Резкий интерес к повышению уровня интеграции изначально пришел не от разработчиков «Эльбрус-2», а от Пржиялковского из НИЦЭВТ.
Дело было в том, что, как мы уже говорили, в середине 1970-х случился настоящий ренессанс ECL БМК. Практически все клоны IBM S/370 – Siemens, Fujitsu, Amdahl – переехали на заказные схемы.
Одной из основных и, как ни говори, благих целей создания ЕС ЭВМ было постоянное поддержание паритета отечественных компьютеров с западными разработками.
Естественно, намечающийся Ряд-3 нужно было собирать на той же элементной базе, дабы не отстать на поколение. Пржиялковский это прекрасно понимал и начал войну с МЭП за получение новых микросхем (Бурцев подтянулся уже позже).
Проблема заключалась в том, что намучавшийся до кровавого пота с серией 100/500/700 МЭП абсолютно не горел желанием лезть в бутылку и начинать новую разработку, на порядок сложнее всего, что они делали, еще толком не завершив даже сдирание предыдущего поколения.
Как мы помним, середина 70-х – это пик брежневской пассивности, время, когда министры предпочитали делить выгодные и беспроблемные контракты, а не взваливать на себя лишнюю головную боль.
Наиболее длительные дискуссии в СГК и в НИЦЭВТ велись по выбору больших интегральных схем.
Если варианты использования БИС памяти были очевидны, то перевод на БИС логических структур ЭВМ вызвал у разработчиков некоторый раскол.
Против производства БИС матричного типа долгое время возражали предприятия электронной промышленности. В условиях существовавшего хозяйственного механизма им было крайне невыгодно осваивать несколько сотен типов БИС при относительно малой серийности каждого типа.
В качестве альтернативы выдвигался проект создания ЭВМ на одном или нескольких типах микропроцессоров, микропрограммно настраиваемых на выполнение функций каждой логической схемы и каждого узла большой ЭВМ.
В этих обстоятельствах при нежелании электронной промышленности производить матричные БИС и невозможности сохранить совместимость не только с IBM, но и с ЕС ЭВМ-2 при серьезном вмешательстве в отработанную схемотехнику микропроцессорами, было принято вынужденное решение – разбить ЕС ЭВМ-3 на две очереди.
Первую очередь отечественных ЭВМ – ЕС-1036, 1046 и 1066 – строить на самых новых микросхемах средней степени интеграции серии ИС-500, а вторую – ЕС-1037,1047 и 1067 – реализовать на матричных БИС, которые должны были появиться к моменту начала их проектирования.
Конечно, этим закладывалось технологическое отставание от западных ЭВМ, что не могло не привести к отставанию в архитектуре, но другого выхода в 1977–1978 гг. не было.
– писал Пржиялковский.
Помогла, как ни странно, та же проклятая Афганская война и приход Рейгана.
Летаргический сон резко стряхнулся, СССР снова оказалась в кольце врагов, Рейган в прямом эфире толсто шутил:
Мои соотечественники американцы, я рад сообщить вам сегодня, что подписал указ об объявлении России вне закона на вечные времена. Бомбардировка начнётся через пять минут.
В общем, практически вернулись славные времена маньяков Лемея и Макартура.
Перепуганный СССР изо всех сил пытался вспомнить, как же вообще осуществляются великие инфраструктурные проекты.
О сотрудничестве с Motorola, естественно, тоже пришлось забыть, никаких более MC10100 в ЕС ЭВМ.
МЭП ускоряется
В 1979 г МЭП в авральном порядке приступил к копированию F100K и их БМК F200, официально же общественный заказ на БМК на 1000 вентилей был сформулирован чуть позже, после программной статьи Пржиялковского, Ломова и Файзулаева «Проблемы и пути технической реализации высокопроизводительных ЭВМ на основе БИС», опубликованной в УСиМ № 6 в 1980 году.
В итоге в план XI пятилетки 1981–1985 годов попала тема «Ирбис» – клонирование БМК, отсюда индексы микросхем: И200 (в честь F200), И300 (в честь F300) и далее хотели дойти уже до своих собственных И400 и И500 (взяв за основу уже не Fairchild).
Тогда же МЭП решило на волне, что называется, хайпа вокруг второго витка холодной войны поднять тему собственного суперкомпьютера и начать разработку «Электроника ССБИС», причем от всей широты русской души – сразу семейства из трех машин.
1521ХМ1 – то, на чем собирали вторую версию «Эльбрус-2» (фото https://1500py470.livejournal.com)
В тот же самый момент прозрел и Бурцев и понял, что поезд выгодных заказов вот-вот проедет мимо ИТМиВТ прямо в НИЦЭВТ (а в Ряд-4 Пржиялковский предусмотрел уже настоящие суперкомпьютеры, плюс там активно пилили тему мощных матрично-векторных сопроцессоров к ним) и НИИ «Дельта».
Несмотря на то, что «Эльбрус-2» на 100-й серии только-только начали отлаживать, он резко вписывает свой коллектив в лист заказов на 1520-ю серию и заодно стимулирует Соколова начать работы по векторному сопроцессору для еще не готового «Эльбруса», чтобы вышло не хуже, чем у МЭП.
Кроме того, к середине 1980-х у него также появляется идея о собственном ряде суперкомпьютеров типа «Эльбрус».
В итоге к 1985 году надрывающийся СССР тащит на горбу сразу три параллельных линейки суперкомпьютеров – потенциальную серию «Электроника ССБИС» (задумано 3 машины), потенциальную серию «Эльбрус» (задумано 3–5 машин) и потенциальную серию ЕС Ряд 4 (2–3 машины плюс проекты сопроцессоров к ним, вдобавок они курировали и совершенно левые архитектурные разработки, типа макроконвейера Глушкова, тоже получившие индекс ЕС).
Все они жесточайше конкурируют за финансы, заводы и интеллектуальные ресурсы разработчиков.
Из всего великолепия допинать все-таки до мелкосерийного производства удалось лишь второй вариант «Эльбрус-2».
«Электроника ССБИС» (возможно) была изготовлена в 4-х экземплярах, но ни один из них не был инсталлирован и введен в строй, после 1991 все машины были сданы на золото.
Суперкомпьютеры Ряда-4 вообще не доделали.
Как мы уже говорили, было запущено два проекта – 1500-я серия (для F100) и «Ирбис» для F200.
Микросхемы «Ирбиса» получали маркировку К(Н) 152х (Н – в зависимости от типа корпуса) и версию ХМ1–ХМ6.
Кристаллы внутри этих микросхем обозначались как И200 – И500 с разными буквами, например, добавление «Б» означало смену техпроцесса с 2,5 мкм до 1,5 мкм.
1500-я серия была, прежде всего, предназначена для замены импорта в старших моделях ЕС Ряд-3 и использования в разнообразных БЦВМ, и представляла собой полный набор разнообразной рассыпухи типа 2И-НЕ и т. п.
Эта серия, как более новая по сравнению с 100/500/700, использовалась для первоначальной разработки «Электроника ССБИС» и ЕС Ряд-4.
Скорее всего, 2 единственные уцелевшие в России платы от процессора «Эльбрус-2»: одна – на 100-й серии, вторая – на БМК И200, из коллекции СО РАН (фото https://1500py470.livejournal.com)
А вот с 1520-й серией все было очень-очень интересно, настолько, что лучшие техноархеологи потратили несколько лет изысканий, чтобы понять, что же и как там производилось.
Краткая версия событий такова.
И200 начали разрабатывать в полном и душевном согласии МЭП и МРП, прежде всего, для «Эльбрус-2», и кристаллы этой серии стали единственными полностью законченными и отлаженными и примененными в реально работающей машине, дошедшей с ними на платах до серийного выпуска.
Процесс занял несколько лет, с начала 1980-х до 1985–1986 года, а живая машина на них была готова ориентировочно к 1987 году.
Доделать «Эльбрус-2» было нужно любой ценой: и МЭП, и МРП это понимали и работали вместе.
В 1981 году вышла серия БМК F300 Fairchild, которая в восемь раз сложнее F200 и имеет три уровня потребляемой мощности: 8, 4 и 2 Вт, скорость в 0,4 нс. Ее тут же приняли в разработку, как И300.
Тут, как назло, МЭП задумал уже серию из трех «Электроника ССБИС», а Бурцева понесло в векторный МКП. Из-за такого конфликта интересов мэповский завод «Микрон» начал все чаще и чаще посылать представителей ИТМиВТ и НИЦЭВТ в пешее путешествие, поэтому им пришлось все делать самим.
В результате разные версии чипов на И300 они разрабатывали уже фактически параллельно и независимо.
Оба варианта были доведены до серии, и на них были собраны «Электроника ССБИС» (финальный вариант), МКП Бурцева и «Эльбрус-3» Бабаяна, но ни одна из этих машин так толком и не заработала.
Далее коллектив МЭП остался пилить проект И400 для грядущей, по их мнению, «Электроника ССБИС-2» (хотели выкатить ее к 1989 году, очень оптимистично, с учетом, что они даже первую-то версию еле-еле к этому времени закончили), судьба же И500 пока покрыта мраком, но это было уже начало 1990-х, когда советская микроэлектроника кончилась.
Из забавного можно отметить слух, что изначальная оперативность серии И200/И300 (начали создавать клоны едва ли не раньше, чем в США официально стал доступен на гражданском рынке их прототип F200/F300) связана вовсе не с темой «Эльбрус», но техноархеологи тут как воды в рот набрали:
Кроме того, злые языки говорят, что первой машиной в СССР на наших БМК И200 были не ЭВМ на букву Э (Эльбрус и Электроника СС БИС), а некая машина из недр КБПА, про которую я ничего не знал во время оно, не знаю сейчас, и знать не хочу потом, чего рекомендую и всем читающим этот текст.
<…>
Очень похоже, что и у нас проект с разработкой Электроника СС БИС мог быть ширмой для разработки и производства совсем другой машины, машин или различной спецтехники, говорить и писать о которой до сих пор не принято...
Более, чем эти цитаты о потенциальных альтернативных применениях И200, неизвестно (хотя, как мы помним, в США параллельно с проектом CDC STAR тоже много чего интересного создавали).
Так или иначе, достоверно известно, что для финальной версии «Эльбрус-2» применили КН1520ХМ1 на кристалле И200М 2,5 микрон, совместимый с сериями 100/500/700.
Изначально был разработан КН1521ХМ1 (И200), совместимый с серией 1500, но для «Эльбрус-2» он не подошел, так как периферийные ячейки не могли быть совместимы сразу и с 100, и с 1500 серией.
Во внутренних элементах 1521ХМ1 источники тока (и в токовых ключах, и в эмиттерных повторителях) на резисторах, а это значит, что при изменении номинала питания надо менять и номинал резисторов, а питание там отличалось: 4,5 В и 5,2 В.
Кроме того 100 и 1500 серии имели разные логические уровни и разное поведение этих уровней при изменении температуры и напряжения питания. Вариант кристалла на техпроцессе 1,5 мкм, вместо 2,5 мкм, назывался И200Б, а микросхема под него КН1520ХМ4. На такой собрали финальную версию «Электроника ССБИС».
Н1520ХМ1 – основа «Электроника ССБИС», и со снятой крышкой – практически неотличимый их прототип Fairchild F200 (фото https://1500py470.livejournal.com)
Размер 1520-й серии на самом деле очень мал. Позолоченные отверстия предназначены для тестовых щупов и дублируют контактные площадки (фото https://1500py470.livejournal.com)
По воспоминаниям инженеров «Эльбрус-2»:
1521ХМ1 совпадает по габаритам и разводке с К200, чтобы можно было просто механически их перепаять.
Быстродействие примерно в 2 раза больше.
Исключение – память.
У 1521 на кристалле памяти не было, только логика, поэтому прямая замена К200 с кэшем была невозможна.
Платы кэш-памяти были переработаны, каждая микросборка с 8 микросхемами 700РУ148 (64 бита) заменялась на две микросхемы 100РУ410А (256 бит), при этом новая плата (обычная, без микросборок) становилась полупустая, очень много свободных посадочных мест.
Тем не менее эти платы (и плотно набитая, заняты все посадочные места с обеих сторон на К200, и полупустая на 100РУ410А) были точными функциональными аналогами, одна заменялась на другую, нередко в одном процессоре были ТЭЗ обеих разновидностей.
100РУ410А была выпущена позже, чем 100РУ148, поэтому сразу делать на 100РУ410А было невозможно.
Изготавливали их примерно с 1985 г., когда «Эльбрус-2» проходил испытания в 1984 г. их еще не было.
Каждая ХМ1 грелась на 4 Вт, в итоге с одного ТЭЗ нужно было отводить больше 0,5 кВт.
«Эльбрус-2» обошелся водяным охлаждением на водно-спиртовой смеси (как и МКП), а вот чудовищная и в 2 раза более мощная «Электроника ССБИС» потребовала фреона.
Это была единственная в СССР машина с криогенным охлаждением (хотя, опять же, ходили слухи о каких-то сверхсекретных проектах с охлаждением на фазовом переходе – испарением азота), и намучались с ней достаточно.
Разработка БМК для «Эльбрус-2» завершилась в 1983–1984 годах, а первый процессор на них был собран в 1986 году, но он не работал.
МЭПу потребовалось еще несколько лет, чтобы освоить производство И200 на должном уровне, и еще столько же ИТМиВТ – для создания подходящих ТЭЗов для них.
Первые версии «Эльбруса» на БМК были неработоспособны, так как академики запороли систему охлаждения, специалистов уровня Крэя среди них не оказалось.
Первые керамические корпуса ХМ1 просто трескались в итоге от нагрева, так как смонтированное охлаждение оказалось недостаточным.
С корпусами тоже была проблема, первые партии пришлось закупать в Японии, так как завод в Йошкар-Оле испытывал многочисленные трудности с их освоением.
Так или иначе, первый 100-процентно работоспособный «Эльбрус-2» второго поколения был представлен только в 1989 году.
Проблема была не только с корпусами, для изготовления рабочих ИС из заготовок-БМК нужны соответствующие САПР, руками это делать – занятие совершенно неблагодарное.
Корпус типа «Молох» для серии КН1500 представлял из себя половики корпуса типа «Мизула» для 1520-й. На таких, возможно, собирали первую версию «Электроника ССБИС» (фото https://1500py470.livejournal.com)
Отдельно стоит замолвить слово о советских микросхемах ОЗУ для высокопроизводительных систем.
Память в суперкомьютере – это третья по важности вещь, после процессора и системы охлаждения (а грамотное проектирование охлаждения вообще стоит на первом месте, чего в упор не понимали наши высоколобые теоретики, привыкшие разрабатывать ЭВМ методом рисования разноцветных квадратиков «а вот сюда мы бухнем супер-мега-процессор»).
Когда летом 1980 г было утверждено первое ТЗ на НИР по работе над ССБИС, наши ориентировались на Cyber 203 и CRAY-1. Память в 1 мегаслово казалась вполне себе приличной, и все ожидали, что в результате нужно сделать ОЗУ с временем доступа 60–80 нс, 64 разряда плюс контрольные, достаточные для исправления одиночных ошибок и обнаружения двойных.
Задание начать копирование серии F100K было разослано по трём организациям, НИИМЭ, «Интеграл» и «Светлана», ещё в феврале 1980 года с требованием закончить не позже декабря 1981 года.
В силу важности задания первую микросхему серии – К1500РУ415 одновременно колупали НИИМЭ и «Интеграл». При этом параллельно заводу в Йошкар-Оле поручили разработать flatpack-24 корпус.
Впрочем, то ли разработку flatpack не осилили, то ли такая корпусировка не вытянула нужную частоту (из-за индуктивности выводов), но в итоге в скорейшем времени на заводе в Донском был разработан уже совсем другой корпус, аналог американского cerpack-24, наладить же производство опытной партии 1500-й памяти смогли только к 1982 году, а серию – и того позже.
Прогресс в ОЗУ за 10 лет 1990 по 2000. 1 серверная плашка на 64 Мб = 1024 ТЭЗ от «Электроника ССБИС». Стойка с ОЗУ. Весит три тонны, потребляет 22,5 кВт, требует дополнительно стойки фреонового охлаждения СОХ-32, стойки питания и ½ стойки водяного охлаждения ВОХ-20 для отвода тепла от блока питания. На фото последовательно стойка ОЗУ, фреоновый холодильник для нее, питание, водяное охлаждание питания. Всего стойка кушала порядка 25 кубов воды в час (фото https://1500py470.livejournal.com)
Разработать ТЭЗ под это хозяйство (ОКР «Десант-1» и «Десант-2») поручили минскому «Интегралу».
Первый блин вышел комом, ТЭЗы имели чудовищный температурный градиент и нещадно сбоили.
Пришлось разрабатывать вторую версию платы и проводить предварительную разбраковку ИС при низких температурах в минус 15–30 градусов, чтоб можно было быстро выявить сбойные экземпляры. Это потребовало разработки новой измерительной установки и климатических камер.
В НИЦЭВТ в то же время мучились с теми же проблемами.
В итоге наработка на отказ для стойки все равно была порядка 20 часов.
К лету 1986 года все-таки добили три стойки памяти, правда, на одну ТЭЗов не хватило наполовину.
Когда под проект «Электроника СС БИС-2» задумали увеличить ОЗУ в 8 раз, открыли новую ОКР «Десант-3» на микросхемы уже К1500РУ470, но кончилось все в итоге ничем.
Как разработать микросхему?
С проектированием машины дело вообще обстоит чрезвычайно сложно.
Наверное, последним Hi-End компьютером, в котором использовались ручные методы, стал Cray-1.
Как мы уже писали в предыдущей статье, Крэй был гений минимализма, что облегчало работу и ему самому, и его команде.
Всю логику суперкомпьютера он собрал на единственном логическом элементе, сдвоенном 4ИЛИ/5ИЛИ-НЕ, что позволило выразить архитектуру в виде рядов общепризнанных логических формул (а не как у Лебедева собственным эзотерическим языком).
В результате его сотрудники просто аккуратно перенесли записи Крэя в реальные чипы. Все это великолепие монтировалось на пятислойную плату, в которой только 2 верхних слоя были сигнальными, а три нижних – сплошными: –5,2 В, –2 В и земля. Две таких платы складывались бутербродом на лист меди, через который отводилось тепло, и отправлялись в стойку.
Тепловой пакет и потребляемая мощность рассчитывался выравниванием количества корпусов на плате, ибо все элементы были одинаковыми. Это автоматически приводило к равному тепловыделению и энергопотреблению для стоек.
С race conditions боролись эффективно, просто за счет одинаковой длины всех межсоединений на витых парах.
На самом деле Cray-1 чисто архитектурно был простым до безобразия, и это позволило закончить машину рекордно малой командой и аккуратно собрать ее без малейших косяков, более того – по производительности она уделывала все, что было в мире в тот момент.
Сравните: только к 1989 году ее с трудом догнал чудовищно громоздкий и сложный «Эльбрус-2», с которым провозилась толпа народа на протяжении 20 лет, при том что загрузчик Cray-1 был таким простым, что старик Сеймур помнил его наизусть.
К сожалению, кроме Юдицкого и Карцева (чьи машины, как мы помним, работали эффективно даже на жуткой советской элементной базе, не требуя морочиться с БМК), советские конструкторы «академического» направления совсем не врубались в идеи архитектурной простоты и чистоты.
Панельки для монтажа микросхем в одном из вариантов «Электроника ССБИС» (фото https://1500py470.livejournal.com)
С точки зрения советских НИИ, чем сложнее – тем круче, потому в итоге та же «Электроника ССБИС» описывалась самими ее разработчиками (уже сильно позже, когда стало можно) так:
УФК нашей разработки имело выход на 576 контактов, что есть четыре по 144. Так от своей печки вспоминаю.
По теперешним понятиям размер печатной платы больше размера классного ноутбука!
Стоек питания не помню. Наверное, как на Эльбрусе, источники планировались под фальшполом.
На мой взгляд, конструкция СС БИС была претенциозным г…м неоправданных решений. Один бред фреонового охлаждения чего стоил.
Зато все было очень солидно и академично и занимало полстадиона, а не пару комнат, и выдавало (в теории) всего-то в два раза больше Cray-1.
Для самого же Cray-1 спокойно и быстро инженеры руками развели 113 видов печатных плат, что позволило уложить разработку в 1972–1976 годы.
Машина была построена с расчетом на последующие апгрейды, и уже в Rev. D использовались 23 вида ИС и в четыре раза более ёмкая память.
По сути, раз в полгода (до 1985 года) выпускалась новая итерация, с использованием более дешевой, технологичной и современной элементной базы, поэтому Cray-1 первых и последних выпусков – это в реальности разные машины.
В 1972 году над суперкомпьютером работали всего 12 человек – весь штат Cray Research, к 1976 их стало 24. Только когда началось серийное производство, им пришлось нанять около сотни монтажников и инженеров.
Чудовищная процессорная плата «Электроника ССБИС», видны панельки УК48-1 и УК52-1 для КН1520ХМ4 и медные трубы фреонового охлаждения (фото https://1500py470.livejournal.com)
Еще когда вышел CDC6600, чрезвычайно расстроенный Томас Уотсон мл., директор IBM, созвал своих сотрудников и вопросил:
Last week Control Data had a press conference during which they officially announced their 6600 system. I understand that in the laboratory developing this system there are only 34 people, «including the janitor». Of these, 14 are engineers and 4 are programmers, and only one person has a Ph.D., a relatively junior programmer. To the outsider, the laboratory appeared to cost conscious, hardworking and highly motivated.
Contrasting this modest effort with our own vast development activities, I fail to understand why we have lost our industry leadership position by letting someone else offer the world's most powerful computer. At Jenny Lake, I think top priority should be given to a discussion as to what we are doing wrong and how we should go about changing it immediately.
Услышав об этой истории, Крэй ехидно ответил:
It seems like Mr. Watson has answered his own question.
Тем не менее уже к 1980 году стало ясно, что с текущей скоростью роста сложности БМК разводить их руками уже не вариант, нужны САПР.
В принципе, и на Западе они применялись, хоть и не массово, еще с 1967–1968 гг. (в частности, IBM использовала собственную среду генерации для разработки БМК-проекта S/370). Fairchild задумалась о таких к середине 1970-х и выпустила в комплекте с F100/F200.
Проектирование абсолютно нового компьютера (ну или клонирование старого, но, как в случае «Эльбруса», со щедрой примесью «улучшений») состоит из следующих этапов.
Сначала разрабатывается система команд (т. н. ISA, единственное, что умел делать Лебедев, да и то в БЭСМ-6 получилась немного техношизофрения).
Далее – нам необходимо положить систему команд на реальный кристалл. Первым шагом производится перевод ISA на язык логических схем. На Западе, как правило, используют для этого VHDL, SystemC или System Verilog, большинство этих инструментов возникло в начале 1980-х годов и было неизвестно в СССР.
Крэй, в силу простоты Cray-1, делал перевод руками (Лебедев в БЭСМ-6 тоже, изобретя собственную нечитаемую нотацию, в которой описал всю архитектуру машины), для работы с F100/F200 Fairchild разработала свою среду проектирования еще в середине 1970-х (в ней собирали CDC CYBER всех версий). Многие компании, такие как Fujitsu, IBM и Siemens, предлагали свои проприетарные системы.
Именно этот этап отвечает за то, чтобы чип вообще делал то, что нужно.
Затем идет этап проектирования физической схемы.
На этом этапе реализованная нами логика примеряется к конкретному БМК. Это означает, что нам надо сгенерировать физическую схему на основе ее описания, осуществить синтез тактовой синхронизации, маршрутизацию и т. п.
Физическое проектирование вообще не влияет на функциональность (если все сделано правильно), но определяет, насколько быстро работает чип и сколько он стоит.
На этом этапе могут применяться многочисленные патентованные алгоритмы оптимального размещения логических элементов на кристалле, часто разрабатываемые фирмами-изготовителями самих БМК. Естественно, полученный результат нуждается в тестах и верификации, что зачастую является самым сложным процессом.
Первый эффективный алгоритм синтеза тестов был разработан Джоном Ротом (John Paul Roth) из IBM, только в 1966 году. Собственно, и все советские алгоритмы тестирования были его копией или обобщениями.
Один из самых примитивных вариантов сумматора на VHDL, описание и синтез
Когда мы синтезировали таким образом один кристалл, процедуру необходимо повторить для всех базовых чипов, из которых будет собрана машина – синтезировать в кристаллах всю логику, регистры, устройство управления и т. п.
Как только все это окажется размещено на БМК (ну или параллельно с этим), приступают к проектированию печатных плат под них. Надо определить их размер, количество слоев, развести питание и шины, разместить на них кристаллы. Для того чтобы растрассировать платы и верифицировать результат, тоже применяются свои САПР.
Параллельно с синтезом плат разрабатывается конструктив под них и системы питания и охлаждения.
Таким образом и создавались все машины 1970–1980-х годов.
В СССР методы автоматизированного проектирования начали развивать примерно в то же время, что и в США – в середине 1960-х.
Практически все, что известно о ранних советских разработках, умещается в один абзац Малашевича:
В 1964 г. И. Я. Ландау предложил язык моделирования логических схем ФОРОС. В 1965 г. Г. Г. Рябов в ИТМиВТ начал разработку САПР, позднее получившую название ПУЛЬС, а Н. Я. Матюхин возглавил работы по автоматизации проектирования ЭВМ. В 1967 г. вопросами САПР ЭВМ начинает заниматься О. Н. Юрин, который в 70-е годы возглавляет разработку САПР ЕСАП (Единая Система Автоматизации Проектирования) в НИЦЭВТ. В Киеве принципиальные вопросы автоматизации проектирования вычислительных машин разрабатывает В. М. Глушков с коллегами.
Ни про ФОРОС, ни про И. Я. Ландау ничего достоверного найти не удалось, равно как и про раннюю работу с ПУЛЬС, тут требуется помощь тех ветеранов, которые застали давние времена.
Тем не менее достоверно известно, что оный ПУЛЬС продержался на вооружении вплоть до середины 1980-х, работал он исключительно на БЭСМ-6 и был неудобным в работе.
Д. Е. Гурьев, работавший в «Дельта» на 22 этаже с зоопарком их САПР вспоминает:
В НИИ «Дельта», в отделении Мельникова, действительно был свой отдел САПР, которым руководил мой учитель Яицков Александр Сергеевич. И этот отдел разрабатывал свой САПР. Не ПУЛЬС. ПУЛЬС тоже был (украденный?!), и все логическое проектирование кристаллов И200/И300/И300Б выполнялось на нем.
Но развитием/сопровождением этого продукта занимался кто-то другой, не из нашего отдела.
Наш же САПР был ориентирован на конструкторское проектирование. Причем не только микросхем, но и плат, в которые они должны устанавливаться.
Работа нашей системы начиналась с того, что из ПУЛЬСа импортировалась логическая схема: перечень элементов и их межсоединений, то что, как я понимаю, в западных САПРах называется словом NETLIST.
Как ПУЛЬС, так и наша САПР, выполнялись на БЭСМ-6. Периферия у нее была вся уже от ЕС ЭВМ. Управлялась эта машина при помощи ОС Диспак, использовались также МС Дубна, диалоговая система ДЖИН.
Внутри нашей САПР были также свои средства управления вычислительным процессом, разработанные внутри отдела, в частности специализированный язык управления заданиями и файловая система (даже три).
Наша разработка велась на языке Pascal на компиляторе А. С. Пирина.
САПР выполняла трассировку электрических цепей для блоков и микросхем.
Этот набор алгоритмов разработал Владимир Сусов и его маленькая команда.
Размещение элементов было вроде бы ручное или полуавтоматическое. Во всяком случае, о полной автоматизации этого этапа проектирования я не помню.
САПР обеспечивала вывод результатов проектирования на носители, необходимые для производственных процессов. (Детали реализации не знаю, кроме тех, с которыми был связан лично, об этом ниже.)
Лично я был занят в разработке подсистемы, которая синтезировала тесты выходного и входного контроля для И200/И300/И300Б. На мне была предобработка, организация вычислительного процесса, постобработка, аналитика и оптимизирующие преобразования.
Короче, я выполнил в этой подсистеме практически всю черную работу.
Кроме основного алгоритма, которым занимались непосредственно А. С. Яицков и его супруга Г. А. Яицкова.
Результатом работы системы были тексты на входном языке тестирующей системы Centry, применяемой на заводе в Зеленограде.
Они записывались на магнитную ленту на БЭСМ и потом, о чудо, считывались этой буржуазной аппаратурой и выполнялись ею.
Для записи на ленту пришлось поковыряться в низкоуровневых командах управления ленточным накопителем.
Был также интерфейс, заворачивающий синтезированные тесты обратно в ПУЛЬС, и там они использовались как дополнительные тесты верификации проекта, моделировались ПУЛЬСом, само собой. Несколько ошибок разработчиков микросхем было выявлено именно на этих тестах.
Важной частью нашей САПР были алгоритмы верификации задержек, как на уровне проектов микросхем, так и на уровне проектов плат.
На данной частоте длина проводников уже является фактором, влияющем на скорость распространения сигнала и, таким образом, на корректность работы цифровой схемы в целом.
Алгоритмы оценивали корректность проекта топологии с точки зрения распространения задержек и сигнализировали, где в проекте имеются риски и что надо исправить. Этими алгоритмами занимались А. С. Яицков и Татьяна Ганжа.
В САПР использовались две отдельные файловые системы: для исходных текстов САПР и для исходных, промежуточных и выходных данных проектирования.
Обе системы разработал Владимир Сафонов.
Альтернативную ФС для данных проектирования разработал Владимир Сусов.
Тут надо объяснить для современного читателя, что в ОС ДИСПАК не было ни штатной файловой системы, ни штатного редактора текстов, ни штатного языка управления заданиями, и все эти задачи решались по-своему в каждом крупном прикладном проекте.
Названия у САПР не было. Название ведь нужно продукту, который будет куда-то поставляться. Здесь же ничего такого не планировалось.
САПР поддерживал текущий проект. Часть, связанная с построением тестов, в нескольких научных статьях именовалась как «САПР-Тест», но это было название только для контекста этих статей.
Я пришел в 1984.
Отдел к тому времени существовал, как я понял, около 5 лет, и уже были работающие алгоритмы трассировки.
Работы по тестовому обеспечению начались уже на моей памяти, около 1985 г., работы по верификации задержек еще чуть позже.
Я ушел в 1990.
Отдел просуществовал еще года два.
После этого его уже маленькие осколки были переведены в ИСП и существовали там еще лет 5. 
САПР ПУЛЬС и как с его помощью моделировали микро-БЭСМ из брошюры Дубны «Логическое моделирование процессора МКБ-8601»
В итоге разработка под БМК И200/И300 велась следующими системами. САПР БАСКИ (базовая автоматизированная система контроля и изготовления) на БЭСМ-6, на ней было разработано 29 схем на И200, 25 из которых вышли в кремнии.
БАСКИ получала входные данные из ПУЛЬСа и выдавала результат в ТОПТРАН, состояла из 300 тысяч строк кода на Pascal. САПРБ (блоков) служила для разработки ТЭЗ, работала аналогично на БЭСМ-6 и учитывала при проектировании задержки сигналов, между элементами на ПП и между блоками.
СПИН (система проектирования интерактивная) была создана для передачи документации, разработанной в НИИ «Дельта» на предприятия отрасли, сформирована была под Электроника 100–25 и 79. Основная ее функция ее заключалась в переводе проекта ПП из САПРБ в понятный для НПО «Кварц» формат САПР КУЛОН.
Для полноты счастья – ни одна из этих систем не была графической!
Нет, никакой графики не было.
Да и устройств таких не было.
Это потом я уж на зарубежные САПРы посмотрел – оказывается, это прежде всего графический редактор, а потом уже алгоритмы.
А у нас были алгоритмы без кина. Для выдачи графических материалов, необходимых для производства плат, был контакт с дружественной организацией (или смежником) в г. Черноголовка. У них была соответствующая аппаратура.
Да, у нас были дисплейные станции, но это были алфавитно-цифровые терминалы.
Работа программистов, делающих САПР, и инженеров, проектирующих аппаратуру, была условно интерактивной. Но это была работа со знаками.
Тот же ПУЛЬС – это средство записи формул, задающих работу устройства (или его модели), то, что в современных САПР называется RTL.
Никакой графики не было за отсутствием подходящих устройств как класса.
Были только выводные графические устройства для подготовки технологических данных для производства, да и то, мне помнится, арендуемые.
Запуск некоторой задачи: компиляции программы, моделирования схемы, выполнение какой-либо проектной операции (к примеру, трассировки проводников), проходил через общую очередь заданий системы, в которой по факту лежали электронные образы перфокарт, и выполнялись эти задачи в пакетном режиме (как если бы они на самом деле поступили в виде колоды карт).
Западные САПР, появившиеся у нас в конце 80-х на персоналках, исповедовали совершенно другой принцип: это прежде всего графический редактор, к которому может быть подключена какая-то автоматизация отдельных проектных операций, а может и не быть.
У нас же работали автоматические алгоритмы, но без графики и с ограниченным участием человека.
Человек давал задание в текстовой форме, в ней же оценивал результат, если не нравилось – изменял задание, и по новой запускал свою виртуальную колоду перфокарт.
Впрочем, вроде был язычок управления, навроде shell, но сильно проще, который помогал частично автоматизировать этот процесс, но результатами работы таких shell-команд или shell-программ были все равно запуски виртуальных колод перфокарт.
Разводка топологии печатных плат в Зеленограде. Вот в этом дивном месте работала система автоматизации проектирования СПИН, которая занималась переводом выходных файлов из САПРБ и БАСКИ в файлы, понятные для других САПР на других предприятиях МЭП (фото https://1500py470.livejournal.com)
В ИТМиВТ использовалась не менее мистическая система КОМПАС-82 (и, опять-таки, все без понятия, имеет ли она отношение к современному Компасу).
Работала она поверх ПУЛЬС и в связке с ним, естественно, на идеологически верной БЭСМ-6, что по меркам 1980-х было уже сущим кошмаром.
ПУЛЬС, кстати, отметился и в Дубне – в конце 1980-х они разработали свою собственную версию микро-БЭСМ на микросхемах (МКБ-8601, 4 платы примерно по 100 микросхем), только она уже оказалась никому не нужна.
Из интересных архитектурных особенностей ПУЛЬСа можно отметить то, что она писалась чисто под ОС ДИСПАК и никак иначе, так что инженерам ОИЯИ пришлось изрядно повозиться.
Переносимость отсутствовала как класс, так как в ПУЛЬСе было захардкожено более 300 ДИСПАКовских экстракодов 20+ типов, причем сама система распространялась ее авторами в виде библиотеки модулей загрузки, поэтому самостоятельное внесение в нее изменений потребовало предварительной детрансляции модулей в автокод, сейчас бы такую процедуру назвали дизассемблированием.
В итоге диспаковские костыли были выпилены и заменены подпрограммами ОС ДУБНА. Четырехмесячная возня не прошла даром – система ускорилась в два раза.
Инструкция к ПУЛЬС. Чудовищное качество документации.
К 1987 году была выпущена аж 14-я версия ПУЛЬС, но стала ли она последней или же нет – сие неизвестно.
В середине 80-х членкор В. П. Иванников заинтересовался языком VHDL и предпринял ряд шагов по его внедрению в «Дельта». Под его руководством работала группа, разрабатывающая компилятор (и, вероятно, систему моделирования) VHDL.
В результате написали конвертер из ПУЛЬСа в VHDL, на этом все и закончилось.
Та самая Микро-БЭСМ, последнее, что было спроектировано в ПУЛЬСе (фото https://ruecm.forum2x2.ru)
И ее уникальные платы: единственное, что сохранилось от 2-х экземпляров (фото http://www.nedopc.org)
Отличился, конечно же, НИЦЭВТ. Там работали, очевидно, на ЕС. Под нее была своя родная САПР – ЕАСП, которую применяли для Ряда-4.
В середине 1980-х НИЦЭВТ же показал себя вообще максимально прогрессивной организацией.
Во-первых, они лицензировали себе для клонирования европейские БМК Siemens SH100 (и превратили их в 1520ХМ5, об этом ниже), а во-вторых, вместе с кристаллами им достался фирменный САПР Siemens AULIS.
Проблема была в том, что AULIS изначально разрабатывался под ОС BS2000, которая шла на немецком аналоге S/370 Siemens P1 (и более продвинутых). Эта линейка была развитием не чистого S/360, а такого же, как у англичан, его клона RCA Spectra 70, модифицированного и не совместимого с нашими ЕС.
Возникает вопрос – НИЦЭВТ купил еще и немецкий мейнфрейм?
Или переписали САПР на ЕС?
В теории его могли запустить еще и на М-4000.
Это единственный клон S/360, к которому НИЦЭВТ отношения не имело вообще, его даже сдирали с абсолютно другой машины – как раз таки Siemens 4004 и делали это в уже забытом нами бывшем Бруковском ИНЭУМ в 1972–1977 годы. На нем BS2000 в теории могла запуститься нативно или с минимальным допиливанием. В начале 1980-х в Москве было несколько десятков М-4000, могли использовать одну из них.
В итоге, когда НИЦЭВТ все-таки освоил в середине 1980-х AULIS, достоверно известно, что процесс проектирования кристалла у них сократился с 2-х недель (НИИ «Дельта», чистый ПУЛЬС) или 4–5 дней (ИТМиВТ, КОМПАС-82) до одного рабочего дня.
Загадки советской серии ХМ1-ХМ6
Проблема проектирования усугублялась выбором прототипа.
В МЭП практически параллельно копировали MCA600ECL для ИТМиВТ, где породили 1521ХМ1, MCA1200ECL для НИЦЭВТ, где преподнесли миру 1521ХМ2 и 4.101ВЖ3, и F200K Gate Array, давшую КН1520ХМ1.
Позже развитие получили только БМК, совместимые с 1500 серией.
Естественно, такое количество параллельных проектов не могло не сказаться на их качестве и сроках.
Дополнительно усугубило картину то, что, судя по даташитам, 1521ХМ1 представляла немного франкенштейновскую компиляцию из потрохов MCA600ECL и периферии от Fairchild FGE.
Смешно, что в 1993 году Бурцев (когда уже стало можно) отдельно прошелся по советскому строю в своей докладной записке про «Эльбрус-2» в РАН:
Элементная база… производилась в стране с монопольным правом производства интегральных схем (МЭПа), поэтому имеет вероятность отказа не 10-8–10-9 степени, как в зарубежных странах, а всего 10-6–10-7. Это говорит о том, что схемы до настоящего времени у нас не до конца освоены.
Это, повторимся, 1993 год!
А у нас схемы не до конца освоены.
Впрочем, как мы уже говорили, весь это бардак вокруг разработки привел к тому, что в итоге проект провалился, все (кроме Бабаяна и Рябова) успели получить по шапке, и оставшиеся им годы жизни, пользуясь свободой слова, поясняли свое отношение друг к другу.
«Электроника ССБИС» тоже пережила смену элементной базы, вообще, люди из «Дельты» начали копать тему с БМК еще в районе 1979 года (что и породило слухи о том, что magnum opus МЭП был прикрытием для другого совершенно секретного военного проекта, хотя про «Эльбрус» мы знаем достаточно, а куда уж, казалось бы, секретнее, чем машина противоракетного щита нашей родины).
В результате они чудовищно намучались с трассировкой И200, используя все мыслимые средства от голых рук (сначала) до ПУЛЬСа.
После долгих и разнообразных экспериментов, кучи запоротых кристаллов и нерабочих прототипов плат, по воспоминаниям ветеранов:
…мысль разводить БМК до 3 000 вентилей, кроме как вручную, для зеленоградских тружеников-героев была чужда.
Но что-то на основе И200 начало все-таки вырисовываться, хотя после 1981 года было решено использовать более совершенные И300 – клон Fairchild F300 series FGE2000 (на 2 000 вентилей).
Так появились микросхемы К1520ХМ3 (кристалл И300б), уже эксклюзивно для МЭП.
Вторая итерация пошла веселее, в 1984 для них не было даже корпусов, но к 1985 прототип «Электроника ССБИС» был выставлен на испытания.
Именно в этот момент и Пржиялковский, и Бурцев получили от МЭП первый отлуп.
Вспоминает Пржиялковский:
В 1983 году, убедившись, что Зеленоградский завод «Микрон» не может или не хочет выпускать для НИЦЭВТ матричные БИС И-300, единственные БИС, на которых было возможно создание старшей модели ЕС ЭВМ, руководство НИЦЭВТ предложило директору «Микрон» поставлять в НИЦЭВТ базовые кристаллы, а трассировку двух верхних слоев кристалла, корпусирование и выходной контроль взять на себя вместе с ответственностью за БИС в целом.
Одновременно удалось убедить министра радиопромышленности П. С. Плешакова, что здание втуза МРП площадью 21 тыс. кв. м, строительство которого министерство силами НИЦЭВТ заканчивало на площадке НИЦЭВТ, целесообразно перепрофилировать на разработку и выпуск для МРП специальных БИС, в том числе и матричных.
Получив согласие министра, руководство НИЦЭВТ укомплектовало новое комплексное отделение и с помощью министерства оборудовало его, освоив новые площади.
К началу 1985 г., несмотря на недостаточно отработанную технологию и низкое качество поставляемых из МЭП базовых кристаллов, в НИЦЭВТ стали появляться первые работающие матричные БИС серии И-300.
В 1984 году усилия НИЦЭВТ увенчались успехом, они самостоятельно спроектировали, скорпусировали и изготовили первую ИС на И300б, установили ее в качестве эксперимента в ЕС-1066, и она завелась!
ИС получила временный индекс 4.101ВЖ3 и была функциональным аналогом Мельниковской КН1520ХМ3.
Корпуса пробных партий, по всей вероятности, им снова пришлось закупать у японцев (которые в те годы пытались расширить свой удушаемый Рейганом рынок за счет Союза и начинали потихоньку плевать на КоКом, Toshiba вообще тайком загнала СССР свои прецизионные станки для обработки винтов подводных лодок).
Чип 4.101ВЖ3 разработки и производства НИЦЭВТ, сделан на И300, аналог Мельниковского ХМ3, применялся в прототипах супермашин Ряд-4 и МКП Бурцева. Также на нем, скорее всего, делали прототип «Эльбрус-3». Маркировалась она так, а не (К) номер серии ХМ номер разработки, чтобы обойти монополию МЭП на производство микросхем (фото https://1500py470.livejournal.com)
НИЦЭВТ щедро поделилось изготовленным с ИТМиВТ, более того, их группы разработчиков сидели вместе на Варшавке в помещениях третьего комплексного отделения НИЦЭВТ.
С кристаллом возились довольно долго, до конца 1980-х, первоначальная версия была склонна к самовозбуждению входных каскадов на паразитных реактивностях выводов. Фактически было изготовлено лишь несколько пробных партий, которые пошли на не менее пробные машины.
В итоге технология, очевидно, отстала на 8–9 лет, превратив уже собранные прототипы в тыкву.
Шикарное фото кристалла И300 и его фрагменты (фото https://1500py470.livejournal.com)
Интересный факт – то самое легендарное здание в тот момент находилось в состоянии непрерывной достройки (причем в итоге в задуманном виде так и не было закончено).
Специалист по советской архитектуре Денис Родомин рассказывает:
Проект был создан архитектором Всеволодом Вознесенским еще в 1969 году, строительство началось в 1972 г.
Дом в виде большой дуги должен был стать частью большого комплекса научных учреждений.
В центре этого ансамбля планировалось построить башню.
Но в итоге на свет появился только «лежачий небоскреб» и еще две архитектурные дуги ближе к МКАД.
Проект научного городка не получил должного финансирования: нетипичные сооружения требовали к себе особого внимания и больших средств.
В итоге некоторые элементы здания приходилось создавать по-настоящему кустарными методами, строительство затянулось.
Дом был сдан в эксплуатацию только в конце 80-х годов.
Внутри он заметно отличался от изначального проекта.
Еще более печальная судьба постигла их конкурентов из МЭП.
Уже не лежачий, а вполне традиционный небоскреб – памятник чувству величия Шокина.
В 1967 году архитектор Новиков предложил возвести для МЭП две башни в 24 и 20 этажей, проект многократно переделывали, откладывали и начали воплощать в урезанном виде только в 1985 году, а к 1991 году только успели доделать облицовку.
В итоге незаконченное здание приобрел «Лукойл» под свою штаб-квартиру, превратив его в одно из самых уродливых сооружений Москвы.
Забавно и то, что с третьим конкурентом – НИИ «Дельта», случилась примерно такая же история, но им повезло больше всех, ну очень уж толстым и секретным был их отец – Конструкторское бюро полупроводникового машиностроения (КБПМ).
Про них нет информации в «Википедии» и вообще почти ничего не известно.
Образовано оно было аж в 1961 году и занималось «разработкой и производством специального оборудования для сборки полупроводниковых приборов» – вот и всё, что мы о них знаем.
С 1978 года специализировалось на спецсвязи, в том числе оптоволоконных системах.
В 1977 году из них выделилась «Организация п/я 3390», про которую тоже информации особо нет, кроме того, что это лаборатория полупроводникового машиностроения при КБПМ, получившая цивильное название НИИ «Дельта».
Именно в эту засекреченную хлеще «Эльбруса» шарашку и ушел Мельников с командой.
Штаб «Дельта» – модернистский небоскреб на Щелковском шоссе, начали строить в 1971 году по японскому проекту, чрезвычайно необычному во всем, включая внутреннюю планировку.
Увы, на русской земле японский проект стоять не возжелал и начал крениться, что удачно скрыли, присобачив сбоку еще 2 объема поменьше.
Возводили его эпически, с 1971 по 1983 год, и в еще недостроенном здании и работали над «Электроника ССБИС».
Кстати, этот же «Дельта» занимался микросхемами, не просто военными, 5-й приемки, а аж 9-й – изделиями особой сортности, используемыми только в спутниках-шпионах, да кремлевской спецсвязи.
На крыше (беспрецедентно для СССР) была установлена вертолетная площадка!
В 1983 году сфера деятельности НИИ расширилась за счет научного подразделения по оптоволоконной технике, которое в 1984 году преобразовалось в самостоятельное учреждение.
В 1986 году было создано НПО «Дельта», в состав которого вошли, кроме НИИ, их завод «Эллинг» и завод «Диск» в Орловской области.
Проект «Электроника ССБИС» курировал лично замминистра Колесников, а директором «Дельты» был, вообще, сын Шокина.
Мельникову тоже не могли не дать директорство, и он возглавил созданный в 1983 году Институт проблем кибернетики АН СССР, куда перетащил своего друга и коллегу по проекту АС-6 В. П. Иванникова, работавшего когда-то над самой первой и дремучей ОС для БЭСМ-6 – Д-68.
Теоретически ИПК должен был сосредоточиться на разработке программного обеспечения для «Электроника ССБИС», на практике же престарелые академики занимались любимым делом – интригами да освоением фондов.
Руины более развитой цивилизации. Здание НИЦЭВТ на Варшавском шоссе, башня НИИ «Дельта», так и не достроенная при СССР штаб-квартира МЭП и здание ИПК АН СССР в Черемушках. В башню «Дельта» и здание ИПК планировали поставить по штуке «Электроника ССБИС» (фото https://ru.wikipedia.org, https://synthart.livejournal.com, https://stroi.mos.ru)
Вспоминает один из участников тех событий:
Где-то в 1987–1988 годах наша инициативная группа на физтехе занялась СС БИС с подачи Олега Бацукова.
Как потом выяснилось, за год команда из примерно шести человек наработала софта больше, чем весь иванниковский институт системного программирования за пятилетку.
Сделали Си компилятор, ассемблер, линкер. Симулятор, математические библиотеки.
Витю Яницкого в результате Иванников забрал себе в аспирантуру, других пытался сманить.
Я бывал у них, говорил с разработчиками операционки.
Но впечатление было тухлое, и я потерял интерес к проекту.
ОС ССБИС так, кстати, ИПМ и не осилил, как и вообще написать для нее хоть что-то рабочее.
Зато в 1984 году Иванников был избран членкором АН СССР, а после смерти Мельникова в 1993 году возглавил Институт системного программирования (ИСП) РАН, созданный на базе ИПК.
Зданию ИПК (сейчас его занимает НИИСИ РАН) тоже «повезло».
Его строили в легендарном районе Новые Черемушки, где планировали возвести целый академгородок, начиная от здания самого большого Дома книги в мире и заканчивая кучей НИИ вдоль Нахимовского проспекта.
Однако сыграло то же самое проклятие 1980-х – не закончено было почти ничего (Дом книги строили по американскому проекту к Олимпиаде, но с началом Афганской войны стройка встала, и доделали его только в конце 1990-х).
Здание ИПК же к 1991 году успели доделать наполовину (несмотря на то, что по документам значилось 100 % – в нем не было отделки, не работали лифты и т. п.), а все перерасходы щедро включили в бюджет «Электроника ССБИС».
Несмотря на то, что сейчас НИИСИ РАН украшает гордая табличка «Здесь работал академик Мельников», в самом недоделанном здании он практически не появлялся.
Загадочный артефакт НПО ЭЛАС, бескорпусный вариант 1520ХМ2 явно космического назначения. На кристалле написано И300С. Что это, для чего и т. п. – неизвестно в принципе. Один из техноархеологов утверждал, что сие использовалось на одном из приборостроительных заводов Харькова для управляющей машины чего-то космического. Располагались данные ИС на керамических платах размером примерно 15×15 см. На каждой плате в обязательном порядке ставилась еще и Б1019ЕМ1-2. Элементной базой также служили микросхемы серии Б1500, 822ЦНРХХ. Каждая такая большая гибридка индивидуально не герметизировалась, применялась общая герметизация всей машины. Вообще, в СССР нередки были серии под одного конкретного заказчика (https://1500py470.livejournal.com)
С учетом всего этого, неудивительны слухи про сверхсекретные проекты «Дельта», маскировкой которых и служила «Электроника ССБИС», как и то, что она до 1991 года получала фактически неограниченное финансирование, превосходящее даже «Эльбрус-2».
Секретность, превосходящая даже системы ПРО (в конце концов тут делали явно какие-то разработки для самого Политбюро, включая спецсвязь), тоже понятна, равно как и то, почему МЭП так упорно цеплялся за «Электронику» до конца.
Вообще, история «Дельта» невероятно мутная.
Вот что об этом говорил один из тех, кто пытался раскопать тему с созданием «Электроника ССБИС»:
Над тем проектом работало много людей, и у тех АС было много авторов, но по ним есть много вопросов, то мучительная похожесть на патент ИБМовский до степени смешения, то есть воспоминания человека, что он, мол, был главный по такой-то системе, а его нет в списке авторов, или уже взрослые люди, которые стали состоявшимися специалистами, и предмет их гордости, что они реализовали некую функцию в СС БИС, но дальше начинается вообще прикол, в списке авторов в АС их нет, и описать хоть словами, а как это было сделано, они не могут, конструкторы, не только не могущие сказать, на какой серии микросхем была сделана СС БИС, но и ткнуть пальцем в разложенные на столе образцы микросхем, и т. п. и т. д.
Вы даже, наверное, не можете представить реакцию людей, когда с ними начинают разговаривать на эту тему с документами и артефактами в руках.
<…>
Да, тогда была достаточно распространённая практика включать в список авторов непричастных и исключать виновных в создании.
Но нужно учитывать, что в тех списках люди от простых ИТРов до академиков, при том обидчивых…
Весьма вероятно, эту историю не просто так замалчивают…
Любопытная информация к размышлению, я шерстю сайты с резюме и, когда нахожу человека, который ищет работу, со строкой об участии в проекте СС БИС, звоню, из 12 человек, с которыми разговаривал, как потенциальный работодатель, только 2,5 человека были вменяемыми, и тут с ужасом понимаешь, что Гурковский, скорее всего, прав, а не со злости говорит, что, когда он пришёл в Дельту в 81 году, там была толпа, отставшая от текущего на тот момент уровня на 20 лет, представляете мою душевную травму, когда разговаривал с людьми, застрявшими в 60-х с БЭСМ-6 и модными молодёжными девайсами типа АСП-6 и компьютеров Bull в голове, и историями, которые они хотели рассказать по секрету, как НИЦЭВТ разрушил советскую ВТ!
И да, они обижены на жизнь, что их заслуги не ценят, они не могут найти работу и т. п.
<…>
И да, совсем забыл, источники делятся на три вида, подавляющее большинство позиционирующих себя как творцов СС БИС вообще ничего не понимают, не понятно и как они могли работать, оставшаяся меньшая часть цитируется мной дословно, но отношение их к делу видно из цитат, меньшинство подавляющее типа Гурковского буквально через несколько минут готово сорваться на слова матерные при рассказе о творившемся…
Один из результатов работы НИИ «Дельта» – микросхемы особой сортности
Одно из немногих адекватных воспоминаний о НИИ «Дельта» пришло от человека, который как раз не работал в группе Мельникова:
Из того, что запомнилось.
Это было первое отделение (а отделение, где я работал, побывало и вторым, и третьим).
Первое было первым по важности (престиж, зарплаты сотрудников, расположение в нашей башне на Щелковском шоссе, д. 2, по моим представлением, и общая численность работников тоже, но в последнем не совсем уверен).
Не исключаю, что мельниковцы имели и другие площадки.
Во всяком случае, всевозможные приоритеты были у них сильно выше. Всегда декларировалась их первостепенная значимость.
Другими словами, ощущалось, что Мельников & Co – это государство в государстве.
Ходить к ним запросто было не принято.
Как-то так.
Я и мои близкие сотрудники были (да и остались) людьми аналоговыми, а там все – цифровики…
Интереса особого не было.
Вспоминаю лишь, что «все ЭТО» там у них сильно грелось (были, видать, проблемы с отводом мощности).
И еще расчеты свои они делали на БЭСМ-6, коих у них благо было в предостаточном количестве, и работали они хорошо, не висли (в отличие от нашей сверхглючной ЕС-1060, быстро замененной на жизнеспособную ГДРовскую ЕС-1055М, на которых, правда, шел приснопамятный PELICAN, который был адаптированной версией SPICE2.G6.
Помню еще, что ходили слухи, что само название «Дельта» означает некий триумвират, где главная вершина есть мельниковцы, а мы должны были бы делать для них микросхемы, и еще одна оставшаяся вершина по линии Шокина А. А. (оптические каналы связи).
Может быть, так и задумывалось, хотя бы бюрократически, и звучит, во всяком случае, формально логично.
Тем не менее мы для них никаких микросхем не делали, тянули старую свою лямку.
Теперь понятно и почему к 1985 году «Микрон» и МЭП окончательно послали в далекое путешествие всех, кроме группы Мельникова, в итоге все прочие разработки МРП осуществлял, фактически, независимо (и ничегошеньки МЭП за это не было – опять таки, оцените толщину блата, если он перешибает даже военные разработки ядерного щита СССР).
Заодно понятна и рекордная сумма, когда-либо отданная МЭП за покупку производства – для «Электроника ССБИС» был приобретен целиком французский завод для изготовления печатных плат за 100 миллионов долларов (МРП тоже купила себе заводик, но пожиже – всего за 70 миллионов).
В итоге в МРП кончилось тем, что группу проектировщиков из третьего отделения ЕИЦЭВТ вывели в отдельное НПО «Физика».
НИЦЭВТ нужно было резко догонять IBM.
Их 3081 использовал процессор в форм-факторе MCM, на БМК собственной разработки. Его аналог – флагман Ряда-3, ЕС-1066 был собран всего лишь на К500 – мелкой расыпухе.
Вот что собирались сделать в рамках Ряд-4.
Первым прототипом стала ЕС-1087 – то же самое, что ЕС-1066, но ТЭЗ на К500 заменяется на один БМК на И300б.
По сути, это был черновик серии, как «Эльбрус-1» для «Эльбрус-2».
С 1985 по 1988 год был построен один экспериментальный компьютер. Задержки в производстве были понятны – требовалось перевести в БМК 230 видов ТЭЗ, что вылилось примерно в 50 человеко-лет работы (12 человек х 2 месяца на ТЭЗ в БМК х 4 года).
Проектирование трассировки БМК, как и в Зеленограде, в основном шло руками, верификация была автоматизирована. Кристаллы на И200 для такой работы не подходили – ТЭЗ в 1 000 вентилей не влезал, потому и пришлось самим разрабатывать топологию на И300б.
Всего на этом кристалле физически было изготовлено 3 машины – ЕС-1087, ЕС-1091 (позже переименована в 1181, еще позже – в 1187) и 1195.
ЕС-1181 должна была стать серийным воплощением ЕС-1087, в итоге собрали тоже ровно 1 демонстрационную машину в 1989 году, причем для разработки пришлось привлечь и СКБ Минского завода, который перевел в БМК канальный процессор.
ЕС-1187 должна была стать первой ЕС, целиком переведенной на БМК, процессор на одном ТЭЗ из 4 ИС. В ЕС-1087 же планировали сделать на БМК только процессор, а все остальное взять у ЕС-1066.
В силу того, что машина делалась на два года дольше задуманного, к моменту завершения она оказалась никому не нужна.
По воспоминаниям участников, НИЦЭВТ большую часть усилий вложил в принципиально новые разработки трех машин, а с ЕС-1087 понадеялись, что она сама как-нибудь получится, но, увы, вышло как всегда.
ЕС-1187 в итоге формально доделали в единственном экземпляре, вместе с таким же единственным «суперкомпьютером» (ибо от супер к тому году там осталось одно название) ЕС-1195 – лишь к 1995 году, просто закупив БМК у IBM, благо после 1991 года проблем с этим не было.
Обе машины оказались никому не нужны по понятным причинам.
Планировали и изготовить суперкомпьютер ЕС-1191, но работы по нему были прекращены в 1989 году.
В итоге, несмотря на героические усилия разработчиков микросхем, работу над Рядом-4 в Москве полностью провалили.
В принципе, это не была вина людей из НИЦЭВТ – им банально не хватило времени, навыков и технологий. Лет 20 планомерной работы в сотрудничестве с IBM – и результат бы появился, но такого времени и таких возможностей не было.
Еще две машины Ряда-4 делали вне Москвы.
ЕС-1170 разрабатывалась в Ереване без какого-либо успеха до развала СССР.
ЕС-1130 разрабатывался в Минске при участии специалистов из Москвы и Киева на базе еще одного клона – 4-битного BSP Motorola. У нас он превратился в микропроцессорную секцию К1800. Сама секция была разработана абсолютно независимо от столичных разборок в 1979 году в Вильнюсском КБ и закончена через несколько лет. Интеграция до 1 000 элементов, тактовая частота до 36 МГц. Поскольку разработчики были максимально удалены от Москвы, результат был достигнут, машина пошла в серию, став последней советской серийной ЕС и единственной из Ряда-4, которую реально использовали. Всего сделано 230 компьютеров.
Старый сказочник Бабаян, как всегда, не удержался от невероятных баек:
Мы выиграли соревнование с НИЦЭВТ, который в то время копировал машины IBM, не являвшиеся суперскаляром. Мы сравнивали с двумя машинами ЕС-1060 (старая машина, аналог IBM/3033) и ЕС-1066 (самая новая на тот момент машина НИЦЭВТ, аналог IBM/3081). Мы превзошли первую в 10 раз, а вторую в 2 раза на однопроцессорном «Эльбрус-2», а на двухпроцессорном «Эльбрус-2» – в 5 раз. Это была конкуренция не с НИЦЭВТ, а с IBM, так как они сделали точные (clock precise) копии машин IBM, а технологическая база у нас была одна.
Конструктор же той самой ЕС-1066 (и последующего Ряда-4), а не сказочник, Юрий Сергеевич Ломов возмущенно возражает:
ЕС 1066 обладает многими механизмами суперскалярных компьютеров: конвейер на восемь станций (ступеней), несколько исполнительных блоков параллельного исполнения команд, предсказание ветвлений с одновременной буферизацией трёх потоков команд, технология динамического преобразования адресов, буферы быстрого преобразования адреса, т. е. кэш адресов, оставаясь всё же скалярной.
Архитектура «Эльбрус 2» – суперскаляр. Эта архитектура была известна гораздо раньше, чем был создан «Эльбрус». Она использовалась корпорациями CDC и Burroughs. Также эту архитектуру использовала IBM в модели IBM 360/91 ещё в середине 1960-х годов.
Это вовсе не означает, что все проблемы этой архитектуры были решены.
Применение суперскаляра не только сужает диапазон использования ЭВМ общего назначения, переводя её из зоны универсального класса в специализированный, но и требует значительного дополнительного оборудования, увеличивает стоимость и энергопотребление, поэтому и не использовалась в проекте ЕС ЭВМ.
В 1972 году, промоделировав суперскаляр центрального процессора IBM 360/91, мы уже знали, что механизм, который позволяет переставлять операции, был все-таки очень сложным. При пяти-шести арифметических устройствах он не тормозил, а когда их стало 10–15–20, он уже захлебывался.
Мы знали также, что дело не только в количестве арифметических устройств, а в ограниченности архитектуры SISD. С развитием структуры ЭВМ этой архитектуры становятся определяющими факторы, приводящие к нарушению непрерывности потока команд и данных, в этой связи, в значительной мере возросло влияние таких параметров, как логическая зависимость команд, прерывания, ветвления, конфликтность, взаимное влияние уровней обработки запросов, стратегия распределения исполнительных ресурсов и стратегия управления.
Суперскаляр захлёбывается, когда логическая зависимость команд достигает 5–6. Если в 1960-х годах применение этой архитектуры было оправдано требованиями таких монстров как Лос-Аламос и НАСА, готовых на любые издержки ради решения своих задач, то к 1980-м годам архитектура SISD исчерпала себя, а высокой производительности стали добиваться другими приёмами.
И те заявления, что за рубежом архитектура суперскаляра не применялась потому, что там до неё додумались только в 1995 году, являются, по крайней мере, лукавством.
Действительно, в это время Intel реализовала суперскаляр в микропроцессоре. Тем самым он не изобрёл, а увековечил финишный итог развития архитектуры SISD, одного из величайших достижений человеческой мысли. Сделал его всеобщим достоянием и доступным для дальнейшего широкого и разумного использования.
Производительность IBM 3083 (однопроцессорный вариант) по самым скромным подсчётам в 1,35 раза выше «Эльбруса 2» и в 3 раза выше ЕС 1066.
Проверили на знаменитой задаче из Арзамаса.
Время её решения на ЕС 1066 – 14,5 часов (акт государственных испытаний).
Время её решения на «Эльбрус 2» – 7,25 часа, а IBM 3083 должна решать эту задачу за 3,2 часа, т. е. в 2,24 раза быстрее.
Кроме того, IBM 3083 – одна стойка, ЕС 1066 – 3 стойки, а «Эльбрус 2» – 6 стоек (для всех машин взята центральная часть).
Результат IBM достигнут, прежде всего, за счёт технологий 4-го поколения. Но ещё большую роль сыграло творческое разумное отношение к разработке.
Перед разработчиками стояла дилемма: либо два полных процессора в двух стойках, каждая из которых на треть не заполнена. Это давало бы возможность получить максимально возможную производительность двухпроцессорной модели. Либо заполнить это свободное место.
Но чем?
Они придумали процессор без памяти – присоединённый процессор – и получили в 2-х стойках 4-х (IBM 3084), а в одной стойке 2-х процессорный вариант (IBM 3081), пусть и с несколько пониженной производительностью, по отношению к двухстоечному варианту.
Но разместив в 2-х стойках 4-процессорный вариант, они окупили потери одностоечного варианта.
Под каким микроскопом Бабаян увидел в ЕС 1066 точную копию (clock precise) IBM 3081?
Итог был неутешительным, снова вспоминает Ломов:
Переход на элементную базу четвёртого поколения сопровождался некоторым кризисом, вызванным матричными БИС, единственное, что было в нашем распоряжении.
Матричные БИС плохо ложились на структуры CISC и позволяли проектировать по, так называемой, наобумной логике (когда структура разрезается на матричные заготовки без какого-нибудь научного обоснования).
Зарубежные страны по-разному выходили из этого положения.
В то время, например, появилась архитектура RISC, которая менее критична к применению матричных БИС.
За рубежом уже было разработано несколько машин четвёртого поколения: серии 470 и 580 фирмы Amdahl, ЭВМ M200H фирмы Hitachi и ЭВМ серии 4300 фирмы IBM.
В этих ЭВМ на БИС использовались различные типы конструкций: кассетный (ЭВМ серий 4300 и M200H), плоскостной (ЭВМ серии 470), этажерочный (ЭВМ серии 580).
К тому времени наши технологии позволяли реализовать подобные типы конструкций.
Но мы пошли по пути максимального снижения многочисленных проблем при проектировании на матричных БИС и разработали технологию линии ЕС1087-ЕС1181, моделей четвёртого поколения.
IBM в моделях серии IBM 3080, наоборот, пошла на беспрецедентное усложнение технологии, справедливо считая, что правильный выход из создавшихся проблем только один – создание БИС с осмысленной регулярной логикой, т. е. микропроцессоров.
Сколько лет IBM работала над этой технологией – неизвестно, но если бы мы начали подобную разработку, то точно теперь известно, что закончили бы её тогда, когда она была бы никому не нужна.
И они сделали шаг в этом направлении, разработав сложную промежуточную структуру – керамический модуль TCM100 (Thermal Conduction Module).
Вся технологическая сложность заключалась в специальной керамике с 33 слоями, где размещались 118 голых чипов (flipchips), каждый и из которых содержал 121 контакт.
Модуль соединялся со следующим уровнем конструкции с помощью 1 800 шариковых выводов. Этот уровень имел 36 000 контактов, которые по бонд-технологии (flipchips montage) контактировали с модулями TCM100.
Модули TCM100 охлаждались водой.
Никто в мире не смог повторить эту технологию. С помощью её IBM обошла нас по производительности на столько, что применив самую сложную технологию, на которую были тогда способны, мы всё равно не достигли бы такой производительности.
Далее последовали самые эзотерические варианты БМК, о каждом из которых неизвестно почти ничего.
БМК 1520ХМ5 (серия И-ДН, но это не точно) содержит 8 900 интегральных элементов (транзисторов и резисторов) или 650 эквивалентных вентилей, а также запоминающее устройство с произвольной выборкой (ОЗУ) емкостью 512 бит с перестраиваемой организацией и временем выборки адреса 6 нс. Изготовлена по изопланарной технологии.
Вот, по сути, и все, что мы о ней знаем, и достоверность этих сведений неизвестна.
Ясно лишь, что у ХМ5 сменился в очередной раз прототип – им стал Siemens SH100G Gate Array (судя по всему, европейский клон F100) вместе с чем-то под названием LSI124. Вместе с кристаллом ИТМиВТ получили от Siemens их САПР AULIS для разводки БМК, что позволило поднять эффективность проектирования в несколько раз.
Охлаждение процессора МКП (он же «Эльбрус-3.1» Соколова), фото из Политехнического музея в Москве. На плате микросхемы с кристаллами И300 (фото https://1500py470.livejournal.com)
БМК К1520ХМ6 разрабатывали уже снова в «Дельте» для гипотетической «Электроника ССБИС-2», он должен был содержать 10 000 вентилей.
Кристалл назывался И400 (И400б?).
Сам чип достоверно существует, и коллекционеры его видели, но информации тоже мало:
Как мы увидели на слайдах про СС БИС 2, фигурирует некоторый доселе невиданный БМК И400Б.
К сожалению, он без датировки.
До него мне попадались упоминания только И400.
Когда он объявился, науке точно не известно, но в 1986 году ребята, проходившие практику в НИЦЭВТ, шёпотом рассказывали, про у нас есть такие приборы, но мы вам о них не расскажем, и вдохновенно говорили о романтике работы с баластами И400, на которых олово плавится.
Баласт – это пустой корпус микросхемы в котором находится нагревательный элемент, равный по мощности будущей микросхеме, они нужны для того, чтобы отработать конструкцию плат и корпусов РЭА, блоков питания и систем охлаждения ещё до того, как она будет выпущена производством.
Кроме того, от людей, занимавшихся летом 86-го подсистемой массовой полупроводниковой памяти для уже СС БИС 2, удалось почерпнуть очень любопытное.
Рассмотрены два варианта реализации параллельного алгоритма декодирования (80,64) -кода на матричных БИС И200Б и И400.
Первый вариант устройства декодирования состоит из 32 БИС И200Б двух типов, при этом устройство кодирования реализуется на 8 БИС И200Б.
Второй вариант устройства реализуется на двух БИС И400.
Время декодирования составляет 10 логических уровней в первом варианте и 8 логических уровней во втором варианте.
Время кодирования составляет для первого варианта 6 уровней, для второго 4 уровня.
Устройства кодирования и декодирования составного (80,64) -кода размещаются в УДВП для каждой магистрали доступа ЗУВП.
В монументальном 12-томнике Нефедова можно узнать, что корпус ее уже типичный PGA и формальные параметры, вот фактически и все…
Еще меньше информации про мифический И500 для «Электроника ССБИС3».
Об этой машине известно только содержимое пары слайдов, созданных для доклада комиссии ОИВТА РАН по подготовке предложений в области вычислительной техники 1991 года и впервые обнародованных на конференции в 2018 года.
На слайде фигурируют какие-то очень-очень гипотетические И500 на 30 К вентилей с задержками в 0,15 нс, но все очень сильно сомневаются, что их разработка хотя бы началась.
Единственное известное фото загадочного И400 и сладкие грезы академиков о серии ССБИС, под которую так хорошо получать бесконечное финансирование (фото https://1500py470.livejournal.com)
1991 год вообще был переломным для Академии.
Чудовищное государственное финансирование бесполезных и безумных проектов, на которых академики десятилетиями поднимали деньги, и почести резко оборвались, и они начали отчаянно выкручиваться, рекламируя новой власти не менее безумные проекты всяких «Электроник ССБИС-2» и 3, не сумев завести толком даже первую.
Выделять деньги под слайды с «гениальной» архитектурой, описанной в виде разноцветных коробочек со стрелками «а вот тут мы поставим супер мегаинтеллектуальный процессор», новая власть не спешила, так что запал пропал втуне.
Siemens SH100G Gate Array, с которого делали 1520ХМ5 (кристалл И-ДН), назначение его у нас неизвестно
Не менее сладкие грезы об «Электроника ССБИС-3» на кристалле И500 (фото https://1500py470.livejournal.com)[
Типичное высокотехнологичное производство в СССР, начиная с прихода к власти Брежнева, выглядело примерно так (из воспоминаний с Хабра одного из разработчиков, что провели все 1980-е в космической отрасли):
В ОКБ Факел, где я проектировал плазменно-ионный двигатель, работа была построена через бюрократические ритуалы, а в области технической компетенции – через задницу…
В НИИ Физических Измерений, верхушка – это вздорная кодла, имеющая завязки на теневую экономику. Чтобы себя обезопасить, они блокировали продвижение наверх ярких дееспособных людей.
И к примеру в 80-е годы НИИФИ каждый год бралось за разработку своих КМОП микросхем. И каждый раз это заканчивалось провалом.
Я помню, я тоже дернулся разработать свою микросхему, оформил кучу бюрократических бумаг, в конце концов получил финансирование… как вдруг в эти деньги влезли все и поделили.
Сам проект руководство отдало Михаилу Федоровичу, именно тому кадру, который по КМОПам до сих пор все и проваливал.
А меня к концу этой эпопеи заставили (как рабочую лошадь) писать отчет о положительных достигнутых результатах.
Чуть позже работал я еще в СКБ Турбонагнетателей.
Руководство там можно охарактеризовать просто – воры-маньяки.
А в области технической компетенции был какой-то запредельный трэш, хотя Бауманка (кафедра Э-2, Грехов) и ЦНИДИ (Котеночкин, Дейч) в 60-е годы сделали им их начальные проекты, которые показали себя лучше на тестировании во Франции (начало 70-х), чем продукция АВВ TurboSystems.
С учетом этого, неудивительно и то, что доделать (из всего невообразимого зоопарка проектов советских сверхкомпьютеров 1970–1980 годов) удалось к 1990 только «Эльбрус-2» да «Электроника ССБИС», причем хоть как-то работал по назначению пару лет только «Эльбрус».
Неудивительны и безумные прожектерства АН СССР со 2-й и 3-й версией «Электроники», и их отчаянные вопли о закрытых «перспективнейших» направлениях и загубленных уникальных разработках – еще бы, оторвали от сказочной кормушки, к которой они за сладкие советские годы приросли намертво.
Неудивительны и их же вопли и плачи по уютному СССР потом, когда из теплых распильных НИИ они оказались массово выброшены на честный конкурентный рынок и обнаружили, что на этом рынке никому не нужны.
В итоге единицы реально талантливых, таких как Юрий Панчул или Пентковский, укатили без проблем в MIPS, Intel и так далее, уделом же начальников стало массовое раздербанивание оставшихся от СССР чудовищных фондов.
К середине 1990-х все, что можно было сдать в переплавку, было сдано и потрачено, 16 000 ЕС ЭВМ превратились в 50 тонн 24-каратного золота и сотни тонн серебра, и через южные республики и Прибалтику уплыли в неизвестном направлении на Запад.
Из интересного отметим еще факт, что переход в «Эльбрус-3» к архитектуре VLIW обосновывался не только тем, что в 1985 году в США это стало новым трендом, вместо теговых машин, но и тем, что с чудовищной сложности суперскаляром в «Эльбрус-2» намучались адски (и еле вообще смогли его воплотить в БМК, убив около 5 лет).
Идея же VLIW заключалась в радикальнейшем упрощении архитектуры процессора, поэтому Бабаян думал, что у его группы есть шанс закончить «Эльбрус-3» через несколько лет.
Увы, VLIW-машина все равно оказалась далеко за пределами его компетенции, и до отправки в металлолом в 1993 году она так и не заработала.
На этом мы заканчиваем фундаментальную историю советских ECL-микросхем.
Парадоксально, но, чем мы ближе к 1990-м, тем меньше источников достоверной информации.
О серии XM1-ХМ6 вообще мало что известно и более достойным техноархеологам, чем автор этого труда.
Поэтому вполне возможно, что в статье будут ошибки или неточности, просьба тех, кто владеет более актуальной информацией о данной серии, сильно не пинать автора, но добавить жемчужины своих знаний к вышеизложенному.
Источник: topwar.ru