Субмодуль двухпроводной памяти У-3925
Г.С. Смирнов
Какой неизгладимый след в истории вычислительной техники оставили ферритовые сердечники! Свыше двух десятилетий их позиция в оперативной памяти была доминирующей. Менялись комплексы логических элементов ЭВМ (ламповые, транзисторные, микросхемные), а ферритовые сердечники прочно удерживали свои позиции. Их технология совершенствовалась. Уменьшались размеры, ускорялось переключение, росла устойчивость к воздействию температуры окружающей среды и постоянно снижалась цена.
Тенденция увеличения ёмкости систем ферритовой памяти оставалась непоколебленной: в 1972 году 90% оперативной памяти в мире выполнялось с использованием ферритовых сердечников. Однако к 1975 году только 50%, появился грозный соперник в виде схем интегральной памяти с явно перспективными технико-экономическими параметрами. Началось отступление зарубежных МОЗУ на участке малой и самой быстрой памяти. Нетрудно было спрогнозировать появление аналогичной ситуации и в нашей стране.
Однако ещё не было разработчиков солидных систем, которые бы отказались от использования ферритов. Интереснейшее решение удалось реализовать в IBM 360/85: оперативную память двух уровней (малую быструю на ИМС и большую, с меньшей скоростью на ферритовых сердечниках) представить в виде одного уровня, сделав быструю малую (кэш-память) "невидимой" для программ. По Гибсону, изменение цикла основной памяти от нуля до 2 мкс изменяет средний цикл памяти с кэш лишь на 10 процентов.
Это воспринималось добрым предвестником смещения применения модулей оперативной ферритовой памяти в область систем с большей информационной ёмкостью. Действительно, в машинах новой серии IBM-370 кэш-память стала применяться во многих моделях наряду с ферритовой памятью увеличенной ёмкости. Появление соответствующих аналогов в новых ЕС ЭВМ («Ряда-2») стало делом времени.
По убедительной публикации Д.У. Мура (см. Запоминающие устройства современных ЭЦВМ., под ред. А.А. Крупского, М, Мир, 1968, с. 149) приходим к выводу, что начиная с ёмкости модуля ферритовой памяти примерно в 16384 слова, экономическая эффективность памяти с выбором типа 2,5D,2W становится непревзойденной среди МОЗУ и растет далее с увеличение емкости. Зависимость приведенной стоимости однобайтовых модулей памяти от информационной емкости показана ниже.
Я сумел найти проспект фирмы Data Products с рекламными данными по двухпроводной памяти. Это подогрело нашу решимость.
Схемотехническая реализация модулей памяти с выбором типа 2,5 D ,2 W является особо сложной. С Николаем Филатовым в рамках НИР «Сектор-1» мы провели первые свои эксперименты и дали оценку возможных схемотехнических решений. За этим последовало моё предложение об открытии с 1976 года ОКР «Сектор-2» по созданию субмодуля У-3925 ёмкостью 256 Кбайт с выбором типа 2,5D 2W. Такого устройства в стране ещё не было! Техническое задание я не без труда согласовал с НИЦЭВТом и добился утверждения его заместителем Министра.
Работа началась. Дали условное обозначение нашему устройству У-3225. Оно должно было состоять из субмодулей У-3925. Отмечу, что в серийном субмодуле памяти ЕС-3941 НИЦЭВТа (устройства ЕС-3203 машины ЕС-1030) ёмкость 64 Кбайта при менее экономичной организации 2,5D,3W. Набором таких модулей можно было достичь ёмкости 1 Мбайт в шкафу типа ЕС ЭВМ. Адресное же пространство машин ЕС-1040/45/50/55/60/65 простиралось от 256 до 1024/3072/1024/2048/8192 и 16384 Кбайт. Поэтому у нас была надежда, что в ряду этих или других машин (например, М-10) найдётся место и нашему субмодулю У-3925 (660х540х95 мм): в шкафу типа ЕС ЭВМ (1600х1200х860) мы намеревались разместить до 8-16 субмодулей. Более того, мы сочли достижимым время цикла 1,25 - 1,6 мкс.: известные решения характеризовались большим временем цикла - до 8 мкс. - в первых зарубежных моделях такой памяти. А работа этого устройства с кэш-памятью усилила бы влияние огромного объёма ферритовой памяти на производительность вычислительной машины.
В 1975 году вместе с В.Г. Желновым я принял участие в научно-техническом совещании «Ферриты с ППГ для устройств хранения и обработки информации современных ЭВМ», проходившем в Кузнецке. Директор завода приборов В.И. Медведев доложил о перспективах развития производства ферритов с ППГ в 1976-1980 годах, ленинградец А.Е. Оборонко из НИИМД рассказал об основных направлениях разработок и развития технологии массового производства ферритовых сердечников с ППГ. Я обратил внимание на доклад о непрерывном процессе приготовления ферритовой ленты для штамповки микросердечников. Это подогревало мой оптимизм: дальнейшее снижение стоимости ферритовых сердечников не за горами.
Размер используемых в субмодуле У-3925 запоминающих сердечников мы снизили до небывало низких в стране значений: 0,4 мм. Сердечники марки М101 при импульсе тока Imin =550 мА и разрушающем токе Ip =340 мА переключались за 300 нс, при этом амплитуды uV 1=18 мВ и dVz =2,5 мВ. Ленинградские сотрудники НИИМД согласились изготавливать по нашему заказу запоминающие сердечники «Рябина-3» ( Imin =480 мА, t п=330 нс), имея в виду отличную обеспеченность производства автоматами для контроля импульсных параметров: завод ВЭМ с 1976 года изготавливал 160 высокопроизводительных автоматов У-708, а в коллективе В.Г. Желнова началась разработка автомата У-709 со скоростью сортировки до 100000 сердечников в час.
По моей инициативе по примеру зарубежного коллеги J . R . Brown ( IEEE Trans . On EC , №4, 1966) в Пензенском Политехническом институте Г.Н. Чижухин с участием Андреева разработали установку для определения так называемых вторичных параметров ферритовых сердечников. Эти параметры позволяли точнее оценить процесс формирования возбуждающих токов и ожидаемую картину на входе усилителя считывания, имевшие особо важное значение в разработке двухпроводной ферритовой памяти.
В качестве контрагента по механизированному монтажу наших матриц на 1 280 000 сердечниках мною был привлечён Астраханский Научно-исследовательский технологический институт (НИТИВУ), в те годы не чуравшийся новых технологий: перспектива механизированной прошивки сердечников матрицы (например, по методу А.Ю. Буркина) для астраханцев была очень привлекательной. Специалисты НИТИВУ стали участниками такой работы «Спираль», части нашей ОКР «Сектор-2».
Константин Юренков обратил внимание на публикацию В.Д. Поздеева «Вопросы технологии и монтажа ЗУ на ферритовых сердечниках» в сборнике «Высокопроизводительные вычислительные системы» (доклады к 25-летию ИТМ и ВТ ) . В ней сообщалось о разработанных керамических металлизированных колодках (для распайки шин) с числом пазов 130-273, расположенных с шагом 0,4 мм. Это подарок для наших технологов, обычно сторонящихся поиска информации и новых разработок. Теперь они наши соисполнители. Опытный Геннадий Нефёдов стал ведущим исполнителем этого направления в ОКР.
Ведущим исполнителем работ по электронному обрамлению являлся Николай Филатов, прорабатывавший эти вопросы на стадии НИР «Сектор-1». В центре его внимания теперь разработка адресного и адресно-разрядного дешифраторов и блока местного управления. Для них разрабатывались на транзисторах КТ909 ключи коммутации тока величиною до 3 А.
Сложнейший вопрос построения канала считывания субмодуля У-3225 решался им с участием молодого специалиста Владимира Служеникина. Были разработаны схемы, которые необходимо было выполнить в виде микросборок. В схеме УЛ1 - 44 транзистора, УЛ2 – 14 транзисторов.
Головному технологическому НИИ радиопромышленности "Авангард" была передана документация для реализации схем в гибридном исполнении. Одновременно Владимир Мошенский с Виталием Зайцевым приступили к изготовлению экспериментальных образцов УЛ-1 и УЛ-2 в своем секторе. Опыта подобных разработок на предприятии не было, продвижение в изготовлении шло медленно, иногда с отступлением от технологических норм. Резисторы изготавливались без лазерной подгонки, не получалась требуемая электриками точность и стабильность На снимках наши микросборки УЛ-1 и УЛ-2. За неимением лучшего такие микросборки использовались в наладочных работах, а потом и в опытном образце субмодуля. В канале считывания третьим каскадом была серийная микросхема 169УЛ4.
Мы получили из НИЦЭВТа конструкторскую документацию на модуль памяти ЕС-3941 со схемой выбора 2,5 D ,3 W емкостью 64Кбайт. Это материал для сравнения нашей разработки с серийным изделием. Подготовили пояснительную записку и защитили технический проект на Научно-техническом совете предприятия в октябре 1976 года.
С участием Степанова, Х.В. Гольберг из сектора Владимира Степушкина разрабатывались чертежи субмодуля У-3925.
В отделе В.Г. Желнова разрабатывался стенд проверки наших микросборок.
В разработке принципиальных электрических схем узлов субмодуля У-3925 участвовали молодые специалисты из Пензенского политехнического института Илья Шиндер и Александр Артамонов (слева) и Марина Васильева. Дело новое, сложное. Было трудно электрикам, конструкторам и технологам. Все они находились в разных подразделениях, подчиненных главному инженеру предприятия А.Н. Невскому. А он и в 1977, и в 1978 годах находился на стационарном лечении в Пензе и Москве. И координировать такую работу было, по существу, некому. Мне, главному конструктору ОКР, начальнику отдела памяти, над которым еще находился начальник отделения, мало чего удавалось достичь в повышении эффективности сотрудничества. Технологи все еще не умели изготавливать многослойные печатные платы, необходимые для построения субмодуля У-3225. Ведущий специалист в их освоении Лидия Барышева была уволена в начале 1978 года.
До августа 1978 года ОКР «Сектор-2» выполнялась под моим руководством, позже основным исполнителем работы стал Николай Филатов. Долго еще не могли изготовить многослойные печатные платы. При монтаже субмодуля были допущены грубые ошибки. Мешала и административная чехарда. Процесс наладки субмодуля не был «безоблачным».
ОКР завершили в 1980 году, на междуведомственных испытаниях был Степанян из отдела ферритовой памяти Г.А. Захаряна (Ереванский НИИММ).
Не все получилось так, как мы задумывали. Сложнейшая и интереснейшая работа, об участии в которой могли только мечтать многие серьёзные разработчики страны, не получила продолжения.
Из книги «Ферритовая память ЭВМ “Урал”». Пенза, 2006 г.
Перепечатываются с разрешения автора.
