Глава 1. Выдающийся главный конструктор

В.М. Амербаев

В.М. Амербаев

Устройство делового мира на всех уровнях производственных отношений (независимо от общественных формаций) характеризуется неустойчивым во времени группированием (факторизацией) сфер интересов и влияний вокруг власть имущих лиц и финансовых потоков (денежных и материализованных).

На фоне этих процессов и сопровождающей их конкурентной борьбы, достижений и упадков в ряде случаев кристаллизуются личности большой человеческой значимости и истинного человеческого духа, деяния которых и личностные качества навсегда остаются в благодарной памяти близких людей, соратников, сотрудников и товарищей по работе. К такой категории людей относится Давлет Исламович Юдицкий, которому посвящён данный сборник серии “Созидатели отечественной электроники”.

Жил и трудился в советское время сын кумыкского народа, впитавший лучшие традиции Дагестана – дружественность, гордость за собственное бытие, свободолюбие, справедливость, гостеприимство, твёрдость духа, живость ума и талант – Давлет-Гирей Ислам-Гиреевич Юдицкий (1929-1983). В становлении творческой линии Давлета Исламовича решающую роль сыграли два известных человека. Первый – крупный учёный и организатор науки и производства радиоэлектроники и микроэлектроники Федор Викторович Лукин (директор Центра микроэлектроники в 1963-1971) – генератор работ в области создания высокопроизводительных модулярных высокопроизводительных ЭВМ: К340А, “Алмаз”, 5Э53. Он владел идеей модулярных вычислений задолго до открытой публикации в “Кибернетическом сборнике” №8 в 1964 году фундаментальных зарубежных исследований по модулярной арифметике.

Второй учёный – Израиль Яковлевич Акушский, которому Ф.В. Лукин, ещё будучи главным инженером КБ-1 (1953-1960), предложил работать в области модулярной арифметики. Став в 1960 г. директором НИИ-37, Ф.В. Лукин пригласил Д.И. Юдицкого и И.Я. Акушского для разработки модулярной ЭВМ. Разработанные там под научным руководством И.Я. Акушского алгоритмы легли в основу создания модулярной ЭВМ К340А, ключевую роль в проектировании которой сыграл главный конструктор Д.И. Юдицкий.

Как известно, модулярная арифметика слагается из двух частей: модульная (строго параллельная) и немодульная (последовательно-параллельная) арифметики. Модульная арифметика реализует, так называемые, кольцевые операции – сложение, вычитание, умножение. Немодульная реализует такие некольцевые операции, как округление и сравнение чисел по величине, операции перевода модулярных кодов в позиционные и обратно, операции обнаружения и исправления ошибок. Операции перевода играют служебную роль, операции обнаружения и исправления ошибок характеризуют качество модулярной арифметики. Таким образом, к чисто арифметическим операциям в классе немодульных относятся лишь операции округления и сравнения чисел по величине. Отсюда следуют два ограничения модулярной арифметики:

1. Высокая эффективность модулярной арифметики может быть достигнута лишь на тех классах задач, где преобладают кольцевые операции и где доля некольцевых операций мала, или где процент их влияния на производительность процессора может быть значительно уменьшен за счёт соответствующего подбора масштабов, распараллеливания и конвейеризации.
2. Вычисления в режиме с плавающей запятой не эффективны в модулярной арифметике. Здесь необходимо разрабатывать специальные приёмы динамического управления масштабами.

В модулярной алгоритмике, разработанной И.Я. Акушским, ведущую роль в реализации немодульных арифметических операций играет “метод нулевизации”, который равнозначен алгоритму перевода модулярного кода в полиадический (позиционный). Этот алгоритм существенно последовательный.

Будучи главным конструктом 5Э5З, Д.И. Юдицкий поставил перед разработчиками модулярной алгоритмики две задачи: выделить типовую немодульную операцию, посредством которой реализовывались бы все немодульные операции (как арифметические, так и служебные). Распараллелить эту немодульную операцию и тем самым ускорить реализацию всех немодульных операций. В отделе алгоритмики решение этих вопросов привело к специальному выбору оснований рабочего диапазона Р и избыточного диапазона Q в таком соотношении, чтобы выполнялось условие Q=Р+1. Это позволило, в сравнении с методом нулевизации, чисто модулярными средствами сократить вдвое немодульную операцию, не увеличивая при этом оборудования. Принятые решения привели к сокращению времени реализации операции округления, а так же позволили совместить на одном устройстве с операцией округления операцию кодирования и декодирования помехоустойчивого арифметического модулярного кода. Было показано, что алгоритмы арифметической самокоррекции в динамическом диапазоне Р(Р+1) инвариантны относительно избранной типовой немодульной операции.

В развитии полученного решения Д.И. Юдицкий поставил перед научным и инженерным коллективами ряд целевых задач. Их решение привело к комплексной разработке за короткое время всех процессорных блоков ЭВМ 5Э53 параллельной архитектуры. Группа учёных, возглавляемая профессором И.А. Большаковым, показала, что задачи ПВО и ПРО, для решения которых конструировалась ЭВМ 5Э53, могут быть приведены к виду, удобному для эффективного применения модулярной арифметики с рекордной к тому времени производительностью до 40 млн. оп/с. При этом была разработана система масштабирования, практически исключающая использование операции контроля выхода результата вычислений за динамический диапазон. Научный сотрудник Я.Н. Кобринский решил в терминах целочисленного программирования оптимизационную задачу выбора базисных типовых оснований динамического диапазона Р(Р+1). Были получены несколько наборов оптимальных типовых базисных оснований динамического диапазона ЭВМ 5Э53, заданного требованиями технического задания. Профессор А.И. Коёкин с помощью инженерных расчётов показал, что избранная архитектура ЭВМ, которая позволяет, не прерывая вычислительного процесса, обнаруживать и исправлять одиночную ошибку по любому базисному основанию, равнозначна по надёжности ЭВМ трёхкратного резервирования. Разработчики АЛУ В.М. Радунский, Л.Г. Рыков, В.С. Кокорин и др. приложили много усилий для разработки оптимальных схем всех блоков модульных и немодульных арифметических устройств. Разработчики устройства управления – М.Д. Корнев, М.Н. Белова и др. внесли много принципиально новых решений в архитектуру 5Э53. (Надо помнить, что эти пионерские работы в области параллельных архитектур ЭВМ велись без малого полвека назад, в 1969-1970 гг.). В едином творческом порыве работали и другие технические, технологические и конструкторские подразделения Специализированного Вычислительного Центра (СВЦ), создателем и директором которого был Д.И. Юдицкий. Он не только выполнял директорские функции, но и был организатором, и синтезатором коллективного разума, единого творческого порыва всего коллектива. Ни одна более или менее значимая деталь в разработке и конструировании 5Э53 не обходилась без личного участия и влияния главного конструктора. Всех организовывали и цементировали личные трудовые качества Д.И. Юдицкого, служившие ярким примером трудового подвига. Его непосредственное участие в решении всех вопросов проектирования и конструирования, внимание и доброжелательность ко всем сотрудникам, доступность для каждого сотрудника главного конструктора, поднимали на высокий уровень ответственность каждого за добротность выполняемой им работы. Результатом огромного объёма выполненных теоретических исследований и практической разработки модулярных ЭВМ было превращение коллектива Юдицкого-Акушского в центр развития модулярной арифметики, а его руководителей – в общепризнанных в стране лидеров в этой области.

Но безвременная кончина в 1971 году Ф.В. Лукина – вдохновителя и высокого покровителя работ в области модулярной арифметики, совпавшая с прекращением работ по созданию второй очереди системы ПРО Московского промышленного района (для которой разрабатывалась 5Э53), мгновенно исключили хорошо организованный коллектив из сфер интересов и влияния властьимущих. СВЦ выпал из “обоймы” Научного Центра МЭП СССР – начались реорганизация и перестройка СВЦ. В Научном Центре модулярные процессоры больше никого не интересовали, научные и инженерные кадры стали быстро “распыляться”.

Тем не менее, интересы к модулярным вычислениям продолжали развиваться. В Казахстане разрабатывалась модулярная арифметика комплексных чисел (И.Т. Пак и др.), исследовались модулярные аспекты криптографических преобразований (Р.Г. Бияшев и др.). В Белоруссии разработаны модулярные преобразователи цифровой обработки данных (А.А. Коляда, А.Ф. Чернявский и др.). В Украине исследовалась модулярная арифметика гиперкомплексных чисел (М.В. Синьков, Н.М. Губарнов и др.). В России – В.А. Торгашев заложил основы теории надёжных модулярных вычислений; В.Г. Евстигнеев исследовал вопросы синтеза модулярной и позиционной арифметик; С.А. Инютин применил модулярную арифметику к высокоточным вычислениям; Е.К. Лебедев разрабатывал модулярные цифровые фильтры; О.А. Финько исследовал параллельные логические вычисления на модулярной основе; Н.И. Червяков и др. разрабатывают принципы модулярных вычислений в нейросетях и нейрокомпьютерах; В.А. Краснобаев и др. провели широкий спектр исследований в области модулярной арифметики; Ш.А. Оцоков исследовал приёмы распространения режима плавающей запятой на модулярные вычисления. Трудно перечислить в короткой статье всех разработчиков модулярной арифметики Московской, Петербургской, Минской, Киевской, Ставропольской, Алма-Атинской, Воронежской, Дагестанской, Харьковской, Новосибирской, Тбилисской, Краснодарской, Днепропетровской и других научных школ, многие из которых и по настоящее время продолжают плодотворно работать над проблемами модулярной арифметики.

Интерес к модулярной арифметике, как к арифметике параллельного действия, подогревается развитием элементной базы микроэлектроники, совершенствованием и автоматизацией проектирования вычислительных средств, прогрессом технологий производства микроэлектронных изделий различного назначения. Модулярная алгоритмика в различных алгебраических структурах образует важный инструментарий вычислительных технологий, используемый для эффективного решения специальных задач. В связи с этим следует сказать, что Д.И. Юдицкий в своей докторской диссертации (1969 г.) впервые обосновал полиномиальный аспект непозиционных систем счисления.

В зарубежных исследованиях на рубеже XX и XXI наблюдается ренессанс модулярной арифметики. В её теорию проникают идеи логарифмических вычислений в конечных полях, открытые ещё в начале XIX века К.Ф. Гауссом. Возникла модулярная логарифметика, которая предоставляет новые технологические возможности для реализации параллельной арифметики.

В потоке развивающихся исследований в области модулярных вычислений память о Давлете Исламовиче Юдицком остается как образ российского первооткрывателя-конструктора процессоров параллельной компьютерной архитектуры на модулярной основе, во многом предвосхитившем современную идеологию в этой области. Опыт работы Д.И. Юдицкого в области создания модулярных процессоров специального назначения показывает, что для своевременной и эффективной разработки модулярных вычислительных средств требуется гибкое, координируемое объединение усилий специалистов различного профиля. Системных архитекторов, математиков-алгоритмистов, разработчиков процессорных блоков арифметического устройства, устройства управления, многоуровневой памяти, специалистов в области САПР, конструкторов и технологов в области проектирования и разработки изделий в виде интегральных микросхем, специалистов в области информационных технологий и т.п. Именно на этом пути Отечество может получить собственную оригинальную разработку на российской элементной базе различных специализированных устройств высокого быстродействия и высокой надёжности.

Научные и практические интересы Д.И. Юдицкого не ограничивались модулярной арифметикой и ЭВМ на её основе. Он был организатором разработок и главным конструктором сложных систем автоматизации управления, в т.ч. Единой вычислительной сети (ЕВС) зеленоградского Научного центра, АСУ городского хозяйства Зеленограда (АСУ ГХ), АСУ “Выборы”, основ автоматической информационно-диспетчерской системы Минэлектронпрома (АИДП) и т.п. В 1973 г. Д.И. Юдицкий был инициатором создания и главным конструктором магистрально-модульной системы “Электроника НЦ” (он называл её: “детский конструктор”) и систем на её основе: мини-ЭВМ “Электроника НЦ-1”, центр коммутации сообщений “Юрюзань”, комплекс вычислительных средств “Связь-1” и др. Д.И. Юдицкий был также инициатором и руководителем работ по созданию архитектуры микропроцессоров и микро-ЭВМ, которые вылились в создание микропроцессоров серий 587, 588, 1801, 1802, 1883 и семейства микро-ЭВМ “Электроника НЦ-01, -02, -02М, 03Т, 03Д, 03С, 04Т и 05Т” на их основе.

Д.И. Юдицкий много внимания уделял проблемам надёжности вычислительных систем. Его предвидения в области создания высоконадёжных модулярных преобразователей находят воплощение в современных исследованиях и разработках модулярных вычислительных структур.

Нельзя не отметить также и организационный талант Д.И. Юдицкого. В НИИ-37, а затем в СВЦ он создал уникальные коллективы единомышленников, которые в невероятно короткие сроки выполняли сложнейшие проекты по разработке ЭВМ с рекордно высокими для своего времени характеристиками. Он умел сплотить людей в единый творческий монолит, способный решать мало кому посильные задачи.

Данный сборник содержит яркие страницы из творческой и трудовой жизни одного из созидателей отечественной электроники. Её история дорога всем, кто работает в этой отрасли науки и производства России. Её история полезна молодым, которые, вдохновленные делами своих дедов и отцов, могут и должны не только возродить позиции отечественной электроники, но и вывести её на передовые рубежи.

Сентябрь 2010 г.

Об авторе: д.т.н., профессор, Лауреат Государственной Премии СССР, академик НАН Республики Казахстан,
главный научный сотрудник ИППМ РАН

Из книги «Давлет Исламович Юдицкий ». 2011 г.
Перепечатывается с разрешения автора.