются полупроводниковые технологии, которые открывают новые горизонты для создания вычислительных систем благо к тому моменту в стране уже сформировались несколько сильных, компетентных и производительных школ компьютеростроения.
Эльбрусиада семидесятых
В 1977 году коллектив инженеров института точной механики и вычислительной техники завершил разработку нового советского суперкомпьютера Эльбрус-1. Несмотря на серьезное отставание от запада в элементной базе, новая машина по многим параметрам даже превосходила иностранные разработки. Разработчикам было понятно, что сделать компьютер с производительностью 1 млн. операций в секунду (а именно столько требовали нужды оборонных предприятий) на одном процессоре, учитывая устаревающую элементную базу - непосильная задача, и они сделали ставку на многопроцессорность. Сейчас, сквозь призму времени и технологий, такое решение кажется очевидным. 20 лет назад это было совсем не так. Не было какого-либо строгого обоснования многопроцессорным системам, не было подходящего опыта построения таких компьютеров, и коллективу "Эльбруса" пришлось столкнуться с множеством проблем. Во-первых, как организовать скоординированную работу между кристаллами? Какую структуру должна иметь кеш-память для оптимизации производительности? Методом проб и ошибок производителям удалось найти решение этих проблем. Так, скорость передачи данных от процессора к процессору могла достигать невероятной по тем временам цифры - одного гига¬байта в секунду. Кеш представлял собой многоуровневую структуру: регистры команд, массивов, локальных и глобальных данных. Все это позволило подняться выше поставленной планки - новая машина Эльбрус-2 показывала производительность порядка 125 млн. операций в секунду. Полученная машина превосходила по производительности, скорости вычислений почти все западные аналоги от таких знаменитых фирм, как Cray и Sun. Но, несмотря на успех, появились и тревожные сигналы - отставание в элементной базе все увеличивалось, и уже через несколько лет советская кремниевая промышленность осталась позади западных конкурентов.
А что теперь?
Внедрялись самые совершенные советские технологии, росла производительность систем, их стоимость падала, компьютеры повсеместно внедрялись в производство. Но в силу отсутствия внутренней конкуренции (рынок был, естественно, закрыт для иностранных поставщиков), отечественные ЭВМ начали сдавать позиции по сравнению с западными аналогами, которые вследствие здоровой конкуренции постоянно развивались и совершенствовались. После падения железного занавеса, когда на российском рынке появились западные поставщики, а оборонные предприятия - основной заказчик компьютеров в то время - обнищали, наступила тяжелая пора для российских производителей компьютеров. Конечно, функционирующие на допотопной элементной базе, отечественные разработки не могли составить сколь бы то ни было ощутимой конкуренции западным компаниям, которые разом захватили все рынки от дешевых рабочих станций до дорогих суперкомпьютеров. Однако, несмотря на сильно устаревшую элементную базу (огромный шкаф Эльбруса-3 заменялся тремя микросхемами западного производства!), реализованные в "Эльбрусах" идеи суперскалярных вычислений и многопроцессорной организации опережали свое время и не могли быть просто так отброшены. Ведь если удалось добиться такой производительности из старых комплектующих, возможная эффективность от реализации этих же идей на западных технологиях могла бы быть в десятки раз выше! Необходимо было сохранить научный потенциал, высококвалифицированные карды, которые и разрабатывали эти машины - а как это сделать в условиях экономического коллапса? Решающими оказались проведенные переговоры с руководителями Sun Microsystems Скоттом Макнили и Биллом Джоем и ведущим электронным архитектором из Sun Дэвидом Дитцеллом, который очень заинтересовался работами российских ученых. В результате весной 1992 года между Sun и груп¬пой специалистов из ИТМиВТ был заключен контракт, который предполагал реализацию заложенных в "Эльбрусе-3" идей на основе западных полупроводниковых технологий. Новый проект решено было назвать Эльбрус-2000 и создавать в тесном сотрудничестве с западными фирмами. Довольно быстро была разработана восхитившая западных специалистов логико-математическая модель компьютера, но до аппаратной реализации дело так и не дошло, слишком уж рискованны инвестиции в российскую науку :(. Кстати, если тебя заинтересовало устройство "Эльбруса-2000", на сайте "Московского центра SPARC-технологий" (www.mcst.ru) лежит множество очень интересных документов по логической организации этих машин. На этом я позволю себе откланяться.
