Рождение советской ПРО. Приключения С-300
Наш старый знакомый Малиновский, как обычно, категоричен в описании советских ЭВМ:
Когда готовилась эта книга, мне в руки попались сочинения немецкого философа Ницше. Одно из его высказываний привлекло особенное внимание: «Уметь дать направление – признак гениальности». Мне сразу вспомнился С.А. Лебедев, предугадавший основные направления и перспективы развития ЭВМ. Ученики Сергея Алексеевича Л.Н. Королев и В.А. Мельников в статье «Об ЭВМ БЭСМ-6» говорят о том же, только более определенно: «Гениальность С.А. Лебедева состояла именно в том, что он ставил цель с учетом перспективы развития структуры будущей машины, умел правильно выбрать средства для ее реализации применительно к возможностям отечественной промышленности». Можно с уверенностью сказать, что если БЭСМ-2, М-20, БЭСМ-6, установленные во многих вычислительных центрах, обеспечили в послевоенные годы быстрое развитие научных исследований и решение наиболее сложных задач научно-технического прогресса, то специализированные ЭВМ, разработанные под руководством С.А. Лебедева, стали основой мощных вычислительных комплексов в системах противоракетной обороны. Полученные в те годы результаты были достигнуты за рубежом лишь много лет спустя.
Насчет гениальности и прогрессивности идей Лебедева, думается, уже все ясно из предыдущих статей, он определенно был умный человек и первоклассный электротехник, а также отличный организатор и харизматичный политик и лидер.
Он, безусловно, искренне хотел продвинуть архитектуру ЭВМ и прилагал к этому усилия, не его вина, что усилий тут мало, нужны специфические познания и техники, которыми он не владел (да, в общем-то, ими не владел никто из советской школы конструкторов).
В итоге его работы были неплохими машинами по меркам 1950–1960 года, но тут Лебедев и достиг предела своей компетентности. Мельников старался следовать в магистральном русле мыслей своего учителя, а вот Бурцев, наоборот, стал своеобразным еретиком.
Бурцев
Родился Всеволод Сергеевич в 1927 году и претерпел многочисленные лишения. Школа закончилась для него в пятом классе, потому что:
Нас эвакуировали из Москвы, мама умерла от брюшного тифа, жили впроголодь – с 14 лет мне пришлось работать. Истопник, сторож, слесарь на хлебозаводе. Школьные экзамены сдал экстерном, закончил подготовительные курсы в МЭИ. В 1947 году умер отец. Все годы учебы работал монтером. На дипломную работу приехал создатель отечественной вычислительной техники Сергей Лебедев и пригласил нас к себе на работу. В 1951 г. мы сдали комиссии во главе с Лаврентьевым и Келдышем первую БЭСМ.
Так вспоминал сам Бурцев в одном из редких интервью, давать которые до распада СССР он не имел права (даже на международные конференции он выезжал по спецразрешению Политбюро с постоянным хвостом из агентов и никогда не делал докладов), а после распада – просто не любил.
Так вспоминал сам Бурцев в одном из редких интервью, давать которые до распада СССР он не имел права (даже на международные конференции он выезжал по спецразрешению Политбюро с постоянным хвостом из агентов и никогда не делал докладов), а после распада – просто не любил.
МЭИ был в те годы неисчерпаемым источником кадров для Рамеева, Лебедева и Брука.
Бурцев проектировал для Лебедева устройство управления БЭСМ (как мы и говорили – во всех лебедевских БЭСМ собственно лебедевской была одна идея и пара схемотехнических трюков, все прочее самостоятельно допиливали в меру талантов его студенты). Долгие изыскания позволили, кстати, обнаружить источник мифа о том, в отношении чего Лебедев говорил о надежности и ненадежности БЭСМ.
По утверждению Т. В. Бурцевой, высказанному в статье «Всеволод Бурцев и суперЭВМ» (Открытые системы. СУБД, № 09/2007), Лебедев выразился так вообще по отношению к… «Стреле»!
Главный конструктор машины «Стрела» (СКБ-245), которая в определенной степени была конкурентом БЭСМ, Юрий Базилевский заявил, что его машина, обладая производительностью 2 тыс. трехадресных операций в секунду, за четыре месяца решит все задачи, имеющиеся в стране, и БЭСМ с ее производительностью в 8–10 тыс. операций/с делать будет нечего. Сергей Лебедев, однако, парировал, что из-за низкой производительности «Стрела» не успеет просчитать задачу за время между двумя сбоями и будет выдавать неверные решения, а БЭСМ успеет.
Тут же и упоминается альтернативная версия, кто именно высказался, что с помощью ЭВМ будут решены все задачи страны за пару месяцев.
Конечно, установить истину сейчас уже невозможно, да и не нужно, просто это хорошая демонстрация тех диких и безбашенных времен, когда компьютер в СССР считался чем-то типа синхрофазотрона, дорогущей, сложной, ненадежной и ограниченно полезной игрушкой академиков.
В США и Британии было и второе сословие, бизнесмены, они включили все свои таланты убеждать людей в том, что им нужно то, о чем сами люди еще не подозревают, и за 10 лет создали миллиардную индустрию на тысячи ЭВМ. В Союзе же, увы, такое отношение к машинам сохранялось вплоть до серии ЕС.
В 1953 году Бурцева переводят в НИИ-17 для разработки станции оцифровки данных радара, что и предопределило его дальнейшую судьбу, следующие 30 лет он создавал системы для ПВО и ПРО.
С самим переводом тоже связана интересная история, которую мы уже цитировали, про Ляпунова и магнитный барабан. После завершения БЭСМ Бурцев стал одним из ее главных операторов, отвечая за работу машины.
Он вспоминал (повторим цитату, дабы читатели ее не искали):
На БЭСМ начали считать задачи особой важности [т. е. ядерное оружие]. Нам дали допуск, а сотрудники КГБ очень дотошно расспрашивали, как из машины можно извлечь и унести информацию особой важности… мы понимали, что каждый грамотный инженер может извлечь эту информацию отовсюду, а им хотелось, чтобы это было одно место. В результате совместных усилий определили, что этим местом является магнитный барабан. Соорудили колпак из плексигласа на барабан с местом для его опечатывания. Охрана регулярно фиксировала наличие печати с занесением этого факта в журнал…
Однажды мы начали работать, получив какой-то, как сказал Ляпунов, гениальный результат.
– А что делать дальше с этим гениальным результатом? «Он же в оперативной памяти», –спрашиваю Ляпунова.
– Ну, так запишем на барабан.
– Какой барабан? Он же КГБ опечатан!
На что Ляпунов ответил:
– Мой результат в сто раз важнее всего, что там записано и опечатано!
…я записал его результат на барабан, стерев большой пул информации, записанный атомщиками...
Однажды мы начали работать, получив какой-то, как сказал Ляпунов, гениальный результат.
– А что делать дальше с этим гениальным результатом? «Он же в оперативной памяти», –спрашиваю Ляпунова.
– Ну, так запишем на барабан.
– Какой барабан? Он же КГБ опечатан!
На что Ляпунов ответил:
– Мой результат в сто раз важнее всего, что там записано и опечатано!
…я записал его результат на барабан, стерев большой пул информации, записанный атомщиками...
Самым интересным было продолжение этой истории.
Результат-то записали успешно, и, естественно, кагэбэшники даже не сообразили бы, что что-то произошло, но в ту же ночь магнитный барабан изволил помереть, что с компонентами БЭСМ случалось пару раз за смену. Бурцев пожалел Ляпунова и полез его чинить, результат расчетов спасли, но печать, конечно, сломали.
Наутро случился чудовищный скандал, Бурцев чуть не уехал на Колыму, вся смена была расформирована и уволена, он был лишен всех допусков и прав и изгнан из ИТМиВТ.
В результате там остался Мельников – царить и собирать БЭСМ-2 и БЭСМ-6, Бурцева же спас от расправы Лебедев, пристроив его в НИИ-17. Очень повезло, что эта история случилась уже в мирные хрущевские времена, иначе одним конструктором в Союзе стало бы меньше, а врагом народа – больше.
«Дианы»
Результатом работы в НИИ-17 стали две машины «Диана-1» и «Диана-2» появившиеся в 1956 году. Кстати, обратите внимание, насколько по-разному следует понимать слово «появились». Если просто читать хронику параллельно, то получится приятный глазу паритет – у США появились всякие IBM 701, 702, 704 и т. п., в СССР «появились» всякие БЭСМ, серия «М», «Дианы» и прочее.
Вот только в Америке под этим словом подразумевали создание коммерческой серии из тысяч машин, а у нас буквально появление в единственном экземпляре, изредка до десятка.
Поэтому, если смотреть по номенклатуре – то да, СССР героически шел вровень с Америкой. Если по количеству и типам машин – отставал уже к 1955 году на два порядка.
«Дианы» Бурцева тоже остались уникумами.
В 1956 году комплекс был успешно опробован с РЛС П-30, «Диана-1» вела оцифровку данных с радара и выполняла селекцию целей, «Диана-2» рассчитывала перехват и выдавала координаты истребителю. За работу Бурцев стал из никого сразу доктором наук (в 1962 году, вообще, в те годы так было принято, половина сотрудников СКБ-245 стали кандидатами и докторами, не имея даже диплома вуза).
Отметим, что с современной точки зрения «Дианы» вообще не были полноценными компьютерами, это были, по сути, цифровые приставки к радару. Они имели одноадресную систему из 14 команд 10-разрядных чисел с ОЗУ на 256 команд и фиксированной памятью констант. Использовать их в качестве машин общего назначения было нельзя, хотя от них этого и не требовалось.
Из статьи в статью кочует миф о том, что «Дианы» были первыми ЭВМ такого рода и вообще, дескать, Америка догнала СССР только в середине 1960-х (до этого, видимо, самолеты у них вслепую над страной летали).
На самом деле догонял, как всегда, СССР, проект «Диана» начался как ответ на компьютер ПВО Whirlwind I, запущенный в 1951 году в MIT Lincoln Laboratory.
В отличие от «Диан», Whirlwind представлял собой мощную универсальную машину, примененную для развертывания тестовой системы всеамериканского ПВО (прототипа SAGE) – Cape Cod System. Собранный на 5 000 ламп компьютер был самым передовым в мире на тот момент, он имел даже первый графический дисплей, на котором оператор системы световым пером мог отмечать интересующие его цели.
В 1952 году проект был признан успешным, и IBM получила контракт на строительство серии машин Whirlwind II (итоговое название IBM AN/FSQ-7), на которых была собрана первая в мире полноценная автоматическая система ПВО уровня страны – SAGE.
Помимо колоссальных инноваций самой системы, след в истории оставил и прототип.
Whirlwind был не большим. Он был ОГРОМНЫМ – 288 кв. метров, а вторая версия стала еще больше, занимая объем двухэтажного здания. Увы, за колоссальную мощность в ламповую эпоху приходилось платить исполинскую цену. (http://tcm.computerhistory.org, https://history-computer.com, https://computerhistory.org)
Whirlwind I был самым мощным компьютером 1950-х годов, выдавая порядка 35 KIPS (хотя и на только целочисленных 16-битных операциях), первым в мире, оснащенным ферритовой памятью (собственно, для него она и создавалась) и имел уникальную архитектурную инновацию тех времен – общую шину.
В настоящее время звучит как невообразимая дикость, что системная архитектура компьютера может строиться иначе, но в 1950-е понятия о том, как рациональнее всего соединять блоки внутри ЭВМ, не было. Про дисплеи мы уже говорили.
Один из отцов Whirlwind Кен Олсен (Kenneth Harry Olsen) участвовал в создании в 1956 году его транзисторной версии TX-0 (первого стопроцентно транзисторного в мире) и в 1959 году основал знаменитую Digital Equipment Corporation, в том же году выпустившую DEC PDP-1 (миникомпьютеры PDP, наряду с S/360 и IBM PC составляют тройку самых влиятельных компьютерных архитектур в истории, 90 % всего современного мира ИТ основано на их наследии).
Сам Whirlwind I уже в 1951 году умел решать задачи сопровождения цели с данными от 3 радаров (а не одного, как «Диана») и с помощью 14 радаров (аналогично), причем точность наведения была менее 1000 м. К 1953 году Cape Cod System могла в онлайн-режиме отслеживать до 48 целей.
Так, байка про то, что в 1955 году «Дианой»
впервые в мире осуществлены автоматический съем данных с обзорной радиолокационной станции с селекцией объекта от шумов, одновременное сопровождение нескольких целей с построением траектории их движения и наведение самолета на цель,
увы, так и останется байкой, несмотря на то, что сам престарелый Бурцев, похоже, искренне в это верил.
Проект Cape Cod System. Рисунок одного из радаров, Лаборатория Линкольна в MIT, где был установлен Whirlwind I, и схема работы системы (https://www.ll.mit.edu)
В любом случае, когда Кисунько потребовались компьютеры ровно для того же самого, но большей производительности, чтобы отслеживать не самолет, а ракету, он пришел к Бурцеву.
М-40 и М-50
Как только проект «Диана» был завершен, в том же 1956 началась разработка М-40, оригинальной архитектуры, специально для полигона ПРО. Работала она с числами с фиксированной запятой, имела новейшую ферритовую память на 4 096 слов и разгонялась до 40 KIPS. Закончена М-40 была благодаря авральности, еще раньше, чем Лебедев доделал в два раза более медленную М-20.
В М-40 Бурцев применил модный тогда частичный конвейер – совмещение арифметических операций с выборкой и аж мультиплексный канал, технология, которую он, в отличие от своего учителя, весьма уважал. Собрана она была из всего, что нашли: процессор на лампах и феррит-диодных элементах в духе БЭСМ, многочисленная аппаратура сопряжения – феррит-транзисторная (предшественник технологии БЭСМ-6).
В 1958 году М-40 была закончена, а через год появилась ее сестра М-50 с вещественной арифметикой и чуть большей (как явствует из ее названия) мощностью. Обе машины также остались в единственном экземпляре. Они были доставлены на полигон в 1959 году, до 1960 шла наладка и тесты, потом пошли пробные пуски. При этом М-40 фактически играла роль канального процессора для М-50.
Как мы уже говорили, в 1961 году, на сей раз действительно первые в мире и опередив США, мы совершили успешный пуск противоракеты, поразившей БЧ МБР неядерным зарядом. После этого началась подготовка к разработке серийного комплекса ПРО А-35, и три судьбы – Бурцева, Карцева и Юдицкого сплелись в одну. Повезло только Бурцеву.
О приключениях во время этого пуска мы уже писали, вот как о работе М-40 отзывался Б. А. Бабаян (крайне примечательная личность и отечественный Шарль Перро в плане истории ЭВМ, но обо всем этом подробнее позже).
В сентябре 1958 года мы впервые приехали на Балхаш… Волков был во главе программистов, Кривошеев вел центральную часть машины, я занимался системой ввода-вывода. М-40 уже была установлена на 40-й площадке полигона и занимала один из залов главного командно-вычислительного центра. Второй зал, предназначенный для машины М-50, был еще пуст. Мы начали настройку М-40. Машина была очень ненадежной. Каждое утро мы сталкивались с одной и той же проблемой: приходим в зал, включаем ЭВМ, а она молчит. Ищем причины, меняем 20–30 блоков и только после этого М-40 входит в работу. Идут испытания. Слышим сообщение о том, что баллистическая ракета уже пущена. Начинается самый ответственный период. И вдруг... взрывается одна из мощных ламп ЭВМ. В запасе всего несколько минут, в течение которых Кривошеев чудом успевает починить машину. Включаемся вовремя. «Дунай-2» захватывает цель. Очередной эксперимент заканчивается удачно. Выводим информацию на печать, облегченно вздыхаем, и в ту же секунду... машина ломается вновь.
Единственное доступное сетевое фото, обычно идентифицируемое как машина М-50 (https://www.timetoast.com)
Эпопея с конкурсом на машину для системы А-35 нам уже известна.
5Э92б
К этому моменту и Юдицкий, и Карцев создали свои ЭВМ для радиолокации – для ПРО К-340А и для ПВО М-4, и на их основе предлагали соответственно компьютеры 5Э53 и М-9.
Как мы уже помним, конкурс выигрывает 5Э53 и отправляется в серийное производство, но тут… все работы по комплексу МКСК прекращаются, производство 5Э53 отменяется, и на вооружение принимается система ПРО в варианте А-35, для которой Бурцеву срочно нужно подготовить ЭВМ.
Тот заморачивается недолго, ведь еще в 1961 им создана 5Э92 – серийная версия М-50, предназначенная для работы в одномашинном варианте, без напарницы М-40. Недолго думая, ее элементная база была перенесена на транзисторы – так появилась 5Э92б, прототип всех отечественных компьютеров ПВО до конца 1990-х годов.
5Э92б была создана в 1964 году, испытания прошла в 1967, особенностью архитектуры стал полноценный канальный процессор, поэтому во многих источниках ее называют двухпроцессорной. За счет каналов машина имела развитые средства коммуникации, позволяющие соединять до 12 ЭВМ в комплекс с разделяемой ОЗУ.
Теоретическое быстродействие составляло 500 KIPS (иногда отдельно указывают 37 KIPS канального процессора). Команды были 48-битными, ОЗУ на 32 килослова, машина имела 4 магнитных барабана на 16 килослов.
Вообще, технология жестких дисков была неизвестна СССР до середины 1970-х годов, и чудовищные барабаны разработки ИТМиВТ стояли во всех их машинах по умолчанию, даже в «Эльбрус» изначально запихали это чудовище!
К сожалению, схемы скверного качества – схема работы М-40/М-50 на полигоне, схема работы 5Э92б и схема соединения машин в сеть (Компьютерра № 144/05.11.2011)
Машина работала с 28 телефонными и 24 телеграфными дуплексными каналами.
В общем, архитектура ее была достаточно интересной, но ничего удивительного даже на уровне СССР там нет.
Как обычно, утверждается, что соединение машин телеграфными каналами не имело аналогов в мире, и в США такое появилось чуть ли н вместе с Интернетом, только вот утверждающие не в курсе, что еще в 1959 году при строительстве первого ЦУП NASA IBM использовала три компьютера, соединённые сетью: в Вашингтоне, Флориде и на Бермудах, не говоря уже о том, что впервые эта идея была отработана еще в начале 1950-х при создании прототипа SAGE.
Полный комплекс строился на 12 ЭВМ 5Э92б, две из них были в состоянии горячего резерва. Шесть машин обрабатывали данные с радара и идентифицировали цели, оставшиеся 4 – решали задачу наведения и распределения целей по стрелковым комплексам.
Фактически 5Э92б остались прототипами, в том же 1967 году вышла их усовершенствованная уже серийная версия 5Э51, производительность которой подняли в два раза, до уровня БЭСМ-6, выжав около 1 MIPS. Этих машин требовалось уже в три раза меньше – всего 4 штуки.
Один из таких комплексов был установлен в Центре контроля космического пространства (ЦККП), в задачи которого входило ведение каталога космических объектов на околоземной орбите. Кроме этого, ее использовали и по прямому назначению, поставив на систему ПРО А-35, впрочем, ее мощности было недостаточно для воплощения всех концепций Кисунько.
Еще одним распространенным мифом (упомянутым даже в русской «Вики») является якобы западное признание 5Э92б «высоконадёжным, первым специальным полупроводниковым компьютером и первым военным компьютером с мультипроцессорной структурой», сделанное неким профессором Трожманном в книге Computing in Russia – The History of Computer Devices and Information Technology revealed.
На самом деле упомянутый Georg Trogemann является профессором никому не известной частной Школы искусств и кино (!), основанной в 1990 году в Кельне (Германия), а книга была издана путем перевода некоторых отечественных статей на английский, выполненного в рамках арт-проекта о вычислительной технике «Arifmometr» (именно в таком написании, не немецкое «Arithmometеr»).
С таким уровнем экспертов поразительно, как вообще эта машина не стала первой ЭВМ в мире. В лучших традициях отечественных разработок система команд 5Э92б/5Э51 была крайне интересной – 48-битные данные (при этом 3 бита контроль четности) и 35-битные двухадресные инструкции. Площадь, занимаемая комплексом, тоже внушительная – более 100 кв. м.
Машины этой серии отработали до 1980 года, когда появился первый «Эльбрус», но успели дать интересное боковое потомство.
В 1969 году началась разработка знаменитого комплекса С-300. Поскольку он с самого начала задумывался как мобильный, а возить с собой компьютер 100 кв. м – было слишком круто даже для СССР, Бурцев получил заказ собрать машину, которую можно затолкать в большой грузовик. Естественно, потребовался переход на интегральные схемы.
Еще в 1965 коллега Бурцева Игорь Константинович Хайлов заинтересовался идеей мобильных ЭВМ и разработал проект возимого компьютера 5Э65.
Машина имела переменную длину слов 12/24/48 бит (наконец-то, хоть и не 8/16/32, но хотя бы второго по популярности мирового стандарта тех лет) и стековую безадресную архитектуру, что по тем временам для СССР было нереально круто.
На его базе был разработан возимый многомашинный комплекс 5Э67, который даже применяли для разнообразных метеорологических наблюдений.
Машина размещалась в автоприцепе, 5Э65 имел производительность 200 KIPS при наработке на отказ 100 часов. Вариант 5Э67 имел уже производительность 600 KIPS и наработку на отказ 1000 часов.
Выпуск их был приостановлен после подписания и вступления в силу договора об ограничении стратегических наступательных вооружений ОСВ-1.
Решение о создании бурцевской 5Э26 для С-300, отчасти основанной на этой машине, принималось аж на уровне ЦК КПСС, причем прямо его постановлением ответственной организацией был назначен ИТМиВТ, а генеральным – естественно, Лебедев (вообще, забавно и характерно, что не построивший с БЭСМ-2 ни одной машины Лебедев до самой смерти автоматически считался конструктором вообще всего, что вышло из стен ИТМиВТ, и за каждую машину получал по награде).
5Э26
В случае 5Э26 все было еще интереснее.
Главным, естественно, был Лебедев, вторым шел его научный «сын» – Бурцев, а реальную работу вообще выполнял скорее его «внук» – Е.А. Кривошеев, а еще точнее – его подчиненные.
Итого реальных создателей машины от номинальных отделяет аж 4 ступени, как было принято в Союзе (например, реальный творец рекурсивных ЭВМ Торгашев во всех докладах об этой архитектуре шел тоже четвертым – после академика Глушкова и двух своих вузовских начальников: ректора и декана).
Когда разрабатывали 5Э26 Лебедев был уже тяжело болен, и весь его вклад в работу свелся к подписыванию бумажек. На долю Бурцева
выпали заботы по взаимодействию с «верхним» эшелоном планово-административной системы, «пробиванию» элементной базы, технологии производства в институте и на заводе, координации смежных исполнителей.
На Кривошеева было возложено решение технических и инженерных вопросов проектирования и руководство коллективом разработчиков и прикомандированным персоналом смежных организаций,
На Кривошеева было возложено решение технических и инженерных вопросов проектирования и руководство коллективом разработчиков и прикомандированным персоналом смежных организаций,
– по воспоминаниям из статьи Л.Е. Карпова и В.Б. Карповой «Вычислительные средства для систем противоракетной и противосамолетной обороны страны. Роль С.А. Лебедева и В.С. Бурцева».
В итоге машину создал
штат лаборатории Кривошеева… около сорока человек… Коллектив работал по десять-двенадцать часов в сутки, проектировал схемы, создавая макеты и образцы, выходя в бесконечные ночные смены для отладки.
Машину уже проектировали с помощью одного из первых отечественных САПР, а не на бумажке, процесс занял около трех лет, а всего – около шести.
К 1976 году после смерти Лебедева наконец прошли первые испытания заводской машины, а в 1978 году было налажено серийное производство – опять здравствуй шесть–десять лет от идеи до воплощения.
Беда СССР была еще и в том, что по мере увеличения сложности сроки разработки росли. Для ламповых машин нормальным было тормозить пару лет, для транзисторных – года 3–4, для машин на ГИС или ИС нормой стали лаги в 5–10 лет.
Отчасти виной этому были пещерные технологии проектирования – к 1970-м собрать машину карандашом и бумажкой стало чрезвычайно сложно, а о работе с САПР на 5Э26 остались удивительные воспоминания (цитируется по «Евгений Александрович Кривошеев: биографический очерк создателя ЭВМ для противоракетного комплекса С300»):
Количество типов электронных плат исчислялось сотнями. Ни о какой ручной раскладке тысяч связей на восьми и более слоях не могло быть и речи… Режимы ручного или полуавтоматического взаимодействия с САПР не могли быть реализованы в принципе: эпоха пользовательских интерфейсов еще не наступила. САПР работал в монопольном режиме от магнитной ленты с логическим массивом, описывающим схему, и управлением от колоды перфокарт. Автоматическая трассировка средней по размерам платы в то время занимала до двадцати часов машинного времени, при среднем времени между отказами у этой машины в три – пять часов. Грамотно и быстро трассировать ячейку было искусством, овладевать которым приходилось в процессе разработки. Вычислительный центр работал круглосуточно и комплекты документации непрерывным потоком шли в опытное производство.
О том, с какими системами проектирования в это время работали в США, мы просто умолчим.
Второй проблемой было чудовищное качество советских комплектующих, экспоненциально падающее с возрастанием их сложности. В том числе и поэтому БЭСМ-6 многие считали эталоном надежности. Секрет был вовсе не в гении Лебедева, просто запороть транзистор было чуть сложнее, нежели интегральную или гибридную схему (хотя в начале СССР и с этим справлялся).
Вообще, советские транзисторные машины не случайно обрели такую народную любовь – в них был достигнут своеобразный дзен. Лампы были ненадежными из-за своей примитивности, микросхемы – из-за своей высокой для СССР сложности. Транзистор же попал как раз в золотую середину.
К сожалению, собирать компьютер для С-300 на транзисторах не вышло бы физически – 5 грузовиков с оборудованием, вместо одного, СССР бы, конечно, стерпел (и не такую архаику терпели), но вот по скорости транзисторы ну никак не вывозили.
Пришлось, чертыхаясь, работать с ИС 133 серии, и это было всего лишь тенью ада, который поджидал в будущем, при разработке «Эльбруса».
В итоге сроки разработки 5Э26 были сорваны, пришлось поставлять на войсковые испытания сырой комплекс, под гарантии устранения неисправностей. Кстати, и трехкратное резервирование, как самый лобовой способ повышения надежности, появилось в 5Э26 не от хорошей жизни.
В 1962 доктор Айвен Сазерленд (Dr. Ivan Sutherland), отец компьютерной графики, демонстрирует прототип первой САПР – Sketchpad (он же Robot Draftsman). Работающие на PDP и позднее VAX прекрасные системы автоматизированного проектирования были секретным оружием Штатов в борьбе за компьютерное превосходство. В СССР, увы, о таком не могли и мечтать (https://blog.grabcad.com)
Коллектив работал по десять – двенадцать часов в сутки, проектировал схемы, создавая макеты и образцы, выходя в бесконечные ночные смены для отладки. В разработке была и чисто техническая проблема, порожденная низкой надежностью элементной базы (эта проблема стоит перед электронной промышленностью России и сегодня), печатных плат и ручного монтажа. Элементарный расчет показывал, что элементная база и технология производства не дают требуемых техническим заданием показателей надежности. Более того, работоспособность ЦВК ставилась под сомнение вплоть до завершения Государственных испытаний. Достичь приемлемых показателей надежности можно было за счет резервирования, причем именно горячего с оперативной автоматической заменой отказавшего оборудования… Для нового ЦВК, учитывая многоплановость его применения, разработкой боевого программного обеспечения занимались сами разработчики систем. Как правило, ни о какой отказоустойчивости создаваемых ими программ они слышать не хотели, слишком много было своих забот. Поэтому комплекс должен был обеспечивать отказоустойчивость на аппаратном уровне. Простые в реализации мажоритарные схемы отказоустойчивости заведомо не проходили по причине трехкратного увеличения объема аппаратуры. В клубке противоречий между производительностью, объемом оборудования и его надежностью, отказоустойчивостью и ремонтопригодностью, в конце концов, был найден разумный компромисс в виде архитектуры отказоустойчивого многопроцессорного модульного ЦВК с полным аппаратным контролем и автоматической системой резервирования.
В итоге тройной комплект оборудования все-таки смогли затолкать в объем, влезающий в здоровенный МАЗ-543.
Компьютер выдавал примерно 1,5 MIPS (по другим источникам – не более 0,9–1 MIPS, вообще, производительность 5Э26 есть великая загадка, ибо, по воспоминаниям тех же людей, следующая, более прогрессивная его версия, 40У6 имела производительность… в два раза меньше), имел АЛУ с фиксированной запятой, 36-разрядное (4 бита – контрольные) слово, ОЗУ 32 кбит, память команд 64 Кбит на биаксах, но все еще был фантастически ненадежен, в войска пошла фактически бета-версия.
Первые ЦВК были достаточно сырыми – имели ошибки, да и отказы сыпались непрерывным потоком. Но именно на них предстояло пройти весь цикл испытаний, включая полигонные со стрельбами по реальным целям. Завод был просто не в состоянии решить эти проблемы в одиночку. Несомненное влияние на дальнейший ход проекта оказали складывающаяся обстановка в стране, да и в самом институте. С провалом косыгинских реформ неуклонно надвигался период, далее получивший название «застоя». Административная система по инерции продолжала работать, но темпы и эффективность неуклонно падали. Переносы сроков стали скорее нормой, чем исключением… С 1975 года, не дожидаясь окончания государственных испытаний, был начат серийный выпуск ЦВК 5Э26. Постепенно иссякает поток проблем, связанных с ошибками в аппаратуре и программном обеспечении, для этого большая серия – отличное средство для тестирования.
На вооружение С-300 наконец был поставлен в 1979 году, спустя 11 лет после решения о разработке комплекса, причем большая часть тормозов случилась из-за самого сложного и важнейшего звена – центрального бортового компьютера.
Параллельно с разработкой комплекса для С-300 Бурцеву заказывают уже нормальный (а не как БЭСМ-6) суперкомпьютер, который можно использовать как для ПРО, так и в качестве машины общего назначения для самых продвинутых научных центров (впрочем, в итоге как научный суперкомпьютер проект не взлетел).
«Эльбрус-1»
Разработка «Эльбрус-1» занимает долгих десять лет – с 1970 по 1980, и параллельно открывается НИОКР на «Эльбрус-2» (в итоге они выходят с разницей всего в 4 года, и вторая версия – куда знаменитее, оставив своего предшественника в тени).
На роль грядущей суперЭВМ претендует аванпроект БЭСМ-10 – Мельникова и Королева, М-13 – Карцева и «Эльбрус-1» – Бурцева.
В 1974 Лебедев умирает и БЭСМ-10 отклонена (тем более что ее архитектура и схемотехника была просто чудовищной), Карцеву разрешают построить М-13, но тормозят проект изо всех сил так, что, не выдержав напряжения, тот умирает. Мельников отправляется строить свой magnum opus – клонировать Cray-1, но безуспешно, «Электроника СС БИС» так и не пошла в серию.
В итоге у нас остался один «Эльбрус».
В процессе проектирования у ИТМиВТ возникают многочисленные проблемы – два проекта такой сложности: суперкомпьютер и 5Э26 вести чрезвычайно сложно, хотя их элементная база и совпадает.
К этому добавляется то, что многочисленные косяки в 5Э26 невозможно исправить, как обычно принято, силами завода – слишком сложная техника. Кривошеев надрывается вместе с коллективом, разрываясь между лабораторией, полигоном и производством.
Волею административной системы, никогда не знавшей истинной стоимости инженерного труда, лаборатория, изначально созданная для целей разработки и готовая заниматься этим дальше, фактически превращается в центр сервисного обслуживания для сопровождения документации, поддержки серийного выпуска и применения ЦВК. Четыре года, вплоть до окончания государственных испытаний С-300, сотрудники и их руководитель провели в пространстве между заводами изготовителями, полигонами и стендами главных конструкторов систем. Возможность получить квалифицированную помощь в любом месте и в любое время простым звонком в министерство вполне устраивала пользователей ЦВК. Руководство института, целиком занятое проектом «Эльбрус», против такого развития событий особо не возражало.
Кривошеев получил полный комплект наград – от звания доктора наук до Госпремии, а далее началась миниатюрная версия игры «распили деньги соседа», в которую обожали играть советские НИИ, только на уровне одного ИТМиВТ (вообще, после смерти Лебедева, который держал всех в узде, на фоне общего застоя 1970-х и в головном институте советского компьютеростроения начались разборки – всех прочих они уже победили, осталось воевать самим с собой).
Но дальнейший ход событий показал, что руководство института было единодушно в одном: все, что напрямую не связано с проектом «Эльбрус» – ему мешает. Вместо развития достигнутых результатов и продолжения работ по ЦВК 5Э26 было предложено взяться за отладку аппаратуры в проекте «Эльбрус». Предложение абсолютно бесполезное технически, но еще раз подчеркивающее, что теперь-то уж точно все силы института сосредоточены именно на этом проекте. Модернизация 5Э26 на долгие годы зависла на перевыпуске документации, то есть перетрассировке всех ячеек и блоков с целью избавления от навесного монтажа. Разработки, базирующиеся на 5Э26, свободно передавались сторонним организациям, вместе с документацией. К исполнению же предлагались работы по проекту «Эльбрус». Кривошеев, как подчиненный, был обязан брать эти работы на исполнение, и относиться к ним со всей ответственностью. В результате коллектив, в прошлом связанный единой целью, дробился, отколовшиеся части явно или фактически отходили от тематики. Большая часть лаборатории была переведена на разработку специализированных устройств к тому же Эльбрусу, изначально в его архитектуре не предполагавшихся. Устройств, без которых системы цифровой обработки реального времени уже не мыслились: процессоров ЦОС (6ДВФ-1 и МВР-1) и векторного процессора с динамическим управлением конфигурацией исполнительных устройств.
Интерес к 5Э26 вернулся в начале восьмидесятых, когда началась модернизация системы С-300. Заказчики системы, привыкшие видеть институт «под рукой» при всех критических ситуациях, настояли на модернизации 5Э26. Наступил уникальный момент для реального продолжения работ, будь на то желание института и понимание значения руководством именно этой темы для будущего Института. В лаборатории буквально за месяц был проработан технический проект, предполагавший первоочередное решение давно назревших проблем. Простой заменой ферритовой памяти на полупроводниковую и источников питания на импульсные объем, вес и потребляемая мощность ЦВК снижались в два раза. Доработки процессора повышали его производительность и избавляли от ассоциативной памяти. Все это позволяло гарантировать двукратное увеличение производительности и памяти, приведенное к выделенному объему пространства. И только следующим этапом, предлагалось изменение архитектуры процессора, обеспечивающее, как минимум, двукратное увеличение его производительности. Реализация проекта, использующая только освоенную элементную базу, позволила бы получить ЦВК с характеристиками, обеспечивающими потребности как текущей, так и последующей модернизации системы С-300. Можно только догадываться, чем руководствовался главный конструктор ЦВК 5Э26 В.С. Бурцев, отвергнув этот вариант. Возможно тем, что занятый полностью «Эльбрусом», он не имел сил и возможности заниматься этим проектом, а векторный процессор, производительность которого получалась на порядок выше, чем у процессора «Эльбрус», был в этот момент для него гораздо важнее, чем будущее его же детища, которому он в свое время отдал столько сил?
Модернизация свелась к изготовлению ЦВК 5Э265 по переизданной документации в конструктиве, разработанном заводом. Нигде не упоминаемый сейчас, как будто его и не было, 5Э265, легко прошел заводские и государственные испытания. С 1983 года пошел в серию и до развала Союза выпускался двумя заводами.
В общем количестве изделий 5Э26 большую часть – 1 500 штук составляют именно эти ЦВК. Тогда же выходит постановление о разработке ЦВК 40У6 с параметрами, близкими к ранее отвергнутому варианту модернизации 5Э26, и неясными сроками выполнения, по причине неготовности конструкции и элементной базы. Главным конструктором этого изделия назначен был Е.А. Кривошеев.
Интерес к 5Э26 вернулся в начале восьмидесятых, когда началась модернизация системы С-300. Заказчики системы, привыкшие видеть институт «под рукой» при всех критических ситуациях, настояли на модернизации 5Э26. Наступил уникальный момент для реального продолжения работ, будь на то желание института и понимание значения руководством именно этой темы для будущего Института. В лаборатории буквально за месяц был проработан технический проект, предполагавший первоочередное решение давно назревших проблем. Простой заменой ферритовой памяти на полупроводниковую и источников питания на импульсные объем, вес и потребляемая мощность ЦВК снижались в два раза. Доработки процессора повышали его производительность и избавляли от ассоциативной памяти. Все это позволяло гарантировать двукратное увеличение производительности и памяти, приведенное к выделенному объему пространства. И только следующим этапом, предлагалось изменение архитектуры процессора, обеспечивающее, как минимум, двукратное увеличение его производительности. Реализация проекта, использующая только освоенную элементную базу, позволила бы получить ЦВК с характеристиками, обеспечивающими потребности как текущей, так и последующей модернизации системы С-300. Можно только догадываться, чем руководствовался главный конструктор ЦВК 5Э26 В.С. Бурцев, отвергнув этот вариант. Возможно тем, что занятый полностью «Эльбрусом», он не имел сил и возможности заниматься этим проектом, а векторный процессор, производительность которого получалась на порядок выше, чем у процессора «Эльбрус», был в этот момент для него гораздо важнее, чем будущее его же детища, которому он в свое время отдал столько сил?
Модернизация свелась к изготовлению ЦВК 5Э265 по переизданной документации в конструктиве, разработанном заводом. Нигде не упоминаемый сейчас, как будто его и не было, 5Э265, легко прошел заводские и государственные испытания. С 1983 года пошел в серию и до развала Союза выпускался двумя заводами.
В общем количестве изделий 5Э26 большую часть – 1 500 штук составляют именно эти ЦВК. Тогда же выходит постановление о разработке ЦВК 40У6 с параметрами, близкими к ранее отвергнутому варианту модернизации 5Э26, и неясными сроками выполнения, по причине неготовности конструкции и элементной базы. Главным конструктором этого изделия назначен был Е.А. Кривошеев.
В 1984 году сразу же после принятия в серию «Эльбрус-2» на лебедевском корабле случился бунт.
ИТМиВТ, как мы уже говорили, в отсутствии конкурентов пожрал сам себя, Рябов и Бабаян низложили своего директора Бурцева, началась самая мутная история советского компьютеростроения 1980-х – мифический «Эльбрус-3», но об этом подробнее позднее.
Несмотря на все заслуги, Бурцева выжили на рядовую работу в Вычислительный центр коллективного пользования АН СССР, его дальнейшая судьба также будет рассмотрена ниже.
Восьмидесятые
Вообще, рассказывать о временах 1980-х достаточно тяжело. СССР уже неотвратимо летел к развалу, и многие наверху это отлично понимали. Простые и искренние партийные дураки и властолюбцы 1960–1970 гг., которые принимали неверные решения в силу обычного дубового невежества или же своей гордости, в 1980-е постепенно стали вытесняться людьми, которые прекрасно понимали, что надо ковать железо, пока горячо. Еще лет 5–6, а далее, как в старом анекдоте, эмир помрет, и спросить с них станет некому, а второй такой шанс заработать неизвестно представится ли.
В результате с 1984 года главным разработчиком бортового компьютера С-300 и номинально, и фактически стал один Кривошеев, который постарался в условиях конкуренции за финансы уже с группой Бабаяна и «Эльбрусом-3» продолжить работы по 40У6.
Получалось так себе.
Навязанная соображениями унификации конструкция ЦВК была совершенно непригодна для многопроцессорного комплекса с общим полем памяти. Низкая степень интеграции элементной базы не позволяла создавать законченные устройства в компактном объеме, и быстродействие пожиралось длинами связей. Внешний интерфейс ЦВК состоял из нестандартных каналов, к тому же не имевших апробации у заказчика. Вся разработка больше напоминала эксперимент для проверки новых идей и решений для грядущей модернизации системы.
В итоге пришлось воткнуть уже пятикратное резервирование, добавить систему программного контроля оборудования и постоянную память на EEPROM, производство которой к тому моменту худо-бедно освоили «Микрон» и «Интеграл».
Часто ЦВК С-300 называют реконфигурируемым или даже динамически реконфигурируемым, однако, это фундаментальная ошибка терминологии. С точки зрения системной архитектуры, реконфигурируемыми называются машины, не имеющие программного управления, когда сама ЭВМ изменением структурных блоков подгоняется под задачу. Реконфигурируемым (а не программируемым!) был, вопреки мнению большинства, ENIAC (а вот SSEC как раз был статичной машиной, управляемой программой).
В настоящее время наиболее известна технология FPGA, позволяющая, грубо говоря, подогнать чип к задаче. 40У6 же был самой обычной машиной, имеющей самое обычное программное управление, «реконфигурируемость» его заключалась в том, что операционная система следила за состоянием комплекса и оперативно выводила из использования некорректно отработавшие узлы, подключая вместо них такие же резервные.
Эта архитектура впервые возникла на Западе в 1976 году, когда стартап Tandem Computers, Inc. представил отказоустойчивый сервер Tandem/16 NonStop. Машины Tandem шокировали посетителей всех компьютерных выставок тем, что им предлагалось выдернуть из работающего мейнфрейма несколько любых плат – после чего NonStop продолжал работать, как ни в чем не бывало!
В 1996 патенты Tandem на отказоустойчивые архитектуры были выкуплены Compaq, а в 2001 году уже Compaq слилась с Hewlett Packard, линейка NonStop переехала на Itanium и легла в основу самых мощных серверов HP – Superdome.
Плата памяти от первого в мире отказоустойчивого сервера Tandem T/16, далее Tandem NonStop I и Tandem NonStop VLX (https://en.wikipedia.org, https://ifdesign.com)
Несмотря на неоригинальность идеи, 40У6 получился в целом неплохой по меркам СССР машиной, процессор на допотопных дискретных ИС удалось разогнать до 3 MHz, в систему добавилась аппаратная поддержка наиболее распространенных элементарных функций.
Производительность составляла 0,75 MIPS, но было очевидно, что к этому времени советское компьютеростроение представляет собой труп, движимый на честном слове и упорном отказе признавать свое состояние.
Чахлый процессор Intel 8080A выдавал 0,435 MIPS/3 MHz еще в 1976 году, MOS Technology 6502 от первого Apple – 0,43 MIPS/1 MHz в 1977 году, как и Motorola 6802 – 0,5 MIPS/1 MHz.
В 1980-е же над такой мощностью в объеме грузовика размером с морской контейнер можно было только посмеяться: Intel 8088 0,75 MIPS/10 MHz (1979), Motorola 68000 (процессор… кгхм, приставки Sega Genesis) 1,4 MIPS/8 MHz (тот же 1979) и наконец могучий Intel 286 1,28 MIPS/12 MHz (1982).
Эквивалентные системы. Сверху – знакомая каждому школьнику 1990-х Sega Genesis и ее процессор Motorola 68000, выпущенный в 1979 году. Снизу – солдат разбирает хтонический процессор 40У6 на дискретных элементах, 1993 год. (https://www.retrodomination.com, https://classicalgaming.files.wordpress.com)
Фактически можно было купить у японцев пять приставок Sega и собрать то же самое с пятикратным резервированием.
Естественно, можно сделать упор на то, что 40У6 имел уникальную систему команд, которую было бы дорого (с т. з. производительности) эмулировать на обычном процессоре, но, пардон – в те годы был расцвет заказных чипов, АЛУ всех мастей и bit-slice архитектур специального назначения, созданных как раз для реализации любых систем команд, которые пожелает душа заказчика. При этом, в отличие от всяких гражданских 286-х, мощность кастомных чипов и плат измерялась десятками MIPS.
На Западе 1980-е были золотой эрой расцвета всевозможнейших архитектур – были выпущены тысячи чипов на любой вкус и кошелек, от транспьютеров до цифровых сигнальных процессоров. Городить вагон на колесах в эпоху решений на 5–10 кристаллах – это был уже диагноз отечественной компьютерной программе.
В 1988 году закончился очередной виток производственного ада и 40У6 был принят.
Всего было изготовлено около 200 комплектов, использовавшихся в разных модификациях С-300 вплоть до 2000-х годов.
В настоящее время они заменены на «Эльбрус-90 Микро», но это уже совсем другая история.
Для современных кладоискателей могут быть интересны оценки стоимости материалов, использовавшихся в подобных ЦБК, выложенные на сайте одного из блогеров, возможно, служившего когда-то на С-300П. В микросхемах и разъемах содержалось примерно 3 кг золота и 20 кг серебра.
Работу ИТМиВТ после 1985 года хорошо описывает коллега Кривошеева, к.т.н., доцент кафедры ВМСС МЭИ П.Д. Софронов в интервью «Евгений Александрович Кривошеев: биографический очерк создателя ЭВМ для противоракетного комплекса С300»:
Это была последняя машина, разработанная под руководством Евгения Александровича Кривошеева. Она же была последней, доведенной до производства, и в истории института. На этом месте можно бы и окончить повествование, поскольку дальнейшие события для Кривошеева и его лаборатории оказались не подъемом к новым вершинам, а сползанием с горы в селевом потоке, который нельзя ни остановить, ни изменить его направление.
На этой невеселой ноте бывший начальник отдела ИТМ и ВТ Павел Дмитриевич Софронов закончил в 2011 году свои воспоминания о Евгении Александровиче Кривошееве и замечательных достижениях его коллектива. Продолжая его воспоминания, не могу не перефразировать известную фразу В.И. Ленина о том, что «коммунизм есть советская власть плюс электрификация всей страны».
Лозунг «советская власть плюс Эльбрусизация всей страны» так же оказался далеким от реальности. Серия первых «Эльбрусов» не стала столь успешной как 5Э265 – 40У6, своеобразных автоматов Калашникова в области ЭВМ, в основном из-за того, что перекладывание на аппаратуру многих функций системного программного обеспечения не соответствовало тогдашнему уровню надежности отечественной элементной базы. Американцы, в том числе фирма Берроуз, в свое время в 1970-х годах отказались от развития линии ЭВМ со стековой архитектурой и повышенным уровнем внутреннего языка, и тогда только руководство ИТМиВТ продолжило и развило эту линию.
На этой невеселой ноте бывший начальник отдела ИТМ и ВТ Павел Дмитриевич Софронов закончил в 2011 году свои воспоминания о Евгении Александровиче Кривошееве и замечательных достижениях его коллектива. Продолжая его воспоминания, не могу не перефразировать известную фразу В.И. Ленина о том, что «коммунизм есть советская власть плюс электрификация всей страны».
Лозунг «советская власть плюс Эльбрусизация всей страны» так же оказался далеким от реальности. Серия первых «Эльбрусов» не стала столь успешной как 5Э265 – 40У6, своеобразных автоматов Калашникова в области ЭВМ, в основном из-за того, что перекладывание на аппаратуру многих функций системного программного обеспечения не соответствовало тогдашнему уровню надежности отечественной элементной базы. Американцы, в том числе фирма Берроуз, в свое время в 1970-х годах отказались от развития линии ЭВМ со стековой архитектурой и повышенным уровнем внутреннего языка, и тогда только руководство ИТМиВТ продолжило и развило эту линию.
В следующей части мы начнем разбирать эпопею с «Эльбрусом», темных пятен в которой столько, что даже история БЭСМ-6 покажется простой, понятной и уютной.
Информация