Акушский Израиль Яковлевич
Николай Петрович Брусенцов
Михаил Александрович Карцев
Опережая время
Иллюстрации

Михаил Александрович Карцев -
разработчик суперкомпьютеров для наблюдения за космосом

Михаил Александрович Карцев принадлежит к той категории ученых, официальное и полное признание огромных заслуг которых приходит, по тем или иным причинам, после смерти, притом далеко не сразу. Академическая элита не удостоила его академических званий. Лишь десять лет спустя после его ухода из жизни, основанный им Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов НИИВК (Москва) получил имя своего создателя.

Компьютерная наука и техника были его призванием. Они приносили ему и счастье творчества, и огорчения. Им он посвящал все свое время - на работе, дома, на отдыхе.

Михаил Александрович Карцев родился в Киеве 10 мая 1923 года в семье учителей. Отец умер в том же году. Михаил вместе с матерью жил в Одессе, в Харькове, а с 1934 по 1941 год - в Киеве, где в 1941 году окончил среднюю школу. Летом 1941 года его направили на оборонительные работы в Донбасс, а в сентябре призвали в армию, где он служил до февраля 1947 года. В годы Великой Отечественной войны танкист Карцев воевал в составе Юго-Западного, Южного, Северо-Кавказского и 2-го Украинского фронтов. Принимал участие в освобождении Румынии, Венгрии, Чехословакии, Австрии. За мужество, проявленное в боях, его, двадцатилетнего старшину, наградили медалью "За отвагу", орденом Красной Звезды, медалями "За взятие Будапешта" и "За победу над Германией".

После демобилизации М.А.Карцев поступил учиться в Московский энергетический институт (МЭИ) на радиотехнический факультет. На третьем году обучения экстерном сдал экзамены за следующий год и в 1950 году, будучи студентом 5-го курса, поступил на работу в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР (по совместительству), где принял участие в разработке одной из первых в Советском Союзе вычислительных машин - М-1. В 1952 году его направили в Энергетический институт АН СССР, где он был зачислен уже на постоянную работу в лабораторию электросистем в качестве младшего научного сотрудника. Работая над созданием ЭВМ М-2, он проявил незаурядные способности. Машина была создана небольшим коллективом всего за полтора года! (БЭСМ разрабатывалась вдвое дольше и куда более крупным коллективом!). Конечно, ЭВМ М-2 уступала БЭСМ по характеристикам, но, как выразился сам Карцев, "это была машина солидная".

В 1957 году началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин - для обработки данных в радиолокационных станциях (РЛС). М.А.Карцев вспоминал: "В ноябре 1962 года вышло постановление о запуске М-4 в серийное производство. Но мы-то прекрасно понимали, что машина для серийного производства не годится. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Она трудно настраивалась, ее было бы трудно повторить в производстве и, кроме того, за период с 1957 по 1962 год полупроводниковая техника сделала такой скачок, что мы могли бы сделать машину, которая была бы на порядок лучше, чем М-4 и на порядок мощнее, чем вычислительные машины, которые выпускались к тому времени в Советском Союзе. Всю зиму 1962-1963 года шли жаркие споры. Руководство института (мы тогда были в Институте электронных управляющих машин) категорически возражало против разработки новой машины, утверждая, что в такие короткие сроки мы этого сделать ни за что не успеем, что это авантюра, что этого не будет никогда.

Конец этим спорам положило решение военно-промышленной комиссии Президиума Совета Министров СССР, изданное в марте 1963 года. В октябре 1964 года, меньше чем через два года после выхода постановления правительства, первые два образца машины ушли в места эксплуатации, а в декабре 1964 года ушло еще пять машин. Эти машины выпускались в течение более чем 15 лет и сейчас еще верно несут свою службу..." (Из доклада, посвященного 15-летию НИИВК.)

М.А.Карцеву была присуждена Государственная премия СССР (1967 г.).

Опережая время

Казалось, можно было успокоиться, отдохнуть от напряженнейшего труда или, во всяком случае, сделать передышку. Этого не получилось и, наверное, просто не могло получиться. Еще в 1966 году Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса, построенного из вычислительных машин, специально разработанных для совместной работы в таком комплексе. Проведенные исследования показали, что производительность комплекса может достигнуть миллиарда операций в секунду. На то время ни одна из машин в мире не имела такой производительности! Это воодушевляло Карцева, увлекало коллектив разработчиков. Уже в 1967 году был разработан эскизный проект комплекса (ВК М-9). При защите в министерстве он получил положительную оценку.

К сожалению, вычислительный комплекс М-9 промышленного освоения не получил, но его разработка и успешная эксплуатация макета явились наглядным свидетельством огромного творческого потенциала коллектива, возглавляемого М.А.Карцевым. 1967 год стал знаменательным для разработчиков ВК М-9: был организован Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов НИИВК. Отдел Карцева стал его костяком, а самого Карцева назначили директором. Это было официальным признанием научной школы Карцева.

В 1969 году вышло постановление правительства о создании электронной вычислительной машины М-10, в основу которой была положена векторная числовая машина из ВК М-9.

По словам д.т.н. Л.В.Иванова, "этому предшествовало авторитетное совещание, на котором рассматривалась перспективность двух начатых разработок: "Эльбрус" (академик С.А.Лебедев) и М-10 (М.А.Карцев). Лебедев решительно высказался против многопроцессорности в "Эльбрусе" и отстаивал однопроцессорный вариант максимального быстродействия. Академик Глушков поддержал оба направления. Оба направления и были одобрены" (см. журнал "Вопросы радиоэлектроники", вып. 2 за 1993 г.). В этом же году началась разработка конструкторской документации и последовательная передача ее на завод-изготовитель. С 1970 года на заводе была начата подготовка производства и изготовление экспериментального образца. К середине 1970 года заводу-изготовителю была передана вся конструкторская документация, а через год, в августе 1971 года, завод поставил под настройку экспериментальный образец машины М-10. Одновременно шла корректировка конструкторской документации и изготовление устройств промышленных образцов машины. Этот год был очень тяжелым для М.А.Карцева. Напряженная работа сказалась на здоровье: обширный инфаркт на несколько месяцев уложил его в постель. К счастью, все обошлось благополучно.

К июню 1973 года все устройства первого образца были изготовлены, прошли проверку на соответствие техническим условиям и поставлены для комплексной отладки машины в целом. В сентябре того же года первый промышленный образец М-10 успешно выдержал комплексную проверку по техническим условиям и передан в опытную эксплуатацию и для отладки математического обеспечения.

В декабре 1973 года были завершены испытания и второго промышленного образца. Практически с этого момента началось серийное изготовление машин М-10. Производство продолжалось свыше 15 лет. Было изготовлено несколько десятков комплектов, большинство из которых до настоящего времени находится в эксплуатации. На базе машин М-10 был построен ряд мощных вычислительных комплексов. В 1976 году, работая в одном из таких вычислительных комплексов, машина М-10 вместе с математическим обеспечением успешно выдержала государственные испытания.

Создание ЭВМ М-10 было отмечено присуждением в 1977 году Государственной премии СССР группе специалистов НИИВК, завода-изготовителя и монтажной организации. Главный конструктор ЭВМ М-10 М.А.Карцев был награжден орденом Ленина. Орденами и медалями СССР были награждены 118 сотрудников НИИВК и многие работники завода-изготовителя.

Чтобы была понятна важность создания ЭВМ М-10, следует сказать хотя бы несколько слов о ее основном назначении. Оно долго держалось в секрете, потому что машина разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством. Информация об этом впервые появилась на страницах газеты "Правда" от 1 апреля 1990 г. (статья А.Горохова "Стояние при Пестрялове"). Задача системы - обеспечить военно-политическое руководство страны достоверной информацией о возможной угрозе ракетного нападения и обстановке в космосе, т.е. она имеет чисто оборонительный характер. Сейчас на околоземных орбитах находится около 17 тысяч объектов различного происхождения, включая действующие и отслужившие свой срок спутники, куски ракетоносителей и пр. Первый эшелон СПРН - космический: по факелам запускаемых ракет спутники засекают их старт. Костяк системы - ее второй, наземный эшелон, включающий мощные радиолокационные станции, расположенные по окраинам страны (до развала СССР их было девять - под Ригой, Мурманском, Печерой, Иркутском, Балхашом, Мингечауром, Севастополем, Мукачевым), а также сеть вычислительных комплексов на базе ЭВМ М-10.

Даже обычная подготовка войск в наше время связана с пусками ракет разного класса. А если ядерные ракеты попадут в руки политических авантюристов, амбициозных "вождей", способных на так называемые "несанкционированные" пуски? Требуется быстрая и точная оценка подобной деятельности, иначе последствия могут быть убийственными для всей планеты. Не случайно, говорится в газетной заметке, вызрела парадоксальная, на первый взгляд, мысль о координации работы систем предупреждения и контроля космического пространства в планетарном масштабе.

Следует подчеркнуть исключительно высокие требования к вычислительной технике, используемой в таких системах: на подсчет траектории запущенной ракеты отводятся немногие секунды, а объем данных, поступающих в ЭВМ от радиолокационных станций, огромен.

К началу 1980 годов ЭВМ М-10 обладала наивысшими производительностью (по некоторым оценкам - 20-30 млн. операций в сек.), емкостью внутренней памяти и пропускной способностью мультиплексного канала, достигнутыми в СССР. Впервые в мире в ней был реализован ряд новых прогрессивных решений, в том числе: предусмотрена возможность синхронного комплексирования до семи ЭВМ при прямом (минуя мультиплексный канал) обмене информацией между программами отдельных машин и динамическом разделении оборудования; реализована автоматическая перестройка поля процессоров; в состав ЭВМ введен второй уровень внутренней памяти емкостью более 4 млн.байт с произвольным доступом; обеспечен внешний обмен с обоими уровнями внутренней памяти.

В 1978 году М.А.Карцев предложил приступить к работам по созданию новой многопроцессорной векторной вычислительной машины, используя опыт, полученный при разработке, изготовлении и эксплуатации машин М-10 и М-10М, а также новейшие достижения в технологии и в электронной технике. Решено было присвоить этой машине условное обозначение М-13.

В 1979 году коллектив начал разработку конструкторской документации. Были определены и заводы-изготовители, на которых предполагалось вести производство машины М-13. В течение 1980-1981 годов конструкторская документация комплектно по устройствам была передана на эти заводы.

М-13 стала машиной четвертого поколения. В качестве элементной базы в ней были использованы большие интегральные схемы. В архитектуре этой многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной в первую очередь для обработки в реальном масштабе времени больших потоков информации, предусмотрены четыре основных части: центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки операционной системы, абонентское сопряжение, специализированная процессорная часть.

Машина М-13 имела модульное построение и допускала переменную комплектацию, способную оптимально обеспечить пользователю необходимые технические характеристики. Так, центральная процессорная часть имела три конфигурации и могла иметь производительность в зависимости от исполнения 12*106, 24*106 и 48*106 операций в секунду. При этом также соответственно изменялся и объем внутренней памяти, пропускная способность центрального коммутатора и пропускная способность мультиплексного канала. Так, объем внутренней памяти мог составлять 8,5, 17,0 или 34,0 Мбайт, пропускная способность центрального коммутатора - 800, 1600 или 3200 Мбайт/сек., пропускная способность мультиплексного канала - 40, 70 или 100 Мбайт/сек. Эквивалентное быстродействие специализированной процессорной части машины М-13 в максимальной комплектации при решении указанных выше задач может достигать 2,4*109 операций в секунду.

В продолжение всей своей деятельности М.А.Карцев проявлял высокую творческую активность. Его монографии по основам теории арифметических устройств и основам проектирования структуры ЭВМ стали настольными книгами для разработчиков вычислительной техники. Менее известны созданные под руководством Карцева ЭВМ, имевшие специальное назначение и находившиеся на вооружении Советской Армии. ЭВМ М-4М (шифр 5Э71, 5Э72, 5Э73) на порядок превосходили современные им М-220, БЭСМ-4 и др. Они несли дежурство на ответственных объектах с 1967 г. до 1981 г., выпускались серийно; наработка на отказ или сбой составляла в них 700-1000 часов.

ЭВМ М-10 (шифр 5Э66) значительно превосходила современные ей отечественные ЭВМ (БЭСМ-6, ЕС-1060).

Из ЭВМ 5Э71-5Э73 и 5Э66 был создан и находился в постоянной круглосуточной эксплуатации крупнейший в стране многомашинный комплекс, в котором по единому алгоритму работали семьдесят шесть ЭВМ, соединенных каналами передачи данных длиной в десятки тысяч километров.

Разработки М.А.Карцева были основаны на новых технических решениях, опережавших свое время: страничная организация памяти, сочетание операций с плавающей и фиксированной запятой в М-2 (1952-1956 гг.), микроэлементная структура команд ("модальности операций") в машине М-4 (1957-1959 гг.), магистральная ("конвейерная") структура в М-4М (1962-1964 гг.), программно-перестраиваемая линейка синхронных процессоров, векторная структура, быстродействующая оперативная память 2-го уровня в М-10.

В многопроцессорной системе 4-го поколения М-13 впервые реализована аппаратура пооперационных циклов (обеспечивающая независимость программы от числа процессоров в системе), аппаратура сегментно-страничной организации памяти (перекрывающая возможности файловой системы), программно-управляемый периферийный процессор для операций типа преобразования Фурье, Уолша, Адамара, Френеля, вычисления корреляционных функций, пространственной фильтрации и т.п. Среднее быстродействие центральной части - до 50 млн. операций в секунду (или до 200 млн. коротких операций в секунду), внутренняя память - до 34 Мбайт, скорость внешнего обмена - до 100 Мбайт в секунду, эквивалентное быстродействие периферийного процессора на своем классе задач - до 2 миллиардов операций в секунду.

М.А.Карцев - автор фундаментальных теоретических работ по вычислительной технике (5 монографий, 55 статей и отчетов, 16 изобретений). Книги "Арифметические устройства электронных цифровых машин" (русское издание - 1958 г., позднее переиздавалась за рубежом), "Арифметика цифровых машин" (1969 г.) заложили основы теории арифметических устройств; их выводы вошли в учебники. В последних монографиях "Архитектура цифровых вычислительных машин" и "Вычислительные системы и синхронная арифметика" (1978 г.) практически впервые сделана попытка поставить на научную основу проектирование общей структуры ЭВМ и аппаратуры для выполнения параллельных вычислений.

Трудовые достижения М.А.Карцева отмечены орденом Ленина (1978 г.), орденом Трудового Красного Знамени (1971 г.), орденом "Знак почета" (1966 г.) и медалью "За доблестный труд". В 1967 году ему была присуждена Государственная премия СССР.

23 апреля 1983 года Михаила Алексадровича Карцева не стало...

М.А.Карцев был и останется крупнейшей фигурой в мировой компьютерной науке и технике. Его имя золотыми буквами вписано в историю ее становления и развития.

В сборнике "Вопросы радиоэлектроники" (серия ЭВТ, вып.2 за 1993 г.), посвященном 70-летию со дня рождения М.А.Карцева, д.т.н. Л.В.Иванов справедливо написал: "...Он относится к той немногочисленной категории людей, которые составляют цвет нации, без которых нация не может существовать".

В 1993 г. Научно-исследовательскому институту вычислительных комплексов присвоено имя его основателя.


Первенец компьютеростроения - НПО "Электронмаш"