Квантовая симуляция будущего. Глава 5

5. Чей компьютер всех быстрее, всех компактней и мощнее?

Солнечный луч, пробившийся сквозь неплотно задвинутые шторы кабинета информатики, высветил танцующие в воздухе пылинки. В классе стояла та особенная, звенящая тишина, которая бывает только тогда, когда учителю удаётся по-настоящему зацепить аудиторию. Олег Геннадьевич, прислонившись к краю своего стола, обвёл учеников внимательным взглядом.

— Сегодня мы поговорим о компьютерной эволюции, — начал он, и его голос в тишине прозвучал неожиданно весомо. — Но чтобы не запутаться в датах, запомните: это всегда танец трёх факторов: задачи, требующие нечеловеческих вычислений; доступная технология; и новые физические принципы, которые мы приручаем.

Учитель выдержал паузу, убедившись, что даже вечно скучающая Надя Смирнова отложила зеркальце и внимательно слушала.

— Опустим примитивные деревянные и механические устройства. Начнём с 1941 года. IBM тогда явила миру «Марк I» — электромеханический монстр, который читал инструкции с перфорированной бумажной ленты, словно механическое пианино какую-нибудь симфонию Баха. В конце войны ВМФ США заставлял его считать траектории баллистических ракет. Но, ребята, представьте: три с половиной тысячи реле! Они щелкали, как миллион кузнечиков, но их выносливости хватало всего на пятьдесят тысяч переключений, а потом — замена. Скорость? Всего три операции в секунду.

— Три операции? — Катя Соколова с первой парты недоверчиво хмыкнула. — Мой калькулятор в миллиарды раз быстрее!

— Именно, Катя. А ещё в те времена настоящим кошмаром программистов были насекомые. Обычный мотылёк, залетевший внутрь «Марка», мог остановить расчёты. Так и появилось слово «баг» — жук.

Класс дружно рассмеялся, а Олег Геннадьевич, воодушевлённый реакцией, продолжил рассказ о переходе к электронным лампам. К 1945 году, когда США начали работу над термоядерным оружием, старые реле уже не справлялись. Понадобились диоды, которые работали в тысячи раз быстрее.

— В сорок шестом году миру представили ENIAC — «Электронный числовой интегратор и вычислитель». Это была легенда: двадцать семь тонн веса, сто шестьдесят семь квадратных метров площади — как большая квартира! — и семнадцать с половиной тысяч раскалённых ламп.

— Ого! — подал голос Дима Петров с задней парты. — А они не боялись, что он расплавится?

— Боялись, Дима. Система пожирала 160 киловатт энергии, а в машинном зале стояла пятидесятиградусная жара — программисты буквально плавились вместе с машиной. Но оно того стоило: пять тысяч сложений в секунду! Хотя ENIAC всё ещё считал в десятичной системе, а не в привычной нам двоичной. Бедным учёным пришлось адаптировать этого гиганта под всё: от прогнозов погоды до проектирования аэродинамических труб. Но раз в день он всё равно «умирал» — одна из восемнадцати тысяч ламп стабильно перегорала. Её необходимо было заменять, на что требовалось время.

Программировали в машинных кодах — это было как разговаривать с Богом на языке цифр. Позже появились ассемблеры, где цифры заменили на буквы — мнемокоды, стало чуть легче.

Учитель взял тряпку и одним махом стёр старую схему, чтобы нарисовать новую — более изящную.

— Спасение пришло со вторым поколением. Транзисторы! Маленькие, холодные, надёжные. В 1959 году IBM выпустила модель 7090. Пятьдесят тысяч транзисторов вместо ламп. Эти машины уже не просто считали бомбы — они вели людей к звёздам: проекты «Меркурий» и «Близнецы» не состоялись бы без них. Скорость возросла до 229 тысяч операций в секунду, что сделало ЭВМ бесценным инструментом для учёных и инженеров. И именно тогда появился FORTRAN — первый язык высокого уровня, понятный человеку почти так же, как английский.

— А потом наступило время интегральных схем, — Олег Геннадьевич заговорил быстрее, его глаза азартно блеснули. — Космическая гонка требовала миниатюрности. В третьем поколении ЭВМ стали надёжнее, быстрее и, что важно, дешевле. Плотность упаковки схем позволила сигналам распространяться почти мгновенно. Габариты и энергопотребление упали на порядки. Королевой того времени стала IBM System/360, запущенная в 1964 году. Это была уже целая семья машин с единой системой команд, где производительность варьировалась от тысяч до миллионов операций в секунду.
 
— Компактность, надёжность, быстродействие — миллионы операций, — учитель чеканил слова. — К семьдесят пятому году началась эпоха суперЭВМ и больших интегральных схем — БИС. Появились такие хищники, как ILLIAC-4, CRAY и CYBER.

В этот момент Илья Богданов, который всё это время напряжённо о чём-то думал, резко поднял руку.

— Что ты хотел спросить, Илья? — обратился к нему преподаватель.

— Олег Геннадьевич! — в его голосе звучала обида за державу. —  Вы уже пол-урока рассказываете про американцев. А мы? В СССР что, в это время только на счётах костяшками щёлкали? Неужели мы всегда были в хвосте, просто копируя их идеи? Как-то обидно получается: космос наш, атом наш, а компьютеры — только их?

В классе воцарилась тишина. Катя Соколова перестала крутить локон и выжидающе посмотрела на учителя. Дима Петров, который до этого что-то увлечённо чертил в тетради, тоже поднял голову. Вопрос Богданова попал в самую точку — это был тот самый «слон в комнате», которого все замечали, но не решались обсудить.

Учитель улыбнулся — он ждал этого вопроса.

— Хороший вопрос, Илья. Своевременный. На самом деле, история отечественного компьютеростроения — это триллер с элементами триумфа и драмы. Садись, сейчас я попробую восстановить справедливость.

Олег Геннадьевич подошёл к доске и размашисто написал: «1948. С.А. Лебедев».

— Пока в США вовсю гремел ENIAC, в полуразрушенном после войны Киеве, в здании старого монастыря в Феофании, группа людей творила чудо. Сергей Алексеевич Лебедев начал работу над МЭСМ — Малой электронной счётной машиной. Ребята, вдумайтесь в цифры: всего двенадцать учёных и пятнадцать техников! У них не было бюджетов IBM и поддержки Пентагона. Они собирали машину практически «на коленке» в условиях дефицита всего на свете. И в 1950 году она заработала.

— И что, она была лучше американских? — с сомнением спросил Дима Петров.

— Она была другой, Дима. И в чём-то гораздо совершеннее. На тот момент в Европе существовала только одна подобная машина — британская EDSAC. Но наш МЭСМ обошёл её по многим параметрам. Знаете, почему? Лебедев одним из первых применил принцип параллельной обработки. Пока американцы только подходили к этому, наши машины уже умели обрабатывать команды и данные одновременно. Это было архитектурное озарение, опередившее время.

Олег Геннадьевич начал рисовать на доске блоки, соединённые стрелками, объясняя принцип параллелизма. Его движения стали резкими, энергичными.

— К 1952 году Лебедев создаёт БЭСМ-1 — Большую электронную счётную машину. Десять тысяч операций в секунду! На тот момент — самая быстрая машина в Европе. А в Москве в это же время Юрий Базилевский строит «Стрелу». Именно на этих «Стрелах» рассчитывали траектории первых спутников и проектировали первый в мире реактивный пассажирский лайнер Ту-104. А за ними последовали «Уралы», которые стали рабочими лошадками нашего космоса. Все расчёты для Байконура велись на них.

Работы по созданию вычислительных машин в СССР и США шли практически параллельно вплоть до конца 60-х. Советские компьютеры не уступали американским, а в фундаментальных разработках зачастую опережали их.

Первой полноценной машиной второго поколения стала БЭСМ-6. Эта ЭВМ обладала рекордным для того времени быстродействием — около миллиона операций в секунду. Многие принципы её архитектуры и структурной организации стали настоящей революцией в вычислительной технике того периода и, по сути, были уже шагом в третье поколение ЭВМ.

БЭСМ-6 оказалась настолько удачной, что серийно выпускалась в течение 20 лет и эффективно работала в различных государственных структурах и институтах.

Созданный в Швейцарии Международный центр ядерных исследований пользовался для расчётов машинами БЭСМ. Во время советско-американского космического полёта «Союз-Аполлон» советская сторона, пользующаяся БЭСМ-6, получала обработанные результаты телеметрической информации за минуту — на полчаса раньше, чем американская сторона.

— Подождите, — Катя Соколова подняла руку, — если всё было так круто, почему тогда про это никто не знает? Почему в учебниках только про Стива Джобса?

— Потому что наше «круто» часто носило погоны, Катя, — вздохнул учитель, подходя к окну. — Секретность.

Он помолчал и продолжил:

— Но послушайте вот это. 1961 год. Американцы гордятся своими достижениями, но именно в этом году в СССР произошло событие, которое заставило их разведку работать в три смены. Наша противоракетная система, работавшая на базе ЭВМ М-40, впервые в истории человечества сбила реальную летящую ракету! Чтобы вы понимали масштаб: это как попасть пулей в пулю в полной темноте. Американцы смогли повторить такой успех только через двадцать три года.

Богданов победно хмыкнул и посмотрел на Антона, мол, «знай наших».

— Но и это не всё, — продолжал Олег Геннадьевич, его голос стал почти таинственным. — Сейчас все говорят про интернет и беспроводные сети. Считается, что первая компьютерная сеть появилась в США в 1965 году. Но Всеволод Бурцев, ученик Лебедева, ещё в 1958 году объединил советские ЭВМ в сеть на расстоянии двухсот километров. И это была беспроводная радиорелейная связь. Мы строили распределённые системы вычислений, когда на Западе об этом только писали в фантастических романах.

— А как же персональные компьютеры? — не унимался Дима Петров. — Ведь Apple и IBM PC сделали компьютер доступным каждому. У нас же были только огромные шкафы в НИИ?

— О, это моя любимая часть, — Олег Геннадьевич потёр ладони. — Был такой академик Виктор Глушков. Под его руководством в Киеве создали серию машин «МИР» — Машина для Инженерных Расчётов. Это, по сути, были первые в мире персональные компьютеры для инженеров. У них был дисплей, световое перо для рисования графиков прямо на экране и даже свой язык программирования, близкий к человеческому. 1967 год, выставка в Лондоне. Американская корпорация IBM покупает «МИР-1». Знаете, зачем?

— Чтобы разобрать и украсть секреты? — предположил Антон.

— Почти. Чтобы доказать в суде своим конкурентам, что принцип микропрограммирования, который те пытались запатентовать как новинку, уже давно реализован русскими в серийной машине. IBM признала наш приоритет, чтобы не платить патентные отчисления своим же американским фирмам. Наш «МИР» спас бюджет IBM!

Класс взорвался смехом. Напряжение сменилось гордостью. Учитель подождал, пока шум утихнет, и перешёл к самой мощной части рассказа — суперкомпьютерам.

— А потом появились «Эльбрусы». Легендарные системы Всеволода Бурцева. В 1979 году «Эльбрус-1» выдавал 15 миллионов операций в секунду. «Эльбрус-2» — уже 125 миллионов. На них держалась вся наша противоракетная оборона и космические войска. А вершиной стал «Эльбрус-3-1» — 500 миллионов операций в секунду! Он был вдвое быстрее самого мощного американского суперкомпьютера того времени — Cray Y-MP.

Олег Геннадьевич сделал паузу, глядя на притихших учеников.

— Ребята, это не просто цифры. Это доказательство того, что мы были в авангарде. Кейт Дифендорф, один из ведущих экспертов компании Intel, позже прямо сказал: «Компания Intel переняла огромный опыт и технологии, разработанные в Советском Союзе». Принципы SMP и архитектура EPIC у нас уже выпускались «в железе», пока в США они только витали в умах учёных.

Богданов медленно кивнул, его скепсис окончательно испарился.

— Значит, мы не отставали... — тихо произнёс он. — Мы вели за собой.

— Именно, Илья. До определённого момента мы шли впереди или на равных. Так что же произошло после 1970 года, в результате чего наше компьютеростроение вошло в глубокое пике?

Раздался звонок. Дети разочарованно застонали.

— Не расстраивайтесь, — успокоил их Олег Геннадьевич, — я расскажу об этом на следующем уроке.