Главная страница Visual 2000 · Общий список статей
"Эльбрус", Burroughs и другиеАндрей Колесов
© 1997, Андрей Колесов
Интервью Бориса Бабаяна...
В советские времена...
БЭСМ-6 и другие
Начало "Эльбруса"
Что важнее — архитектура или технология?
Возвращаясь к интервью Бориса Бабаяна
Приложения к статье:
О классификации компьютеров
Из личного опыта
Что известно о Burroughs
Архитектура Burroughs
В июле 1997 года в "Компьютерре" 27/97 было опубликовано весьма любопытное интервью с Борисом Бабаяном, одним из ведущих разработчиков компьютеров системы "Эльбрус". В качестве реакции я тогда же написал приведенную ниже статью "Эльбрус, Burroughs и другие" и отправил ее в "Компьютерру".
Евгений Козловский отнесся к статье положительно, но главный редактор Георгий Кузнецов забраковал ее. Потом я хотел напечатать эту статью в журнале Hard'n'Soft (там уже были публикации по истории ЭВМ) и Костя Зимин взял ее (и даже заплатил деньги!), но до печати и там дело не дошло... А жаль, так как к тому времени я обнаружил еще одну занимательную информацию.
Так или иначе, но данная тема представляется мне очень важной, и некоторые мысли по этому поводу содержатся в письмах, написанных мною в то же время Козловскому и Зимину. Позднее некоторые материалы из этой статьи мне пригодились при подготовке других публикаций. Особенно много было использовано при написании статьи "Каковы компьютерные перспективы России в 21 веке?" в марте 1999 года.
Но эта тема еще далека от завершения. Вопрос о нашей компьютерной истории важен хотя бы потому, что чем скорее мы расстанемся с иллюзиями, тем будет лучше для нас.
В еженедельнике "Компьютерра" № 27/97 была опубликована довольна интересная подборка статей на тему "И какой же русский не любит быстрой PC?", в которых обсуждались перспективы развития архитектуры компьютеров и, в частности, рассматривался вопрос о родстве решений для суперЭВМ и для микропроцессоров. Такая постановка вопроса представляется очень правильной, так как, хотя, казалось бы, эти два типа вычислительных устройств принадлежат к двум диаметрально противоположным (по производительности) классам ЭВМ, на самом деле по своим архитектурным решениям микропроцессоры гораздо ближе к суперЭВМ, чем например, к компьютерам класса мини-ЭВМ и ЭВМ среднего класса (то, что сейчас называется обобщенным понятием "мэйнфрейм").
Среди материалов "темы номера" особое внимание привлекает приведенное интервью с Борисом Бабаяном "Микропроцессоры давно обогнали большие машины" (с.26-28). Любопытно, что в этой же подборке материалов была опубликована и моя статья "Куда идет компьютерная техника?", в которой я упоминал (совершенно независимо) о проекте "Эльбрус", занимающем центральное место в интервью Бабаяна.
Со стороны Бабаяна разговор об "Эльбрусе" был совершенно понятным — он является одним из "отцов" этой системы. Я же упоминаю о нем тоже не случайно, поскольку "Эльбрус" представляет собой один из наиболее впечатляющих вычислительных проектов советской эпохи, который, на мой взгляд, отразил как достижения, так и проблемы отечественной компьютерной индустрии. Хотя это была одна из наиболее "закрытых" работ, она довольно активно обсуждалась в свое время в кругах специалистов.
Честно говоря, прочтение беседы с Борисом Бабаяном оставило у меня довольно странное впечатление. С одной стороны, там, вроде бы, все сказано верно. Но с другой, — там не сказано также довольно многое. В результате получилось, что красной нитью у него проходит мысль о том, мы еще недавно опережали Запад в области теоретических разработок в архитектуре ЭВМ. Более того, вроде бы, кроме нас в этой области вообще никто не работал. Соответственно, успех в архитектуре Intel и HP сегодня объясняется чуть ли не заимствованием наших разработок десятилетней давности. Однако при этом почему-то совсем не говорится о том, что весь проект "Эльбрус" был в свою очередь основан на реализации американского аналога — компьютеров фирмы Burroughs.
Кроме того, мне показалось, что в более общем плане в данной статье просматривается один из мифов, которыми нас (советских ученых) успокаивали, а мы повторяли: "мол наука у нас отличная — вот только производство плохое, которое не дает нам возможности реализовать все наши классные идеи". Именно поэтому мне кажется, что обсуждение перспектив развития вычислительной техники стоит продолжить, в том числе и в такой постановке вопроса: каковы шансы участия в этом процессе российских разработчиков? А начать этот разговор, наверное, имеет смысл с небольшого экскурса в историю.
В советские времена (70-80-е годы) ЭВМ производили три министерства: радиопромышленности (ЕС — Единое Семейство, класс мэйнфреймов), электронной промышленности ("Электроника", микроЭВМ) и приборостроения и средств автоматизации (сначала серии M-xxx, которая потом получила название CM — Серия Малых, мини-ЭВМ). Первые два министерства принадлежали к числу "семерки" ВПК. Выпуск ЭВМ, естественно, был далеко не единственным направлением их деятельности, а для МЭП — даже не главным. Тем не менее, каждое имело достаточно мощную научно-исследовательскую и производственную базу: НИИ, заводы и пр. Созданием элементной базы занималось в основном МЭП, хотя некоторые разработки и даже производства имели также другие министерства.
Однако, кроме перечисленных выше, было еще одно направление разработки и создания ЭВМ, которое возглавлялось Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР (ИТМ и ВТ). До 1973 г. в течение 20-ти лет им бессменно руководил академик С.А. Лебедев, один из основателей отечественной школы ВТ, возглавлявший, в частности, создание первой советской электронной ЦВМ — "МЭСМ". О деятельности ИТМ и ВТ было известно в те времена только в довольно узком круге специалистов, так как его продукция была нацелена исключительно на обслуживание наиболее приоритетных нужд ВПК — там создавались советские супер-компьютеры. Для решения производственных задач в подчинении института фактически находился также ряд заводов АН и других министерств.
Говоря об истории отечественных супер-ЭВМ, нужно обязательно вспомнить о совершенно уникальной разработке ИТМ и ВТ — БЭСМ-6, появившейся в конце 60-х годов.
Разработка БЭСМ-6 стала настоящим исследовательским полигоном в области архитектуры процессоров. Фактически там впервые (по крайней мере в нашей стране) были отработаны многие элементы кэширования данных, страничной организации оперативной памяти, распараллеливания выполнения операций и многое другое. По производительности она была вполне на уровне старших моделей появившейся тогда в США серии IBM 360.
Несмотря на появление через несколько лет советских вариантов IBM 360 в виде ЕС ЭВМ, БЭСМ-6 до начала 80-х годов оставалась самым высокопроизводительным советским компьютером. Уникальность ситуации заключается в том, что БЭСМ-6 была сделана на дискретной транзисторной базе (и даже на лампах), а IBM/ЕС — на интегральных схемах. Компенсация производительности во многом определялась именно более изощренными архитектурными решениями.
Особое место БЭСМ-6 в истории советского компьютеростроения заключается еще и в том, что эта была фактически последняя оригинальная отечественная разработка — дальше основным направлением стало копирование американских аналогов.
Причины принятия решения о таком пути развития советской ВТ в конце 60-х годов в общем-то вполне понятны (интересные материалы на этот счет приведены в статье "Взлет и падение советской вычислительной техники" в журнале Hard'n'Soft в №№ 6 и 12 за 1996 г.). Отставание от США обозначилось совершенно определенно, с другой стороны нужно было все равно приходить к каким-то стандартам, а следуя в кильватере за американцами, можно было реально сэкономить и пр.
В свое время в околокомпьютерных кругах страны довольно активно обсуждалась версия о диверсии со стороны ЦРУ, которое "подсунуло нам гнилую" архитектуру IBM 360. Но можно успокоить себя тем, что в этой ловушке мы оказались не одни, а вместе со всем остальным миром. По современным понятиям, конечно, было бы лучше лицензировать зарубежные образцы. Но тогда была "холодная война", к тому же казалось, что украсть было дешевле.
В результате в конце 60-х было принято решение о замене всех разнокалиберных отечественных разработок среднего класса (их насчитывалось с полдесятка — "Мински", "Уралы", разные варианты архитектуры М-20 и пр.) — на Единое Семейство ЭВМ на базе архитектуры IBM 360. На уровне Минприбора не так громко было принято аналогичное решение в отношении мини-ЭВМ. Потом, во второй половине 70-х годов, в качестве генеральной линии для мини- и микро-ЭВМ была утверждена архитектура PDP-11 фирмы DEC. (Любопытно отметить, что мы продвинулись в направлении продвижения линии PDP в персональных компьютерах класса "Электроника" гораздо дальше самой DEC, которая не верила в успех персоналок и упустила подходящий момент у себя в стране.)
В результате к началу 80-х фактически единственной оригинальной отечественной ЭВМ могла считаться серия, разрабатываемая в ПНО "Импульс" (г. Северодонецк): M-6000/M-7000, потом СМ-1/СМ-2/СМ-1210 и пр. Хотя она явно имела общие корни с архитектурой мини-компьютеров HP 1600 (которые не выдержали конкуренции с PDP-11), но развивалась в значительной степени самостоятельно. По крайней мере ПО для нее создавалось собственными силами. Что наверное и предопределило результат ее конкуренции с линией архитектуры PDP-11, которая имела мощнейшее преимущество, в частности, за счет обилия готового американского ПО.
Кстати, говоря о суперкомпьютерах, нужно упомянуть еще одну интересную разработку Северодонецка — комплексы параллельных вычислительных систем ПС-1000/ПС-2000, создаваемые специально для обработки геофизической информации в нефтедобывающей промышленности. Первые их образцы работали уже в самом начале 80-х годов.
Однако если для компьютеров массового применения путь дублирования американских аналогов был вполне логичен, то для суперкомпьютеров такой вариант был совсем не очевиден. Здесь не так остро стояла проблема стандартизации, совместимости по программному обеспечению (в этом классе машин доля затрат на ПО существенно меньше). А в плане архитектуры мы вроде бы и не уступали им в 60-е годы. И все же, несмотря на успехи советской компьютерной мысли в виде БЭСМ-6, в начале 70-х годов было принято решение пойти опять по проторенной американцами дорожке. О причинах этого легко догадаться — наступал пик ракетного противостояния двух сверхдержав, срочно нужно было вычислительное обеспечение для создаваемых систем ПРО, сроки поджимали.
В ИТМ и ВТ обсуждались разные варианты прототипов, в результате победило мнение группы Бурцева-Бабаяна, выбравшей архитектуру компьютеров фирмы Burroughs, с чего и начался проект "Эльбрус". (По одной из версий выбор в пользу Burroughs определялся тем простым фактом, что образцы таких компьютеров в те времена уже имелись в СССР — их через третьи страны приобрели наши нефтяники.) После смерти академика Лебедева в 1973 г. В.С.Бурцев стал директором института, а Б.А.Бабаян — научным руководителем проекта. Группа В.А.Мельникова (в будущем академика АН СССР), предлагавшая вариант архитектуры Cray, ушла из института и создала в МЭП собственный центр для реализации своего проекта под названием БЭСМ-10. К 1985 г. этот проект был уже близок к завершению, но грянула перестройка, а вместе с ней и наша электронно-компьютерная индустрия...
Конечно, схема использования западных прототипов для создания советских средних и супер ЭВМ, скорее всего, была различной. Можно предположить, что задача создания точной копии для последних была не столь актуальной (тут не так остро стояла проблема совместимости). Поэтому здесь был больший маневр для научной мысли в плане улучшений, модернизации и пр. Но все же, по моим сведениям, основным направлением реализации, по крайней мере на этапе "Эльбрус-1", было осуществлено именно воспроизведение копии американского прототипа — в архитектуре, программном обеспечении и технической реализации. При этом, конечно, имели место самые различные собственные модернизации (впрочем, не всегда удачные), но только в рамках исходной концепции.
Да это и не столько важно. Вполне возможно, что в архитектуре "Эльбрус-1" даже превосходил B7700, но тем не менее, в своем окончательном варианте, представленном в конце 70-х, он уступал американскому компьютеру и по производительности (примерно в 3-4 раза), и по числу процессоров (3 против 6-10). Тогда говорилось о том, что решающий прорыв должен быть совершен на втором этапе проекта, который носил название "Чегет" (в числе руководителей проекта было немало заядлых горнолыжников), но, судя по всему, это осталось лишь мечтой.
Что важнее — архитектура или технология?
Такая постановка вопроса выглядит, вроде бы, вообще неуместной: архитектура — это одно, а технология (элементная база) — это совсем другое. Однако на самом деле они очень близко связаны, т.к. каждый из этих компонентов имеет смысл только в их объединении в виде законченного компьютера. И в этом плане формулировки типа "мы опережали американцев в архитектурных решениях, а они нас — в элементной базе" (вроде, как получается паритет) не говорят ровным счетом ничего: в производительности компьютеров мы отставали, и очень заметно.
На самом деле фундаментом развития вычислительной техники является прогресс в создании ее элементной базы. А архитектура лишь решает задачу максимальной реализации имеющегося технологического потенциала.
Оглядываясь сегодня на прошлое нашей вычислительной техники, создается впечатление, что создание в свое время БЭСМ-6 сыграло довольно злую шутку с ее разработчиками: у них появилось представление о том, что наше отставание в элементной базе можно компенсировать более удачными архитектурными решениями. Дешево, но сердито. Однако с этими иллюзиями пришлось довольно быстро расстаться.
Здесь следует подчеркнуть один важный момент. Переход к новым технологиям в первый момент обычно обеспечивает экономический эффект, но не дает сразу заметного преимущества в производительности. Например, первые транзисторы работали медленнее, чем электронные лампы, существовавшие в тот момент, а интегральные схемы — чем дискретные элементы. То же самое наблюдалось при переходе в 70-е годы от жесткой логики управления процессором к микропропрограммной. (Первые модели СМ-2 работали несколько медленнее своей предшественницы M-7000, но стоили в несколько раз дешевле.) Похоже, аналогичное происходит сейчас при переходе от Pentium (Socket 7) к Pentium II (Slot 1).
В конце 60-х советские электронные элементы на дискретных транзисторах (БЭСМ-6) работали быстрее, чем американские на интегральных схемах (IBM 360). Но возможности первых были уже на излете, а вторых — только на старте. Американцы уже сделали шаг к новой технологической базе. Нам тоже надо было его сделать. И мы это сделали, но с очень большим трудом — оказалось, что мы отстаем уже на три шага...
Возвращаясь к вопросу клонирования американских прототипов, нужно определенно сказать, что это было связано с решением огромного комплекса научно-технических задач и созданием соответствующего потенциала. Но самое главное — путь копирования заокеанских решений оказался гораздо сложнее, чем это предполагалось ранее. Для совместимости архитектур требовалась совместимость на уровне элементной базы, а ее-то у нас и не было.
Вернее, дело было так. В те времена отечественная электронная промышленность также встала на путь клонирования американских компонентов. Но это было очень непросто. Можно было достать и скопировать топологию микросхем, узнать все параметры электронных схем. Однако это не давало ответа на главный вопрос: как их сделать.
По сведениям одного из экспертов российского МЭП, работавшего в свое время генеральным директором крупного НПО, преимущество американцев всегда заключалось в огромных инвестициях в электронное машиностроение. В США были и остаются совершенно секретными не столько технологические линии производства электронных компонентов, сколько оборудование по созданию этих самых линий.
Результатом такой ситуации стало то, что созданные в начале 70-х годов советские микросхемы были похожи на американо-японские в функциональном плане, но не дотягивали до них по техническим параметрам. Поэтому платы, собранные по американским топологиям, но с нашими компонентами, оказывались неработоспособными. Приходилось разрабатывать собственные схемные решения...
В итоге достижение архитектурной совместимости выливалось в создание собственных технических решений. Но и полная архитектурная совместимость оказалась нереальной — пришлось заниматься адаптацией к отечественным условиям программного обеспечения, в частности такого монстра, как OS/360. А это по трудности уже оказалось сопоставимо с ее созданием заново. Примерно то же самое происходило и при разработке "Эльбруса". Значительное число отступлений от архитектуры оригинала было вызвано не желанием "сделать лучше", а тем, что повторить исходные решения в лоб было просто невозможно.
Возвращаясь к интервью Бориса Бабаяна
Возвращаясь к интервью Бориса Бабаяна, которое послужило толчком для написания этой статьи, хотелось бы сказать следующее.
Наверное, опыт отечественной школы архитекторов супер-ЭВМ представляет определенный интерес для мировых лидеров производства микропроцессоров. Но вряд ли (к общему сожалению) в последние десятилетия наличие или отсутствие нашего опыта заметно повлияло на мировой прогресс в данной сфере.
Компьютерные технологии развиваются очень быстро. Следствием этого является то, что ценности текущего момента довольно быстро утрачивают свою актуальность. Главное достоинство компьютерных идей заключается в возможности их реализации. Именно поэтому архитектура, воплощенная в "железе", всегда будет смотреться лучше, чем созданная в виде логической модели.
Приложения к статье