Рождение советской ПРО. Юдицкий строит суперкомпьютер

Далее в истории появляются два человека, которых называют отцами отечественной модулярной арифметики, однако, тут все непросто. Как правило, для советских разработок были две негласные традиции.

Обычно, если в работе принимали участие несколько человек и кто-то из них был еврей – о его вкладе вспоминали не всегда и не везде (вспомним, как гоняли группу Лебедева и писали на него доносы из-за того, что он посмел взять конструктором МЭСМ Рабиновича, не единственный, кстати, случай, о традициях советского академического антисемитизма мы еще упомянем).

Вторая – большая часть лавров доставалась начальнику, а про подчиненных в целом старались не упоминать, даже если их вклад был решающим (это одна из стержневых традиций нашей науки, нередки случаи, когда имя реального конструктора проекта, изобретателя и исследователя стояло в списке соавторов месте на третьем после толпы всех его начальников, а в случае с Торгашевым и его компьютерами, о которых мы еще поговорим, так вообще – на четвертом).

Акушский

В данном же случае нарушены были обе – в большей части популярных источников буквально до последних лет главным (а то и единственным) отцом модулярных машин называли Израиля Яковлевича Акушского, старшего научного сотрудника в лаборатории модулярных машин в СКБ-245, куда Лукин и отправил задание по конструированию такого компьютера.

Вот, например, феноменальная статья в журнале об инновациях в России «Стимул» в рубрике «Исторический календарь»:


Ну и дальше в том же духе.

Решил нерешенные со времен Ферма проблемы и поднял с колен отечественное компьютеростроение:


Статья, вообще, примечательна тем, что представляет собой воспроизведение заметки небезызвестного Б. М. Малашевича «Модулярная арифметика и модулярные компьютеры», включая весьма одиозные пассажи, например:


Это они о его работе с табуляторами IBM, ну хорошо хоть, не изобрел оную систему. Казалось бы, в чем, собственно, проблема? Акушский везде назван выдающимся математиком, профессор, доктор наук, членкор, все награды при нем? Однако его официальная биография и библиография составляют разительный контраст с хвалебными панегириками.

В автобиографии Акушский пишет:


Сразу возникают вопросы, и почему он не был принят (и почему пытался только один раз, в его роду, в отличие от Кисунько, Рамеева, Матюхина – врагов народа бдительные органы не обнаружили), и почему он не защитил университетский диплом экстерном?

В те времена это практиковалось, но об этом Израиль Яковлевич скромно умалчивает, факт отсутствия высшего образования он старался не афишировать. В личном деле, сохранившемся в архиве по месту его последней работы, в графе «образование» его рукой написано «высшее, полученное самообразованием» (!). В общем-то, для науки это не страшно, не все выдающиеся компьютерщики мира заканчивали Кембридж, но давайте посмотрим, каких успехов в области разработки ЭВМ он достиг.

Карьеру он начал в 1931, до 1934 работая в должности вычислителя при НИИ математики и механики МГУ, фактически был просто человеком-калькулятором, день и ночь умножающим на арифмометре колонки цифр и записывающим результат. Далее его понесло в публицистику и с 1934 по 1937 годы Акушский редактор (не автор!) секции математики Государственного издательства технико-теоретической литературы, занимался правкой рукописей на предмет опечаток.

С 1937 по 1948 годы И. Я. Акушский – младший, а затем старший научный сотрудник отдела приближенных вычислений Математического института им. В. С. Стеклова АН СССР. Что же он там делал, изобретал новые математические методы или компьютеры? Нет, руководил группой, которая на табуляторе IBM рассчитывала таблицы стрельб для артиллерийских орудий, навигационные таблицы для военной авиации, таблицы для радиолокационных систем ВМФ и др., фактически стал начальником вычислителей. В 1945 он умудрился защитить кандидатскую диссертацию по проблеме применения табуляторов. В то же время выходят две брошюры, где он был соавтор, вот и все его ранние труды по математике:

Как упростить вычисления (Л. Я. Нейшулер, И. Я. Акушский. – Москва; Ленинград: Изд-во Акад. наук СССР, 1938, Научно-популярная серия «Академия наук – стахановцам»)
и
Таблицы бесселевых функций (Л. А. Люстерник, И. Я. Акушский, В. А. Диткин. – Москва; Ленинград: Гостехиздат, 1949 (Математические таблицы; Вып. 1).

Одна книга в соавторстве с Нейшулером – популярная брошюра для стахановцев, как считать на арифмометре, вторая, в соавторстве со своим начальником – вообще таблицы функций. Как видим – прорывов в науке пока не случилось (позже, впрочем, тоже, одна книга вместе с Юдицким про СОК, да еще пара брошюр про перфораторы и программирование на калькуляторе «Электроника-100»).

В 1948 году при образовании ИТМиВТ АН СССР в него был переведен отдел Л. А. Люстерника, в том числе и И. Я. Акушский, с 1948 по 1950 годы он старший научный сотрудник, а затем и. о. зав. лабораторией тех же вычислителей. В 1951–1953 годах на какое-то время резкий поворот в карьере и он внезапно главный инженер проекта Государственного института «Стальпроект» Министерства чёрной металлургии СССР, который занимался строительством доменных печей и прочего тяжелого оборудования. Какие научные изыскания в области металлургии он там осуществлял, автору, к несчастью, выяснить так и не удалось.

Наконец, в 1953 году он нашел практически идеальную работу. Президент АН Казахской ССР И. Сатпаев с целью развития вычислительной математики в Казахстане решил образовать при президиуме АН КазССР отдельную лабораторию машинной и вычислительной математики. Для руководства ею был приглашен Акушский. В должности зав. лабораторией он проработал в Алма-Ате с 1953 по 1956 годы, вернувшись затем в Москву, но продолжая ещё какое-то время руководить лабораторией по совместительству, на полставки дистанционно, что вызвало ожидаемое возмущение алмаатинцев (человек живет в Москве и получает зарплату за должность в Казахстане), о чем писали даже в местных газетах. Газетам, однако, пояснили, что партии виднее, после чего скандал замялся.

С такой впечатляющей научной карьерой он попадает в то самое СКБ-245 на должность старшего научного сотрудника в лаборатории Д. И. Юдицкого, еще одного участника разработки модулярных машин.

Юдицкий

Поговорим теперь об этом человеке, которого часто считали вторым, а еще чаще – просто забывали как-то отдельно упомянуть. Судьба семьи Юдицких была непростой. Его отец – Иван Юдицкий, был поляк (что само по себе в СССР было как-то не очень), в процессе своих приключений в Гражданскую войну на просторах нашей родины он встретился с татаркой Марьям-Ханум и влюбился до степени принятия ислама, превратившись из поляка в казанского татарина Ислам-Гирея Юдицкого.

В итоге его сын был благословлен родителями именем Давлет-Гирей Ислам-Гиреевич Юдицкий (!), а национальность его в паспорте была вписана как аж «кумык», с родителями «татарин» и «дагестанка» (!). Радость, которую он всю жизнь от этого испытывал, равно как и проблемы с принятием в обществе, довольно сложно представить.

Отцу, впрочем, повезло меньше. Его польское происхождение сыграло роковую роль в начале Второй мировой, когда СССР оккупировал часть Польши. Как поляк, хотя уже много лет как ставший «казанским татарином» и гражданином СССР, несмотря на героическое участие в Гражданской войне в будёновской армии, он был выслан (один, без семьи) в Карабах. Сказались серьёзные раны Гражданской войны и тяжёлые условия жизни: он серьёзно заболел. По окончании войны дочь поехала за ним в Карабах и привезла в Баку. Но дорога была трудной (горное бездорожье 1946 год, ехать приходилось на гужевом и автомобильном транспорте, часто случайном), а здоровье серьёзно подорвано. На вокзале в Баку, не доехав до дома, Ислам-Гирей Юдицкий скончался, пополнив пантеон репрессированных отцов советских конструкторов (это уже действительно стало почти традицией).

В отличие от Акушского, Юдицкий с юности проявил себя талантливым математиком. Несмотря на судьбу отца, окончив школу, он смог поступить в Азербайджанский государственный университет в Баку и во время учёбы официально работал преподавателем физики в вечерней школе. Он не только получил полноценное высшее образование, но и в 1951 году после окончания университета на конкурсе дипломов в Азербайджанской АН занял призовое место. Так Давлет-Гирей получил премию и был приглашён в аспирантуру АН АзССР.

Тут в его жизнь вмешался счастливый случай – приехал представитель из Москвы и отобрал пятерых лучших выпускников для работы в Специальном конструкторском бюро (том самом СКБ-245), где как раз начиналось проектирование «Стрелы» (до «Стрелы», впрочем, его или не допустили, или его участие нигде документально не зафиксировано, однако, он был одним из конструкторов «Урал-1»).

Отметим, что его паспорт уже тогда причинял Юдицкому значительные неудобства, вплоть до того, что в командировке на один из режимных объектов изобилие нерусских «Гиреев» вызвало подозрение у охраны и они несколько часов не пропускали его. Вернувшись из командировки, Юдицкий тут же отправился в ЗАГС исправлять проблему. Собственного Гирея ему убрали, а в отчестве категорически отказали.

Конечно, в том, что на долгие годы Юдицкий был забыт и почти вычеркнут из истории отечественных ЭВМ, виновато не только сомнительное происхождение. Дело в том, что в 1976 году исследовательский центр, который он возглавлял, был разгромлен, все его разработки закрыты, сотрудники разогнаны, а его самого постарались просто убрать из истории компьютеров.

Поскольку историю пишут победители – о Юдицком прочно забыли все, кроме ветеранов его коллектива. Только в последние годы эта ситуация начала выправляться, тем не менее, кроме как на специализированных ресурсах по истории советской ВТ, найти информацию о нем проблематично, и широкой общественности он известен на порядок хуже Лебедева, Бурцева, Глушкова и других советских пионеров. Поэтому и в описаниях модулярных машин его имя часто стояло вторым, если стояло вообще. Почему так получилось и чем он это заслужил (спойлер: классическим для СССР способом – вызвав личную неприязнь своим интеллектом у ограниченных мозгами, но всемогущих партийных чинуш), мы рассмотрим ниже.

Серия К340А

В 1960 году в Лукинском НИИДАР (он же НИИ-37 ГКРЭ) в это время были серьезные проблемы. ПРО отчаянно нуждалось в компьютерах, но разработать ЭВМ в родных стенах никто не осиливал. Была изготовлена машина А340А (не путать с более поздними модулярными машинами с тем же числовым индексом, но другими префиксами), но заставить её работать никак не удавалось, по причине феноменальной кривизны рук архитектора системных плат и ужасного качества компонентов. Лукин быстро понял, что проблема в подходе к проектированию и в руководстве отдела, и начал поиски нового руководителя. Его сын, В. Ф. Лукин вспоминает:


Так Юдицкий стал начальником отдела разработки ЭВМ в НИИДАР, а И. Я. Акушский – начальником лаборатории в этом отделе. Он бодро приступил к переработке архитектуры машины, его предшественник реализовал все на огромных платах по несколько сотен транзисторов, что, с учетом отвратительного качества этих транзисторов, никак не позволяло точно локализовать неисправности схемы. Масштаб бедствия, равно как и всю гениальность того чудака, который построил архитектуру таким образом, отражает цитата студента МЭИ на практике в НИИДАР А. А. Попова:


В итоге через два года А340А – 20-разрядную ЭВМ с быстродействием 5 kIPS для РЛС «Дунай-2» таки смогли отладить и выпустить (впрочем, вскоре «Дунай-2» был заменен на «Дунай-3» на уже модулярных машинах, хотя и прославился тем, что именно эта станция участвовала в первом в мире перехвате МБР).

Пока Юдицкий превозмогал непокорные платы, Акушский изучал чешские статьи о проектировании СОК-машин, которые получил из Реферативного журнала АН СССР годом ранее начальник отдела СКБ-245 Э. А. Глузберг. Изначально задачей Глузберга было написать реферат к этим статьям, но они были на чешском, которого он не знал, и в области, в которой он не разбирался, поэтому он отфутболил их Акушскому, впрочем, чешкого не знал и он, и статьи ушли дальше к В. С. Линскому. Линский купил чешско-русский словарь и осилил перевод, но пришел к выводу о нецелесообразности использования СОК в большинстве ЭВМ из-за низкой эффективности операций с плавающей точкой в данной системе (что вполне логично, так как математически эта система предназначена лишь для работы с натуральными числами, все остальное там делается через ужасающие костыли).

Как пишет Малашевич:

.
Как отмечает В. М. Амербаев:


Переводя с языка информатики на русский – чтобы работать с СОК, надо было быть толковым математиком. Толковый математик там, по счастью, уже имелся, и Лукин (для которого, как мы помним, строительство суперЭВМ для проекта «А» было вопросом жизни и смерти) привлек к делу Юдицкого. Тому идея чрезвычайно понравилась, тем более что позволяла добиться невиданной доселе производительности.

С 1960 по 1963 годы был закончен прототип его разработки, названный Т340А (серийная машина получила индекс К340А, но принципиально не отличалась). Машина была построена на 80 тысячах транзисторов 1T380B, имела ферритовую память. С 1963 по 1973 был осуществлен серийный выпуск (всего поставлено для систем РЛС порядка 50 экземпляров).

Они использовались в «Дунаях» первой системы ПРО А-35 и даже в знаменитом проекте монструозных загоризонтных РЛС «Дуга». При этом среднее время безотказной работы было не таким уж и большим – 50 часов, что показывает уровень нашей полупроводниковой техники очень хорошо. Замена неисправных блоков и восстановление занимало около получаса, машина состояла из 20 шкафов в три ряда. В качестве оснований использовались числа 2, 5, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 61, 63. Таким образом, теоретически, максимальное число, с которым можно было произвести операции, имело порядок 3.33∙10^12. На практике оно было меньше, из-за того, что часть оснований предназначалась для контроля и коррекции ошибок. Для управления РЛС требовались комплексы из 5 или 10 машин, в зависимости от типа станции.

Процессор К340А состоял из устройства обработки данных (то бишь АЛУ), устройства управления и двух видов памяти, каждая разрядностью 45 бит – буферного накопителя на 16 слов (что-то типа кэша) и 4х блоков накопителя команд (фактически ПЗУ с прошивкой, емкость 4096 слов, реализована на цилиндрических ферритовых сердечниках, для записи прошивки каждое из 4 тысяч из 45-битных слов нужно было ввести вручную, вставляя сердечник в отверстие в катушке и так для каждого из 4х блоков). ОЗУ состояло из 16х накопителей чисел по 1024 слова каждый (всего 90 Кб) и накопителя констант на 4096 слов (возможно увеличение до 8192 слов). Машина была построена по гарвардской схеме, с независимыми каналами команд и данных и потребляла 33кВт электроэнергии.

Отметим, что гарвардская схема была применена впервые среди машин СССР. ОЗУ была двухканальной (тоже чрезвычайно продвинутая по тем временам схема), каждый накопитель чисел имел два порта для ввода-вывода информации: с абонентами (с возможностью параллельного обмена с любым числом блоков) и с процессором. В весьма невежественной статье украинских копирайтеров из UA-Hosting Company на Хабре об этом было сказано так:


Это показывает, что большая часть людей не отличает даже понятия архитектуры системной шины и архитектуры системы команд. Забавно, что Reduced Instruction Set Computer – RISC, копирайтеры, видимо, приняли за военную структуру, подверженную особому РИСКу. Каким образом гарвардская архитектура исключает появление вирусов (особенно в 1960-е годы) история тоже умалчивает, не говоря уже о том, что понятия CISC/RISC в чистом виде применимы лишь к ограниченному кругу процессоров 1980-х начала 1990-х годов, а никак не к древним машинам.

Возвращаясь к К340А, отметим, что судьба машин этой серии была достаточно печальна и повторяет судьбу разработок группы Кисунько. Немного забежим вперед. Система А-35М (комплекс из «Дуная» с К430А) была принята на вооружение в 1977 году (когда возможности машин Юдицкого 2-го поколения уже безнадежно и невероятно отставали от требований).

Разработать более прогрессивную систему для новой ПРО ему не дали (и об этом подробнее будет далее), Кисунько наконец вышибли из всех проектов ПРО, Карцев и Юдицкий скончались от инфарктов, и борьба министерств закончилась продавливанием принципиально новой системы А-135 уже с нужными и «правильными» разработчиками. Система включала в себя новую чудовищную РЛС 5Н20 «Дон-2Н» и уже «Эльбрус-2» в качестве компьютера. Все это отдельная история, которая будет освещена далее.



Система А-35 же практически не успела хоть как-то отработать. Она была актуальна в 1960-е, но оказалась принята с опозданием в 10 лет. Она имела 2 станции «Дунай-3М» и «Дунай-3У», причем на 3М в 1989 случился пожар, станция была практически уничтожена и заброшена, и система А-35М де факто прекратила функционирование, хотя радар работал, создавая иллюзию боеспособного комплекса. В 1995 А-35М была окончательно выведена из эксплуатации. В 2000 году «Дунай-3У» был выключен окончательно, после чего комплекс стоял охраняемым, но заброшенным до 2013 года, когда начался демонтаж антенн и оборудования, причем разнообразные сталкеры залезали в него еще до этого.







Легально на РЛС побывал в 2010 Борис Малашевич, ему устроили экскурсию (причем его статья написана так, как будто комплекс еще работает). Его фотографии машин Юдицкого уникальны, иных источников, увы, не существует. Что случилось с машинами после его визита неизвестно, но, скорее всего, были отправлены в металлолом при разборке станции.

Вот вид на станцию с непарадной стороны за год до его визита.




Вот состояние станции с непарадной стороны (Lana Sator):


Ну, и наконец, один из самых животрепещущих вопросов – каково же было быстродействие этого монстра?

Во всех источниках указывается чудовищная цифра порядка 1,2 млн двойных операций в секунду (это отдельный трюк, процессор К430А технически выполнял одну команду за такт, но в каждой команде блоком шли две операции), в результате полное быстродействие составляло порядка 2,3 млн команд. Система команд содержит полный набор арифметических, логических и управляющих операций с развитой системой индикации. Команды АУ и УУ трёхадресные, команды обращения к памяти – двухадресные. Время выполнения коротких операций (арифметических, в том числе умножения, что и было главным прорывом в архитектуре, логических, операций сдвига, операций индексной арифметики, операций передачи управления) составляет один такт.

Сравнивать вычислительную мощность машин 1960-х в лоб – задача ужасная и неблагодарная. Стандартных тестов не существовало, архитектуры отличались просто чудовищно, системы команд, основания системы счисления, поддерживаемые операции, длина машинного слова – все было уникальным. В итоге в большинстве случаев вообще непонятно, как считать и что круче. Тем не менее приведем некоторые ориентиры, постаравшись перевести уникальные для каждой машины «операции в секунду» в более-менее традиционные «сложения в секунду».



Итак, мы видим, что К340А в 1963 году не был самым быстрым компьютером на планете (хотя и был вторым после CDC 6600). Однако он показывал действительно выдающуюся производительность, достойную занесения в анналы истории. Была лишь одна проблема и фундаментальная. В отличие от всех перечисленных здесь западных систем, которые были именно полноценными универсальными машинами для научных и бизнес-применений, К340А был специализированным вычислителем. Как мы уже говорили, СОК просто идеальна для операций сложения и умножения (только натуральных чисел причем), при ее использовании можно получить сверхлинейное ускорение, чем и объясняется чудовищное быстродействие К340А, сравнимое с в десятки раз более сложным, продвинутым и дорогим CDC6600.

Однако основной проблемой модулярной арифметики является существование немодульных операций, точнее главной из них – сравнения. Алгебра СОК не является алгеброй с однозначным порядком, так что сравнивать числа напрямую в ней нельзя, это операция просто не определена. Деление чисел же основано на сравнениях. Естественно, не любую программу можно написать, не используя сравнения и деление, и наша ЭВМ либо становится не универсальной, либо мы тратим колоссальные ресурсы на преобразование чисел из одной системы в другую.

В результате К340А определенно имел архитектуру, близкую к гениальности, позволяющую из убогой элементной базы получить быстродействие на уровне многократно более сложного, огромного, продвинутого и безумно дорогого CDC6600. За это пришлось заплатить, собственно, тем, чем и прославился этот компьютер – необходимостью использовать модулярную арифметику, которая отлично ложилась на узкий спектр задач и плохо ложилась на все остальное.

В любом случае этот вычислитель стал самой мощной машиной второго поколения в мире и самой мощной среди однопроцессорных систем 60-х годов, естественно, с учетом указанных ограничений. Подчеркнем снова, что прямое сравнение производительности СОК-компьютеров и традиционных универсальных векторных и суперскалярных процессоров корректно провести нельзя в принципе.

Из-за фундаментальных ограничений СОК для таких машин даже проще, чем для векторных компьютеров (вроде М-10 Карцева или Cray-1 Сеймура Крэя), подобрать задачу, где вычисления будут выполняться на порядки медленнее, чем в обычных ЭВМ. Несмотря на это, К340А с точки зрения своей роли был, безусловно, совершенно гениальной конструкцией, причем в своей предметной области многократно превосходящей аналогичные западные разработки.

Русские, как всегда, пошли особым путем и за счет удивительных технических и математических ухищрений смогли преодолеть отставание в элементной базе и недостаток ее качества, причем результат получился очень и очень впечатляющим.

Однако, к несчастью, прорывные проекты такого уровня в СССР обычно ждало забвение.

Так и случилось, серия К340А осталась единственной и уникальной. О том, как и почему это произошло, мы расскажем далее.