Сага о русских суперкомпьютерах

Россия — по-прежнему великая компьютерная держава. Просто этого никто не замечает. Если бы вас спросили: “Какова сейчас ситуация в российской компьютерной индустрии?” — что бы вы ответили? В недоумении пожали плечами? Ехидно ухмыльнулись? С грустью промолчали? Или с иронией ответили: “Да какая у нас вообще может быть индустрия?!” Действительно, какая? За долгое десятилетие, пройдя через мясорубку дефолтов, перестроек, разрухи и глобальных перемен, мы привыкли думать, что Россия потеряла былое могущество и никогда уже не станет супердержавой. Да и была ли она таковой вообще? Может, у нас это лишь еще один штамп в мозгу, ввинченный соцпросвещением?" Забываются великие свершения, русский народ теперь может гордиться только тем, что он русский, не находя иных поводов для гордости. Неудивительно, что обыватель сейчас не знает ни одного русского компьютера, кроме печально известных ЕС-ок и “Агатов”, которые второе десятилетие пылятся в школьных кабинетах информатики. Тем более обидно на фоне этого в серьезной компьютерной литературе увидеть заявление вроде: “Пока наши отцы и деды изощрялись на тему “кибернетика — продажная девка империализма”, Запад “усвистел” в теории и практике компьютеров так далеко, что нам его уже никогда не догнать”. Вот, оказывается, как мы себя любим. Немудрено, что в компьютерном деле и они нас ни в грош не ставят, и мы себя. Но почему? Семимильными шагами в светлое будущее Когда мы запускали первый искусственный спутник Земли, не седые профессора с абаком и счетами выясняли и поправляли его траекторию движения. Это делал компьютер. Пусть он был размером в несколько комнат, пусть весил несколько тонн, пусть не дотягивал по своим возможностям до того же “Агата”, но знал свое дело и исправно работал во славу Родины. С

Суперкомпьютер “Мультикон” производительностью 20 миллиардов операций в секунду помещается в обыкновенном корпусе bigtower и потребляет энергии меньше утюга.
начала 60-х годов русская компьютерная техника стремительно развивалась. Про какую индустрию вы говорите? Тогда и слово-то это в другом значении употреблялось. Никто не сверял планы с экономической выгодой. Фундаментальные открытия в области обработки информации делались с учетом их будущего значения для всей отрасли в целом. Если бы компания IBM появилась в то время, ее руководство просто не рискнуло бы вкладывать деньги в столь глобальные исследования. Корпорация начала бы выпускать серийно эти компьютеры весом в несколько тонн в разных модификациях, комплектациях и в упаковке разных цветов. “Вы видите — в нашу замечательную систему мы добавили еще сотню транзисторов, теперь она будет на пять операций в секунду быстрее”. Что такое Pentium 4, как не модификация Pentium 3? Что такое Pentium 3, как не модификация Pentium 2? Кто там сказал, что у него другое ядро? Правильно, в масштабах третьего тысячелетия добавили сотню транзисторов… Ведь коренных изменений не было и нет. В 70-х сотни конструкторских бюро занимались различными проблемами в областях нейронных сетей, искусственного интеллекта, оптимальной обработки информации, новейших технологий. К 80-м годам открылись новые направления исследований на стыке наук — биотика, бионика, наномолекулярная электроника. Русские компьютеры постоянно совершенствовались, видоизменялись. Наши ученые видели прогресс не в постоянном наращении мощностей (по сути, сейчас именно это и происходит), а в поиске наилучших инженерных решений, новых подходов к старым проблемам. Не надо думать, что у нас велись только теоретические исследования, нет — на основе новых открытий строились опытные образцы новых систем. Вы поверите мне, если я скажу, что у нас уже в 80-х годах были прототипы систем виртуальной реальности? И они действительно были. Велись активные исследования в области трехмерной графики, технологий моделирования физических и социальных процессов. Например, в начале 80-х годов в Вычислительном центре АН СССР вновь разыгралось… Синопское сражение! Русские ученые создали подробную математическую и социологическую модели этого сражения и задали ее ЭВМ. Цель эксперимента — оценить возможности ЭВМ в моделировании и прогнозировании сложных процессов. Кроме того, у эксперимента была и прикладная сторона: ученые хотели понять, насколько правильно распорядился адмирал Нахимов своими кораблями. Что могли в этой ситуации сделать турки… Результат оказался весьма интересным. ЭВМ показала, что Нахимов действовал практически оптимально. То есть он настолько верно расставил свои корабли и нацелил первый удар, что единственное спасение турок состояло в отступлении. Понятно, что это была лишь “деловая игра”. Но игра эта была проверкой нового метода математического моделирования. Убедившись в его действенности, специалисты стали использовать его весьма широко, во многих отраслях народного хозяйства. Он был бы социологом, гидрометеорологом… Испробовали они свои силы даже в решении общегосударственных задач. Русские ученые решили придумать собственную планету, населить ее придуманными персонажами, наделить этих персонажей способностью создавать технологии, вести войну и так далее. На планете размещалось три государства — А, В и С. Первое обладало богатыми запасами полезных ископаемых, большим населением, огромной территорией, но низким уровнем развития промышленности. Другая страна обладала, напротив, малой территорией, бедными природными ресурсами, население ее было невелико, зато очень высок уровень промышленного развития. Третья страна занимала промежуточное положение. Потенциальные возможности государств были описаны математически. Были известны и законы, которыми следовало руководствоваться, чтобы “не прогореть”. Кроме того, пришлось создавать глобальный массив людей, причем учитывались и эмоциональные, и физические, и духовные аспекты их существования. После того как основные законы социологии и физики были заложены в ЭВМ, она сама начала выполнять дальнейшее прогнозирование развития всей планеты в целом и каждого человека на этой планете в частности. Такая глобальная модель мира уже позволяла провести серию интересных экспериментов, давших новую и в достаточной степени неожиданную информацию о свойствах биосферы и о современном этапе ее развития. Всю климатическую среду планеты также заложили в память компьютера. И уже первая серия экспериментов показала, что ученые не ошиблись — предложенная модель климата более или менее правильно отражала уже хорошо изученные синоптиками процессы. Например, круговое движение воздушных масс в Атлантике (гипотетическая планета была похожа на Землю), сибирский антициклон и т.д. В дальнейшем эта модель использовалась для долгосрочного предсказания “парникового эффекта”, тенденций развития “озоновых дыр” и других подобных явлений. Nuclear Strike — Detected! Но наиболее впечатляющий результат получился при моделировании некоторых процессов,

Электронная и финансовая модели суперкомпьютера.
непосредственно связанных с деятельностью человека. Предметом исследований была потенциальная опасность ядерного оружия для человечества. Математическим моделям людей “дали” изобрести ядерное оружие и спровоцировали его применение. ЭВМ показала результаты на редкость наглядно. Оказывается, что человечество, имеющее в руках ядерное оружие, может буквально за несколько минут превратить свою цветущую планету в безжизненный ад. До эт ого считалось, что взрыв ядерной бомбы можно в какой-то мере сравнивать с извержением крупного вулкана. Однако математический эксперимент показал, что ядерный взрыв в атомной войне не имеет никаких аналогий с природными явлениями — последствия несопоставимы. Такие данные произвели соответствующее впечатление на политиков всего мира. И стало все это возможным благодаря открытиям русских ученых в области искусственного интеллекта. Еще один пример практического применения компьютерных технологий — говорящий компьютер “Фонемофон”, разработанный сотрудниками Минского научного отдела Московского отделения ЦНИИ связи. Этот компьютер объединял в себе три важных компонента: распознавание голоса, анализ речи и ее синтезирование. Причем синтезирование речи выполнялось на очень высоком уровне — речь была практически неотличима от человеческой (в отличие от “мелкомягкого” Microsoft Agent ). Логический анализ проводился разветвленной нейронной сетью высокого уровня. В итоге компьютер мог вести почти непринужденную беседу на более чем 200 тем. После окончания эксперимента этот компьютер был задействован в системе “Интеллект” Минжилкоммунхоза. Утром с его помощью ЭВМ министерства обзванивала всех руководителей и напоминала им о предстоящих на день делах. Закончив секретарскую работу, компьютер становился экспертом-советчиком: с его помощью можно было получить все последние данные о работе подразделений министерства буквально через несколько секунд после голосового запроса. В свободное от основной работы время компьютер обзванивал жителей города, напоминая о невнесенной вовремя квартплате или неоплаченном междугородном телефонном разговоре. Любой позвонивший по специальному телефону мог получить от этого же компьютера справки по адресам и телефонам, а также о том, в какой аптеке можно приобрести данное лекарство. Воистину компьютер на все руки! Да, были люди в наше время… И таких примеров очень много.

[](javascript:view(296,458,‘/mnt/articles/2/4/e/2/7/b/2443/html/img/4b1d3417ada2d1a6_zoom.jpg’);)
Без этого человека не существовало бы сотовых телефонов, компакт-дисков, оптоволоконных сетей и многого другого.
Компьютеры прочно вошли и в производство. Уже в 70-х компьютерные системы управляли работой целых заводов, подготавливали документацию, контролировали работу сотен станков с ЧПУ и промышленных роботов, помогали инженерам, геологам, сталеварам и другим специалистам. Нет такой области науки и производства, где бы не были задействованы компьютерные системы. Русские ученые внесли громадный вклад в развитие компьютерных технологий во всем мире. Например, без открытий Жореса Алферова вы не покупали бы новые игры на компакт-дисках и не серфили бы по Интернету, не пользовались бы калькуляторами на солнечных батареях и не смотрели бы передачи спутникового телевидения; а бизнесмены не размахивали бы сотовыми телефонами и пейджерами. Но Алферов — вершина айсберга. А у основания — сотни и тысячи русских ученых, обогативших мир новейшими компьютерными технологиями. Потому что сейчас никакая компьютерная компания не вкладывает деньги в фундаментальные исследования. По законам капитализма Алферов должен был бы уже сейчас во много раз переплюнуть по богатству Билла Гейтса, если бы все, кто пользуется его технологиями (кстати, сам Билл Гейтс в их числе), платили бы ему причитающиеся проценты от прибыли. Однако Алферов, как и сотни других ученых, никогда не лицензировал свои изобретения — он сделал их достоянием всего человечества. А сейчас каждый директор даже самой маленькой компании первым делом бежит регистрировать авторские права на каждую новую заклепку старого советского велосипеда… …не то, что нынешнее племя После событий 90-93 годов сотни КБ развалились, сотрудников пораспускали, технологии разворовали. Многие инженеры поехали искать правды и денег на стороне, где их радушно принимали компании типа Microsoft и Intel. Вместе со специалистами уходили и технологии. Неудивительно, что теперь о наших разработках никто ничего не слышит и не знает. Да и самих разработок вроде бы нет. Компьютерная индустрия в России заглохла. И все было бы так плохо, если бы не нашлись люди, еще верящие в славу России, в ее таланты и возможности. Сотрудники некоторых КБ решили продолжить некогда начатое дело. Так как государство выделять деньги на исследования тогда — сразу после кризиса — было не в состоянии, им ничего не оставалось, как организовывать частные фирмы и искать спонсоров. Одной из таких фирм была “РеСКо” , которая занималась созданием вычислительных систем на основе кластерного подхода. Кластерный подход — это когда есть множество самостоятельных процессоров, имеющих в своем окружении все необходимые ресурсы — память, дисковое пространство, — и объединенных единой коммутационной средой. Весь упор делается на коммутационную среду и софт, позволяющий в режиме реального времени автоматически распараллеливать программу на имеющееся множество процессоров. Последней разработкой этой фирмы был компьютер RS40 , созданный по заказу американской компании в 1995 г. Эта система состояла из 8 процессоров TMS40 , объединенных в единый комплекс, работающий под собственной операционной системой. Для этого компьютера было разработано несколько прикладных программ, в частности, 3D-графический САПР и первая объемная стереоигра, которая практически не использовала память, производя все изменения в режиме реального времени. Была также фирма “Мультикон” ; она занималась потоковыми системами. Она разработала компьютер “Мультикон”, который был изготовлен в 1993 г. с использованием главным образом процессоров, сделанных на наших заводах, а именно на “Интеграле” (Минск, Беларусь). Процессоры были выпущены по технологии 2,5 мкм и имели рабочую тактовую частоту в 5 МГц. При таких характеристиках система, собранная из 4600 СБИС , имела производительность в 10 миллиардов операций в секунду , размещалась в обыкновенном корпусе bigtower и потребляла примерно 300 Вт. Стоила эта система приблизительно 50 тыс. долларов. Для примера: в 1998 г. система с производительностью 10 млрд. операций в секунду стоила на Западе около 10 млн. долларов. Это был первый в мире персональный суперкомпьютер. Его можно было поставить под стол, а энергии он потреблял меньше утюга. Когда эта система демонстрировалась на европейских выставках, никто не мог поверить, что при тактовой частоте процессора можно получить производительность системы в 10 миллиардов операций в секунду. И это при том, что такие системы незаменимы при обработке видеосигнала, радиолокационной информации, — в общем, любого потока, которому требуется обработка в режиме реального времени. Пламенный союз И так случилось, что судьба свела эти две фирмы вместе. В результате они слились, и образовалась новая фирма — “Суперкомпьютерные системы”. За о

бъединением фирм последовало и объединение двух супертехнологий. Гибридная система получила название “МиниТера”. Уже сейчас можно надеяться, что интеграция “друг в друга” этих систем может позволить создать миниатюрные сверхбыстродействующие вычислительные машины. Причем свойство масштабируемости, присущее и кластерам, и потоковым системам, никуда не денется и в новой гибридной технологии. В настоящее время система создается в рамках российско-белорусского проекта " СКИФ ", который финансирует Союзное государство. Фирмой “Суперкомпьютерные системы” уже сейчас разработаны новые процессоры, имеющие 49 операций и позволяющие создавать не только однородные вычислительные системы (ОВС), но и реконфигурируемые, которые могут перестраивать свою архитектуру в процессе вычислений. Проще говоря, обычные процессоры состоят из конечного числа элементов, и эти элементы соединены между собой раз и навсегда. А новейшие русские процессоры смогут сами изменять связи между собой (!), подстраиваясь под конкретные задачи. То есть, просто изменив программу, можно будет изменить сами процессоры без их физической замены! Эти процессоры, как и предыдущие, можно выпускать на отечественных заводах, что и должно быть сделано в рамках проекта “СКИФ”. Если в 2000 г. был создан экспериментальный образец кластерного уровня, то в этом “Суперкомпьютерные системы” должны проработать все компоненты потокового и гибридного уровней. Должен быть создан прототип. Что касается кластерного — то его серийный выпуск предполагается со следующего года. И здесь необходима поддержка всех тех, кто заинтересован в технологическом обновлении России. Я думаю, что в первую очередь их нужно поставлять в ВУЗы. Первые такие системы уже нашли свое место на факультетах МФТИ, МГТУ им. Баумана, МГУ. Представьте, как это поднимет их престиж! Ведь не всякий европейский университет может позволить себе иметь суперкомпьютер такого уровня. Но нужна целая система взаимосвязанных суперкомпьютеров. В будущем можно надеяться на создание целой сети таких машин. Вспомните, например, ARPANet. Мегакомпьютер будущего В 2001 г. уже созданы два опытных образца суперкомпьютеров производительностью 20 миллиардов операций в секунду. С 2002 года в рамках программы “СКИФ НИИЭВМ” (г. Минск, Беларусь) планируется начать серийное производство суперкомпьютеров производительностью от 10 до 20 миллиардов операций в секунду. Отличительной особенностью этих компьютеров будет их низкая стоимость по сравнению с западными аналогами (в 10 и более раз меньше!) при таких же или лучших характеристиках. В перспективе руководители проекта “СКИФ” надеются на возможность привлечения инвестиций для выпуска наших процессоров за рубежом, что позволит в сотни раз поднять производительность системы с уменьшением ее габаритов в десятки раз. При этом стоимость компьютера, собранного на наших процессорах с производительностью 10-20 миллиардов операций в секунду, будет $ 2-3 тыс., то есть примерно в пять тысяч раз меньше, чем у зарубежных аналогов! В первую очередь такие суперкомпьютеры будут использоваться в корпоративных целях — на управлении производством, для сложной потоковой обработки информации, в вычислительных центрах. А как же мы — простые пользователи ПК? Неужели мы будем обделены такими грандиозными возможностями? Отнюдь. При переходе на более совершенный процесс сборки стоимость таких суперкомпьютеров может упасть до вполне доступных обычным людям пределов. А значит, новые машины действительно претендуют на звание первых в мире персональных суперкомпьютеров. Но сможем ли мы на них работать и играть? Не будет ли процесс создания софта под эти компьютеры слишком трудоемким? Программирование под Т-систему (операционка новых компов) действительно довольно сложно, но специалисты постоянно работают над этим. Однако в пользу Т-системы говорит уже то, что язык программирования новых суперкомпьютеров — немного измененный старый добрый Си. А операционная система — Linux! То есть сразу после своего появления суперкомпьютер по удобству работы будет доступен сотням тысяч людей, ведь “Линукс” по популярности стоит сразу после Windows. Перспектив — громадье Итак, перед нами довольно радужные перспективы.

Проекту “СКИФ” уже мало что сможет помешать выйти в люди. В скором времени будет организована дистанционная система обучения работы на суперкомпьютерах. Уже сейчас в фирме “Суперкомпьютерные системы” проходят обучение студенты 4-5 курсов, пишут курсовые, дипломные работы и даже планируют защищать диссертации по Т-системе. Обучаясь, они одновременно выполняют работы по проекту “СКИФ” и зарабатывают деньги. Но руководители “СКИФа” не зацикливаются на сегодняшних успехах — они смотрят в будущее. А в будущем успех компьютерной индустрии России могут обеспечить нанотехнологии. Как это ни странно, но они были сохранены в России, и даже существует продукция, выпускаемая с их помощью. Вышедшие словно из голливудской фантастики, они активно исследовались у нас еще лет двадцать назад. В России сохранилось много технологий, которые будут востребованы в ближайшие годы. Если уже сейчас вкладывать деньги в развитие нанотехнологий, то максимальная отдача будет только через 5-7 лет. Ведь с ее помощью можно улучшить характеристики компьютеров не в десятки, а в тысячи раз, еще больше снизив цену. Эти технологии можно применять и для выпуска наших процессоров “МиниТера”, тогда они станут в тысячи раз мощнее и дешевле. Суть нанотехнологии состоит в сборке процессора на уровне молекул и даже атомов. Тогда размеры процессора будут сопоставимы с размерами молекул, а скорость окажется колоссальной благодаря уменьшению расстояния между деталями. Да и самих деталей как таковых может и не быть. Ученые планируют использовать в нанокомпьютерах даже такие вещи и явления, которых вроде бы и не существует. К ним можно отнести туннельный эффект Баркера. Ученые до сих пор не могут понять, как электроны появляются там, где их быть не должно. Но закономерности явления уже хорошо изучены, так почему бы его не использовать?! Другая сторона нанотехнологии — биотика. Ведь вместо того, чтобы самим собирать по атомам компьютер, можно поручить его сборку органическим соединениям и веществам. Компьютеры можно будет даже просто выращивать! Уже недалек тот день, когда сборку нанокомпьютеров поручат нанороботам — органические молекулы по заданной программе будут генерировать требуемые “детали” и соединять их в белковые цепи. Такие компьютеры можно даже вживлять под кожу и соединять с нервной системой человека — ведь они будут сделаны из тех же веществ! *** Возможно, в скором времени предсказания писателей-фантастов сбудутся. И еще более возможно, что сделают мечты реальностью именно наши ученые. А до этого мы будем довольствоваться персональными суперкомпьютерами “МиниТера”. Ведь надо же наконец привыкать гордиться нашими учеными и нашими технологиями. Теперь с чистой совестью можно сказать — светлое компьютерное будущее России не за горами…