Создателю компьютеров советской ПРО исполняется 80 лет

Одной из основ национальной безопасности и экономической независимости страны являются высокопроизводительные вычислительные системы, с помощью которых решаются задачи оборонного, научного и хозяйственного характера. Способность державы самостоятельно разрабатывать и производить такие системы определяют ее статус на мировой арене. Советский Союз имел сильные позиции в разработке суперЭВМ, ведь именно наши ученые создали первый в мире компьютер «миллионник», смогли разработать многопроцессорные системы. Многие из сформулированных тогда идей актуальны до сих пор.

Сегодня в силу различных обстоятельств Россия сдала позиции в этой области, но, по мнению многих экспертов, у нас есть шанс к возрождению отечественных компьютерных школ и достойному включению их в мировое сообщество компьютеростроителей. В мировой компьютерной индустрии нарастает кризисное явление под названием "архитектурный голод" и наш опыт в создании высокопараллельных архитектур может быть востребован.

К сожалению, общество забывает имена тех, кто добился независимости и лидерства нашей страны в области вычислительной техники. Но их заслуги продолжают жить в поступках и сердцах последователей и учеников. Одним из выдающихся отечественных разработчиков ЭВМ является Всеволод Сергеевич Бурцев - главный конструктор первых (и фактически единственных) советских суперкомпьютеров и вычислительных комплексов для систем управления реального времени.

В стенах ИТМиВТ В.С. Бурцев прошел все ступени инженерной работы последовательно от инженера до начальника инженерно-конструкторского отдела и заместителя директора по научной работе. В мае 1973 года после смерти С.А. Лебедева Всеволод Сергеевич был назначен директором института. Коллектив ИТМиВТ бережно хранит память о выдающемся ученом, талантливом руководителе, заботливом наставнике.

Творческое наследие В.С. Бурцева очень многогранно и требует отдельного исследования. В данной статье остановимся на наиболее ярких моментах.

Жизнь и научная судьба В.С. Бурцева во многом связана с Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР, в который он пришел в 1950 году в качестве студента-дипломника и проработал 36 лет.

Учителем В.С. Бурцева стал С.А. Лебедев, увидевший в нем талантливого конструктора и доверивший ему ответственное дело – разработать систему управления первой советской быстродействующей электронной машины БЭСМ. Это стало основой его дипломной работы. В процессе работы В. С. Бурцев настолько проявил себя, что стал одним из ведущих разработчиков БЭСМ. За эту работу Всеволод Сергеевич в возрасте 29 лет был награжден орденом Ленина.

В 1953 - 1956 гг. В. С. Бурцев разработал принцип селекции и оцифровки радиолокационного сигнала, что позволило впервые в мире осуществить автоматический съем данных с обзорной радиолокационной станции для наведения истребителей на воздушные цели. Успешно проведенный натурный эксперимент по одновременному сопровождению нескольких целей послужил основой для создания систем автоматического наведения на цель.

Системы строились на базе вычислительных машин «Диана-1» и «Диана-2», разработанных коллективом под руководством В.С. Бурцева. На основе данной работы В. С. Бурцев подготовил кандидатскую диссертацию. На ее защите, состоявшейся в 1962 году, члены совета единогласно проголосовали за присуждение ему степени доктора технических наук.

В 1956 - 1961 гг. под непосредственным руководством В.С. Бурцева были разработаны принципы построения вычислительных средств противоракетной обороны (ПРО) - на базе дискретных ЭВМ удалось построить радиолокационные станции точного наведения. В результате был создан высокопроизводительный вычислительный комплекс, решающий задачи высококачественного автоматического управления сложными, разнесенными в пространстве объектами, работающими в масштабе реального времени.

Комплекс был оснащен самой быстродействующей на тот момент машиной М-40/М-50 (с быстродействием 40 – 50 тыс. оп/с). В ЭВМ М-40 были реализованы впервые предложенные В.С. Бурцевым принципы распараллеливания вычислительного процесса за счет аппаратных средств - все основные устройства машины (арифметическое, управления, ОЗУ, управления внешней памятью и т.д.) имели автономные системы управления и работали параллельно во времени.

Впервые был использован принцип мультиплексного канала, благодаря которому без замедления вычислительного процесса удалось осуществить прием и выдачу информации с десяти асинхронно работающих направлений с общей пропускной способностью 1 млн бит/с.

В марте 1961 года успешно прошли государственные испытания противоракетного комплекса – неоднократно удавалось сбить реальную баллистическую боеголовку практически прямым попаданием. Американцы смогли повторить этот успех спустя 23 года.

В этой истории есть еще знаменательный факт, обросший легендами – достижение наших ученых спровоцировало рождение интернета. История гласит, что во время испытаний противоракетного комплекса на полигоне Сары-Шаган в конце 60-х годов Сергей Алексеевич Лебедев и Всеволод Сергеевич Бурцев объединили между собой несколько вычислительных комплексов, что стало прообразом первых компьютерных сетей. Соответствующие данные разведки привели в панику американское военное командование, и одним из результатов этого стало создание сети ARPANET, основы будущего интернета.

Высокая точность поражения баллистических ракет, обеспеченная ПРО, заставила США искать пути заключения договора с СССР об ограничении ПРО, который появился в 1972 году.

В 1966 году на боевое дежурство заступили первые комплексы противоракетной обороны, - над Москвой была развернута полноценная система противоракетной обороны на базе более скоростной ЭВМ 5Э92б, которая создавалась под непосредственным руководством В.С. Бурцева. В ней обеспечивалась повышенная структурная надежность и достоверность выдаваемой информации, основанная на полном аппаратном контроле вычислительного процесса.

В этой ЭВМ впервые был реализован принцип многопроцессорности, внедрены новые методы управления внешними запоминающими устройствами, позволяющие осуществлять одновременную работу нескольких машин на единую внешнюю память. Все это дало возможность по-новому строить вычислительные управляющие и информационные комплексы для систем ПРО, управления космическими объектами, центров контроля космического пространства и другие. Многомашинные вычислительные комплексы с автоматическим резервированием хорошо зарекомендовали себя на боевых дежурствах, благодаря чему наша система противоракетной обороны считается самой неуязвимой в мире. Также этими машинам был оснащен центр контроля космического пространства, многие информационные и научные центры военного профиля.

В 1969 - 1972 гг. для нужд возимых комплексов противоздушной обороны В.С. Бурцев создает первую вычислительную трехпроцессорную ЭВМ 5Э261 – 5Э265, построенные по модульному принципу. Каждый модуль (процессор, память, устройство управления внешними связями) полностью охвачены аппаратным контролем, благодаря чему осуществлялось автоматическое скользящее резервирование на уровне модулей в случае их отказов и сбоев, практически без прерывания вычислительного процесса. Производительность ЭВМ составляют рекордную для тех времен 1 млн оп/с при очень малых размерах – менее 2 кубических метров. Эти комплексы в системе С-300 и до настоящего времени стоят на боевом дежурстве и продаются в другие страны.

Следующим важным этапом стало создание второго поколения противоракетного комплекса. В 1969 году была поставлена задача разработать вычислительную систему с производительностью 100 млн оп./с. Для тех времен это были очень серьезные скорости. Поэтому возникла идея многопроцессорного вычислительного комплекса «Эльбрус». Главным конструктором темы был назначен В. С. Бурцев.

Основная идея нового комплекса – использовать многопроцессорную архитектуру не только для повышения надежности, как это было до сих пор, но и в целях увеличения производительности. Машину заложили в 1970 году. В целом «Эльбрус» является полностью оригинальной отечественной разработкой. Была создана многопроцессорная структура, где при увеличении числа процессоров производительность практически не падает.

В те времена в зарубежных аналогах уже четвертый процессор не давал прибавки производительности. Но в «Эльбрусе» были заложены такие схемотехнические, архитектурные и конструкторские решения, благодаря которым производительность МВК практически линейно возрастала при увеличении числа процессоров до 10.

В 1980 году "Эльбрус-1" с общей производительностью 15 млн опер./с успешно прошел государственные испытания. МВК "Эльбрус-1" стала первой в Советском Союзе ЭВМ, построенной на базе ТТЛ-микросхем. В программном отношении ее главное отличие - ориентация на языки высокого уровня (языки класса Ассемблер в системе отсутствуют). Поэтому была разработана собственная операционная система, система файлов и система программирования «Эль-76».

«Эльбрус-1» имел самостоятельное значение, работая во многих системах военного назначения – в системе ПРО, Центре контроля космического пространства и многих других.

В.С. Бурцев был всегда верен принципу своего учителя С.А. Лебедева – «вести работу шаг за шагом». Поэтому следующим этапом стал перенос архитектурных решений «Эльбруса-1» на новую элементную базу - так появился «Эльбрус-2», основанный на базе ЭСЛ интегральных схем.

В качестве главного конструктора машины Бурцев В.С. наряду с принципиальными схемотехническими вопросами большое внимание уделял конструктивно-технологическим вопросам, принципиальным вопросам системы охлаждения и повышения интеграции элементной базы, а также вопросам автоматизации проектирования. В процессе создания МВК "Эльбрус-2" по его инициативе и при непосредственном участии были созданы новые быстродействующие интегральные схемы, высокочастотные групповые разъемы, многокристальные и большие интегральные схемы, микрокабели, прецизионные многослойные печатные платы. Это было большим продвижением технологий микроэлектроники в нашей стране.

Спустя пять лет в 1985 году прошли были успешно завершены Государственные испытания десятипроцессорного МВК "Эльбрус-2" производительностью 125 млн оп/с.

Дальнейшим развитием «Эльбруса-2» по замыслу В.С. Бурцева должно было стать введение векторных процессоров. Разработанный им векторный процессор имел быстродействие порядка 200 – 300 млн оп./с. Три-четыре таких процессора в составе МВК обеспечивали оптимальное сочетание скалярных и векторных операций. На тот момент это была бы одна из наиболее высокопроизводительных машин в мире - около 1 млрд оп/с.

Но обстоятельства заставили В.С. Бурцева покинуть в 1985 году Институт и перейти в Вычислительный центр коллективного пользования (ВЦКП), где он продолжил развивать идеи высокоскоростных параллельных вычислений вначале в должности заместителя директора (1985 – 1992 гг.), а затем и в качестве директора (1992 – 1995 гг). После закрытия центра В.С. Бурцев организовал Институт высокопроизводительных вычислительных систем и с 1995 по 1998 являлся его директором.

В эти годы коллективом под его руководством была разработана структура суперЭВМ, основанная на новом «не Фон-Неймановском принципе», и обеспечивающая существенное распараллеливание вычислительного процесса на аппаратном уровне. Принципиальной особенностью предлагаемой архитектуры является автоматическое динамическое распределение ресурсов вычислительных средств между отдельными процессами и операторами. Так был заложен проект оптической сверхвысокопроизводительной вычислительной машины (ОСВМ) РАН.

В.С. Бурцев придавал большое значение подготовке научных кадров и обучению студентов. Под его руководством успешно защитили диссертации на соискание ученой степени кандидата и доктора технических наук более 40 человек. В 1965 году ему присваивается ученое звание профессора по кафедре «Электронно-вычислительных машин». Почти тридцать лет он преподавал в Московском физико-техническом институте со дня его основания, в том числе заведовал базовой кафедрой «Электронно-вычислительные машины» (1973 - 1985 гг.). В 1976 году он был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1992 году стал действительным членом Российской академии наук.

В. С. Бурцеву принадлежит более 200 научных трудов. За свой труд Всеволод Сергеевич был удостоен Ленинской (1966 г.) и Государственных премий (1971 г., 1985 г.), награжден орденами и медалями СССР и Российской Федерации.

Всю свою жизнь В.С. Бурцев отстаивал важный принцип: суперЭВМ нужны государству, так как они определяют его национальную безопасность и экономическую независимость. Без них невозможны передовые исследования во многих областях, например в самолетостроении, фармакологии, атомной энергетики, биологии, генетики и т.д. Передовая держава не может развиваться, не имя собственного парка суперЭВМ, даже несмотря на отставание в элементной базе.

Стоит вспомнить, что С-300 до сих пор успешно конкурирует с более современным американским ЗРК «Патриот», несмотря на то, что управляющая ЭВМ отечественного комплекса построена на интегральных схемах 70-х годов, а уже тогда СССР отставал от американцев по элементной базе более чем на десять лет.

ИТМиВТ продолжает развивать идеи В.С. Бурцева и вести исследования перспективных вычислительных архитектур. Однако такую задачу государственного масштаба институту не "вытянуть" в одиночку. Необходимы объединение передовых творческих коллективов - и государственная поддержка.

Экспертная группа / R&D.CNews