Дальше так нельзя

Эдуард Пройдаков, Александр Ливеровский

Академика Всеволода Сергеевича Бурцева представлять нашим читателям особо не надо. Ученик Сергея Алексеевича Лебедева, долгое время возглавлявший Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), главный конструктор МВК «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2», возимых вычислительных средств 5Э26, до настоящее время эксплуатируемых в центрах контроля космического пространства (ЦККП), системах ПРО, таких боевых комплексах, как противосамолетная система С-300 и др. Понятно, что вопросов к академику у нас было много.

PC Week: В ноябре прошлого года отмечали столетие со дня рождения С. А. Лебедева. Хотелось бы немного поговорить про то время, про начальный этап развития вычислительной техники в нашей стране. Как вы попали в ИТМ и ВТ?

Всеволод Бурцев: Сергей Алексеевич был тогда заведующим лабораторией в ИТМ и ВТ и взял из Московского энергетического института человек десять дипломников. Мы пришли в Институт в 1950-м и под руководством С. А. Лебедева в 1951 году защитили свои дипломные проекты. Принимал нас на работу Михаил Алексеевич Лаврентьев, директор ИТМ и ВТ. Я считаю, что он сыграл ведущую роль в становлении вычислительной техники в СССР на первом этапе ее развития. Михаил Алексеевич был крупномасштабным ученым с прекрасным видением перспективы. В 1949 году он написал письмо И. В. Сталину о необходимости ускорения в СССР исследований в области дискретной вычислительной техники и даже сам не ожидал, что буквально через полмесяца вышло постановление о назначении его директором ИТМ и ВТ и о разработке ЭВМ в СКБ-245 и Академии наук СССР. До этого Михаил Алексеевич жил и работал в Киеве и помогал С. А. Лебедеву в создании первой отечественной электронной вычислительной машины — МЭСМ.

Лаврентьев нас сразу зачислил в институт инженерами и сказал, что пока не надо ходить на практику (Лебедева не было в Москве), и мы с удовольствием загорали всю практику в Серебряном бору. Потом приехал Сергей Алексеевич, прочитал нам несколько лекций и дал задания по дипломным проектам, каждому по своему устройству. Так мы и начали работать. А в это же время в СКБ-245 Юрий Яковлевич Базилевский делал «Стрелу». Мне помнится, были два эскизных проекта — Базилевского и наш, основой которого были наши дипломные проекты. Лаврентьев сделал нас старшими инженерами с окладом по 1800 руб., а тогда это было много. Но где-то в октябре 1950-го нас «прихватило» КГБ, куда нас распределили после института. Нам не хотелось уходить из ИТМ и ВТ, хотя в КГБ нам положили оклады по 2500 руб. и погоны давали. М. А. Лаврентьев несколько раз разговаривал о нашей судьбе с высшим руководством. В итоге нам дали по выговору по комсомольской линии, но оставили у С. А. Лебедева. Я делал работу по теме «Управление системой команд БЭСМ». Мы и защищали дипломы уже на действующих макетах своих устройств.

PC Week: Кто прорабатывал архитектуру машины БЭСМ?

В. Б.: Полностью Сергей Алексеевич. Он получил большой опыт при разработке МЭСМ. С кем он консультировался, я точно не знаю, по-моему, по системе команд с Л. А. Люстерником.

В дальнейшем моя деятельность сосредоточилась на военных заказах. С. А. Лебедев, предвидя большие преимущества дискретной вычислительной техники, особенно в военных применениях, поручил мне разработать систему съема данных с радиолокационной станции обзорного действия и сопровождения в дискретном виде одновременно нескольких целей.

Эта задача была успешно решена. Г. В. Кисунько первым использовал эту разработку в решении поставленной перед ним задачи уничтожения баллистической ракеты. Работы по системе противоракетной обороны (ПРО) сыграли чрезвычайно большую роль в развитии вычислительной техники в нашей стране. Имея элементную базу, отстающую минимум на 10 лет от американской, мы должны были создать вычислительные средства, превосходящие по своим параметрам американские.

В 1959 году была построена вычислительная сеть из ЭВМ, отстоящих друг от друга на сотни километров. Были созданы ЭВМ, обладающие быстродействием в 50 тыс. операций в секунду, одновременно осуществляющие прием и передачу данных по 7-дуплексным асинхронно работающим каналам общей пропускной способностью в 1 мегабит в секунду. В 1959 году впервые в мире в вычислительной сети широко использовались мультиплексные каналы и осуществлялась параллельная работа в ЭВМ устройства управления, ОЗУ, управления внешними устройствами и каналами связи. Таких комплексов в 1959 году за рубежом не было. Поражение баллистической ракеты американцы осуществили на 21 год позже и то с точностью до сотен метров, в то время как у нас промах не превышал 25 метров.

PC Week: Помнится, машину «Эльбрус», разработанную в ИТМ и ВТ, часто за глаза называли «Эль-Барроуз», намекая на архитектурную близость к машинам известной западной компании. Между ними действительно какие-то пересечения есть?

В. Б.: Это говорят дилетанты и злопыхатели. Ответ однозначный: «Да». Перед тем, как начинать проектировать новую ЭВМ мы всегда очень внимательно изучали разработки всего мира в этой области.

В те времена встал вопрос о повышении уровня машинного языка, с тем чтобы уменьшить разрыв между языком высокого уровня и командным с целью увеличения эффективности прохождения программ, написанных на языке высокого уровня. В этом направлении в мире работали в трех местах. В теоретическом плане наиболее сильной была работа Айлифа: «Принципы построения базовой машины», в Манчестерском университете в лаборатории Килбурна и Эдвардса была создана машина МU-5 («Манчестерский университет-5»), а в фирме Барроуз, разрабатывались машины для банков и военных применений. На всех трех фирмах я был, беседовал с основными разработчиками и имел необходимые материалы по принципам, заложенным в эти разработки. При проектировании МВК «Эльбрус-1» и Эльбрус-2«мы брали из передовых разработок все, что нам представлялось стоящим. Так делаются и должны разрабатываться все новые машины. На разработку МВК «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2» оказали влияние архитектуры и НР, и 5Э26, и БЭСМ-6, и ряд других разработок того времени. Не мало интересных архитектурных решений было внедрено впервые в мире. Подробно вопросы проектирования МВК «Эльбрус» изложены в моей книге»Параллелизм вычислительных процессов и развитие архитектуры суперЭВМ. МВК «Эльбрус».

PC Week: Как вы относитесь к решению, принятому в свое время, по копированию архитектуры IBM 360?

В. Б.: Вы знаете, что тогда рассматривались в качестве альтернативы компьютеры фирм IBM и ICL. М. К. Сулим, в то время один из заместителей министра Минрадиопрома, был за ICL. На мой взгляд, разница между ними абсолютно не принципиальна. Так как ICL закрылась, то получается, что выбор ЭВМ фирмы IBM был правильным. Это доказала жизнь. Копируя IBM, мы хотели получить мощное математическое обеспечение, из-за этого-то и стали копировать. Поверьте мне, что даже имея документацию, сделать машину, которую ты не разрабатывал, очень трудно, трудней, чем разработать самому. Где-то что-то не так и все. На чем попали, почему плохо шло дело? Было две причины. Во-первых, IBM постоянно изменяла как программное обеспечение, так и «железо». Отследить одновременно эти изменения было трудно. Приходят новые версии ПО, а оно идет с ошибками, потому что «железо» не то. Вторая причина состояла в том, что IBM работала с элементной базой с надежностью 10-8, а у нас тогда надежность была 10-6. Но НИЦЭВТ провел героическую работу по освоению ПО IBM. Они полностью разобрались в нем и сами стали вносить в него изменения. Первая причина была устранена за 10 лет напряженной работы.

PC Week: Во времена СССР были разработаны сотни машин для военных целей. А как обстоят дела с военными ЭВМ сейчас?

В. Б.: По моему мнению, очень неважно. Заказчик имеет дело с коммерческими, а не с госбюджетными организациями. Для коммерческих структур во главу угла ставится прибыль с заказа. Поэтому они используют зарубежные ширпотребовские процессоры в вычислительных системах военного применения. Эти процессоры не обладают достаточной достоверностью выдаваемых данных. Понаставят их в комплексы и будут сбивать мирные самолеты. Американцы не ставят ширпотребовские процессоры в боевые системы и разрабатывают для них специальное матобеспечение. У меня есть статья о возможности использования зарубежной элементной базы в системах военного применения, в которой более широко обсуждены эти вопросы..

PC Week: Всеволод Сергеевич, хотелось бы узнать о состоянии работ по новым вычислительным машинам в нашей стране. Вопрос можно разбить на два: первый — общее состояние, второй — что реально делается.

В. Б.: Положение с разработкой новых систем чрезвычайно тяжелое, а со временем оно только усугубляется. Дальше так нельзя. Причем все это происходит не потому, что правительство не уделяет достаточного внимания этому направлению.

Начиная с 1985 года и до настоящего времени с вычислительной техникой, я считаю, творятся чудеса, иначе это трудно объяснить. Например, у «Эльбруса-2» был векторный спецпроцессор. По быстродействию он превосходил аналогичный процессор Крея. Несмотря на то что элементная база у нас была менее быстродействующей, производительность на векторных операциях у спецпроцессора была выше. Мы его запустили в производство на элементной базе «Эльбруса-2», но высшие инстанции по непонятным причинам векторный процессор «Эльбруса-2» сняли с производства.

Затем была система МКП — модульный конвейерный процессор, созданный в ИТМ и ВТ главным конструктором А. А. Соколовым. Это была замечательная работа. Сейчас нечто подобное пытаются реализовать в мультитредовой технологии в США. Соколов почти сделал МКП, но начальство раньше времени распорядилось провести госиспытания. Машину нужно было дорабатывать. Я выбил деньги, чтобы вести ее в Академии наук, в вычислительном центре коллективного пользования, руководителем которого я был. Но с ликвидацией этого центра был ликвидирован и МКП.

Машину ССБИС (главный конструктор академик В. А. Мельников) тоже ликвидировали.

Осталось работа, в свое время порученная нам академиком Г.И. Марчуком, которую мы ведем сейчас. Но и она кому-то мешала. Закрыли единственный в Академии наук Институт высокопроизводительных вычислительных систем, причем полностью была уничтожена документация на новую суперЭВМ, так как нас лишили инструментальной базы — системы автоматизации проектирования Mentor Graphics, которая была использована для создания нашего проекта. На мой взгляд, ликвидация этой разработки носила направленный характер.

Нам пришлось с нуля начинать разработку проекта. Сейчас у нас группа в 30 человек. Удалось сделать макет, и мы уже заканчиваем проект рабочей станции, которая на одном процессоре должна дать производительность в 1 Тфлоп.

За рубежом идут по пути создания многопроцессорных суперЭВМ. Такие ЭВМ содержат тысячи процессоров. Теоретическая (максимальная) производительность растет пропорционально числу процессоров, а реальная производительность процессоров падает. В своих работах мы показываем, что это тупиковое направление. За американцами по нему следовать нет резона. Нужно делать процессоры массового параллелизма с новой архитектурой, которые будут автоматически извлекать параллелизм из задач и осуществлять распределение ресурсов вычислительных средств, синхронизируя их работу по данным. Программист с этой работой справиться не в состоянии.

Предлагаемая нами архитектура базируется на использовании ассоциативной памяти, которая позволяет решать на аппаратном уровне эти проблемы. Раньше ассоциативная память большого объема была проблемой. А вот сейчас для систем телекоммуникации созданы несколькими фирмами замечательные микросхемы памяти, в которой за 10 нс можно опросить 256 тыс. 72-х разрядных ключей. На базе такой ассоциативной памяти мы спокойно можем строить свою систему. Я делал доклад на межведомственной комиссии, возглавляемой академиком Ж. И. Алферовым, и получил поддержку. Но будем ли мы реализовывать разработку, не знаю.

PC Week: Владимир Пентковский, разработавший процессор Pentium в корпорации Intel, у кого трудился в ИТМ и ВТ?

В. Б.: Он в моей лаборатории вместе с Б. А. Бабаяном разрабатывал язык ЭЛ-76. Пентковский — очень сильный в научном плане человек. Он вместе со своими коллегами замечательно сделал транслятор с языка ЭЛ-76 в команды МВК «Эльбрус-2».

В 1986 году академик Г. И. Марчук пригласил меня перейти в Академию наук в его лабораторию, имеющую статус института, и я после завершения государственных испытаний МВК «Эльбрус-2» стал работать в Академии наук. До этого времени Владимир Пентковский работал в ИТМ и ВТ.

PC Week: Когда вы начали свой нынешний проект?

В. Б.: В 1989 году академиком Г. И. Марчуком была поставлена задача построения суперЭВМ на новых физических и архитектурных принципах. Работа была инициирована информацией о том, что американцы Мюллер и Хуанг в лабораториях AT&T сделали вычислительные машины на оптических принципах. Гурий Иванович Марчук, будучи заместителем председателя Совмина СССР, выделил средства для проведения подобных работ в АН СССР. Мы вместе со специалистом по оптике, профессором М.П. Петровым, заместителем директора ФТИ им. Иоффе, поехали в Америку и побывали в лаборатории у Хуанга. По нашим расчетам, оптическая машина не имела права на существование. Так оно и оказалось. И когда мы спросили Мюллера, что они дальше будут делать с макетом, он сказал: «Сдадим в музей». Мы с физиками подписали документ о том, что в настоящее время оптика не может конкурировать с микроэлектроникой в части создания логической элементной базы.

PC Week: Но ведь в Bell Labs сделали оптический коммутатор?

В. Б.: Верно. После проведения работ по созданию новой элементной базы с использованием новых физических принципов совместно с физическими институтами АН СССР были сделаны следующие выводы: логические элементы на оптической элементной базе не будут конкурентоспособны с электронными до тех пор, пока не будет сделано какое-либо открытие. Дело в том, что всякое изменение направления луча света происходит через изменение кристаллической решетки вещества, а это требует большой энергии. Самый главный показатель переключающего элемента — это сколько энергии необходимо для изменения его логического состояния. По этому параметру оптическая элементная база в сотни раз проигрывает электронной. В то же самое время мы сделали вывод, что для систем коммутации по полосе пропускания и плотности передаваемой информации в единице объема оптика имеет большие преимущества. Ее нужно использовать в системах связи и коммутации. Мы искали для оптики такие архитектурные решения, которые для нее хорошо подходят, в первую очередь, конвейерные принципы обработки информации и использование ассоциативной памяти. И эти поиски дали толчок к развитию нашей архитектуры.

PC Week: Спасибо за беседу.

Статья опубликована в PC Week/RE № 15, 2003 г., c. 31.