Золотое десятилетие советских суперкомпьютеров. Как СССР опередил США

Часть первая

Ознакомиться с предыдущими публикациями можно здесь и здесь.

Разработка системы противоракетной обороны («ПРО») была начата в СССР в конце пятидесятых годов. Ее первый опытный образец, так называемая «Система А», была основана на ЭВМ М-40, М-50 и ее полупроводниковой модификации 5Э92. Несколько таких машин были соединены в единую сеть, позволявшую им обмениваться информацией и решать единую задачу. Так в 1959 году была создана первая в мире компьютерная сеть, далекий прообраз сегодняшнего интернета. Отметим, что американцы смогли воспроизвести этот результат только 6 лет спустя, в 1965 году, связав телефонными линиями два компьютера в Массачусетсе и один в Калифорнии. Полноценную компьютерную сеть ARPANET, на базе которой и был в дальнейшем создан интернет, Министерство обороны США развернуло лишь в 1969 году. Между тем, уже в 1966 году система ПРО Москвы состояла из 12 ЭВМ 5Э92б, объединенных высокоскоростной сетью общей протяженностью более 1000 километров!

Испытания «Системы А» были начаты в 1959 году. В.С. Бурцев вспоминал: «В 1961 году мы впервые поразили баллистическую ракету. Такого комплекса радиолокационных средств, связанных вычислительной сетью у американцев не было».

В.И Рыжов, участвовавший в этих испытаниях, вспоминал: «Работы на полигоне развернулись в полном объеме, и Сергей Алексеевич Лебедев начал лично участвовать в работах и совещаниях на полигоне. Следует немного рассказать о тех условиях, в которых мы тогда жили там. В качестве жилья нам был выделен один барак, в котором из удобств была подведена лишь холодная вода. Основные удобства были во дворе в виде помещения с ямой и дырками, до которых зимой даже добраться было затруднительно. Баня находилась на порядочном расстоянии в железнодорожном поселке. Питание, весьма посредственное даже по тем меркам, можно было получить в столовых, которые приходилось брать штурмом, чтобы что-нибудь получить… Когда на объект впервые приехал Сергей Алексеевич, академик, Герой социалистического труда, наше предложение было разместить его в соответствующих условиях. На что он четко ответил — "я буду жить с вами". Из-за тесноты в бараке мы не смогли выделить отдельную комнату, и он жил вместе с Бурцевым и со мной в маленькой комнате, где кроме трех кроватей, тумбочки и стула ничего нельзя было поставить… Но больше всего меня поразило, что, когда Григорий Васильевич Кисунько (генеральный конструктор ПРО), не обнаружив Сергея Алексеевича в расположении руководства, как-то обратился к нему с предложением переселиться в гостиницу, Сергей Алексеевич коротко ответил: "Спасибо, я с ребятами"».

Сейчас, конечно, такое поведение академиков трудно себе представить. Как, впрочем, и аналогичные тому времени достижения российской науки и техники. Достаточно сказать, что знаменитый передвижной комплекс противовоздушной обороны С-300, до сих пор стоящий на вооружении многих армий мира, включая российскую, работает на базе ЭВМ 5Э26, разработанной В.С. Бурцевым в середине 70-х годов.

В 1969 году начались работы по созданию второго поколения системы противоракетной обороны. Генеральным конструктором системы – Г.В. Кисунько, перед коллективом ИТМиВТ была поставлена задача – разработать ЭВМ производительностью 100 млн операций в секунду. На существовавшей в то время элементной базе сделать это было невозможно – максимальное быстродействие, достигнутое на тот момент, не превышало 3-5 млн операций в секунду. Но задание надо было выполнять. Так родилась идея создания многопроцессорного вычислительного комплекса (МВК) «Эльбрус». Многопроцессорную архитектуру предлагалось использовать не только для повышения надежности, как было ранее, но и для повышения быстродействия. Однако, согласно исследованиям специалистов компании IBM – крупнейшего американского производителя вычислительной техники, сделать это было невозможно – четвертый процессор уже не приводил к увеличению производительности. Тем не менее, проектирование «Эльбруса» началось. И коллективу разработчиков под руководством В.С. Бурцева удалось предложить такие схемотехнические, архитектурные и конструкторские решения, благодаря которым производительность МВК практически линейно росла при увеличении числа процессоров до 10! Это был настоящий прорыв. Достаточно сказать, что у современных суперкомпьютеров число процессоров достигает нескольких тысяч.

Производительность спроектированной машины, получившей название «Эльбрус – 1», достигала 15 млн операций в секунду. А после того, как она была переведена на новую элементную базу («Эльбрус – 2»), – 125 млн операций в секунду. Таким образом, поставленная, в 1985 году, казалось бы, невыполнимая задача, была успешно решена.

К сожалению, гражданских аналогов «Эльбрусов» создано не было. Считалось, что для нужд науки и всего «народного хозяйства» стран социалистического лагеря, должна быть использована другая техника. О том, к чему это привело, мы поговорим позднее.

Как уже говорилось в предыдущих публикациях, первая ЭВМ, спроектированная в Москве под руководством С.А. Лебедева, называлась БЭСМ. Но это был опытный образец, не предназначавшийся для серийного производства.

Задержка серийного выпуска БЭСМ была связана не только с позицией Министерства машиностроения и приборостроения СССР, всеми правдами и неправдами «проталкивающего» свой проект «Стрела». Дело обстояло еще и в том, что Лебедев уже задумал новый проект – ЭВМ М-20. Число 20 в названии машины указывало на ее ожидаемую производительность – 20 тыс. операций в секунду – вдвое выше, чем у БЭСМ и в десять раз выше, чем у «Стрелы». К началу 1957 года был построен опытный образец М-20, и началась его отладка. И здесь возникли неожиданные проблемы – многократно проверенные на макетах отдельные элементы ЭВМ, оказавшись собранными вместе почему-то стали работать ненадежно. Требовалось проведение дополнительных исследований. И тогда Лебедев принял решение о подготовке к серийному запуску опытного экземпляра БЭСМ, используя элементную базу и некоторые конструктивные решения М-20. Так в первой половине 1958 года появилась серийная машина БЭСМ-2, внешне очень похожая на М-20, но обладающая меньшим быстродействием. Одновременно с этим коллективу Лебедева удалось усовершенствовать элементы М-20. В том же 1958 году она была принята Государственной комиссией с оценкой «самая быстродействующая в мире» и запущена в серию.

Этот пример особенно ярко демонстрирует синергетический эффект, присущий стилю работы школы Лебедева. Многие идеи, заложенные в М-20, были опробованы и «обкатаны» на БЭСМ. В свою очередь, конструктивные решения М-20 были использованы в серийной версии БЭСМ – ЭВМ БЭСМ-2. Интересно, что коллектив разработчиков М-20 был выдвинут на соискание Ленинской премии, хотя в итоге и не получил ее. Всего в период с 1958 по 1964 годы было выпущено 20 машин М-20 и 67 машин БЭСМ-2, которые проявили себя с самой лучшей стороны. Достаточно сказать, что траектория космического корабля, доставившего на Луну первый советский Луноход, была рассчитана именно на БЭСМ-2.

М-20 и БЭСМ-2 работали на электронных лампах, то есть являлись ЭВМ так называемого первого поколения. В конце 59-х – начале 60-х готов советская промышленность освоила производство их заменителей – полупроводниковых элементов. И С.А. Лебедев начал работу над проектированием полупроводниковой ЭВМ, получившей, впоследствии, название БЭСМ-6. Одновременно с этим, группа молодых сотрудников получила задание освоить новые полупроводниковые элементы, разрабатывая на их основе основные узлы ЭВМ. Задание было успешно выполнено, после чего разработанные узлы решили проверить в комплексе, изготовив небольшой макет машины, получившей название БЭСМ-3М. Макет работал надежно, и тогда группа выступила с дерзкой идеей – создать на базе действующего макета новую ЭВМ, повторяющую структурно-логическую схему М-20, но имеющую элементную базу БЭСМ-3М. Так появилась БЭСМ-4 – первая советская ЭВМ второго поколения. Интересно то, что создавалась она «по инициативе снизу», частично во внерабочее время. Б.Н. Малиновский писал: «Когда через год после ее установки в Вычислительном центре АН СССР поинтересовались, как она работает, ответ был такой: "Ваша машина разлагает молодых инженеров. Они не выполняют профилактических работ, так как машина не имеет сбоев – она слишком надежна"». Начиная с 1965 года, было произведено 30 таких машин.

В 1967 году начались испытания ЭВМ БЭСМ-6 – вершины отечественной компьютерной индустрии. Дорон Свейд – куратор музея вычислительной техники Великобритании, покупавший для своего музея одну из последних работающих БЭСМ-6, писал: «Российская серия суперкомпьютеров БЭСМ, разрабатывавшаяся более чем 40 лет тому назад, может свидетельствовать о лжи Соединенных Штатов, объявлявших технологическое превосходство в течение холодной войны».

БЭСМ-6 была первой советской ЭВМ, достигшей быстродействия 1 млн операций в секунду – лучший в то время показатель в Европе и второй в мире. Кроме того, структурная организация этой машины отличалась целым рядом революционных для своего времени особенностей, предвосхитивших многие архитектурные решения, использовавшиеся в компьютерах последующих поколений. Так, например, в БЭСМ-6 использовался принцип совмещения выполнения команд (С.А.Лебедев называл его «принципом водопровода»). Впоследствии этот принцип (сейчас он называется вычислительным конвейером) получил самое широкое распространение. Именно на нем основана работа всех современных компьютеров, включая персональные.

БЭСМ-6 выпускалась на московском заводе САМ с 1968 по 1987 годы. За это время было выпущено 355 машин! Ими были оснащены все академические и отраслевые институты страны, нуждающиеся в использовании мощных ЭВМ, конструкторские бюро. На основе БЭСМ-6 были созданы вычислительные центры, системы управления в реальном масштабе времени, вычислительные системы телеобработки данных космических исследований. Она использовалась для моделирования сложнейших физических процессов, процессов управления, в системах проектирования других ЭВМ. На этой машине было воспитано целое поколение советских ученых и инженеров.

Лебедев одним из первых понял необходимость совместной работы инженеров и математиков над созданием ЭВМ. Поэтому БЭСМ-6 стала первой отечественной машиной, которая была сдана в эксплуатацию с полным математическим обеспечением. И еще один очень важный момент. При создании БЭСМ-6 впервые использовалась система компьютерного проектирования, проводившегося на БЭСМ-2.

Архитектура БЭСМ-6 использовалась при разработке ЭВМ следующего поколения – «Эльбрусов», что позволило сделать эти машины программно совместимыми. Таким образом, огромный массив различных программ, созданных за годы эксплуатации БЭСМ-6, легко переносился на более мощные машины следующего поколения.

В 1975 году состоялся исторический советско-американский космический проект «Союз-Аполлон». Управление полетом осуществлялось специально созданным вычислительным комплексом БЭСМ-6/АС-6, генеральным конструктором которого был В.А. Мельников. Многопроцессорная система переменной структуры АС-6 была создана с использованием конструктивных и схемотехнических решений БЭСМ-6, в АС-6 были воплощены многие идеи, составившие основу будущих Супер–ЭВМ «Эльбрус». Если раньше сеанс обработки телеметрической информации занимал около получаса, то комплекс БЭСМ-6/АС-6 справлялся с этой задачей всего за одну минуту. Вся поступающая информация обрабатывалась почти на полчаса раньше, чем у американцев! Это был триумф советской вычислительной техники!

А что же в это время делал коллектив Карцева – прямого конкурента Лебедева. Об этом в следующей публикации.