Михайло Олександрович Карцев -
розроблювач суперкомп'ютерів для спостереження за космосом

Михайло Олександрович Карцев належить до тієї категорії вчених, офіційне визнання величезних заслуг яких приходить, з тих або інших причин, після смерті і, притому, з часом. Академічна еліта не удостоїла його академічних звань. Лише через десять років після його смерті заснованому ним Науково-дослідному інституту обчислювальних комплексів НДІОК (м.Москва) було присвоєно ім'я свого творця.

Комп'ютерна наука і техніка були його покликанням. Вони приносили йому і щастя творчості, і прикрощі. Їм він присвячував весь свій час - на роботі, вдома, на відпочинку.

Михайло Олександрович Карцев народився в Києві 10 травня 1923 року в сім'ї вчителів. Батько помер у тому ж році. Михайло разом із матір'ю жив в Одесі, у Харкові, а з 1934 по 1941 рік - у Києві, де в 1941 році закінчив середню школу. Влітку 1941 року його направили на оборонні роботи на Донбас, а у вересні призвали до армії, де він служив до лютого 1947 року. В роки Великої Вітчизняної війни танкіст Карцев воював у складі Південно-Західного, Південного, Північно-Кавказського і 2-го Українського фронтів. Брав участь у визволенні Румунії, Угорщини, Чехословаччини, Австрії. За мужність, виявлену в боях, його, двадцятилітнього старшину, нагородили медаллю "За відвагу", орденом Червоної Зірки, медалями "За взяття Будапешта" і "За перемогу над Німеччиною".

Після демобілізації М.О.Карцев вступив до Московського енергетичного інституту (МЕІ) на радіотехнічний факультет. На третьому році навчання екстерном здав іспити за наступний рік і в 1950 році, будучи студентом 5-го курсу, влаштувався на роботу до лабораторії електросистем Енергетичного інституту АН СРСР (за сумісництвом), де взяв участь у розробці однієї з перших у Радянському Союзі (першої у РРФСР) обчислювальної машини - "М-1". У 1952 році його направили в Енергетичний інститут АН СРСР, де він був зарахований уже на постійну роботу до лабораторії електросистем у якості молодшого наукового співробітника. Працюючи над створенням ЕОМ "М-2" він проявив неабиякі здібності. Машина була створена невеличким колективом усього за півтора року! ("БЭСМ" розроблялася вдвічі довше і куди більш значним колективом!). Звичайно, ЕОМ "М-2" поступалася "БЭСМ" за характеристиками, але, як висловився Карцев, "це була машина солідна".

У 1957 році почалася розробка однієї з перших у Радянському Союзі транзисторних машин - "М-4" для обробки даних від радіолокаційних станцій (РЛС). М.О.Карцев згадував: "У листопаді 1962 року вийшла постанова про запуск М-4 у серійне виробництво. Але ми прекрасно розуміли, що машина для серійного виробництва не годиться. Це була перша машина, зроблена на транзисторах. Вона важко настроювалася, її було б важко повторити у виробництві і, крім того, за період із 1957 по 1962 рік напівпровідникова техніка зробила такий стрибок, що ми могли б зробити машину, яка була б на порядок кращою, ніж "М-4" і на порядок потужнішою від усіх обчислювальних машин, що випускалися на той час у Радянському Союзі. Всю зиму 1962-1963 років йшли палкі суперечки. Керівництво інституту (ми тоді були в інституті електронних керуючих машин) категорично заперечувало проти розробки нової машини, стверджуючи, що в такий короткий термін ми цього зробити не встигнемо, що це авантюра, що цього не буде ніколи.

Кінець цим суперечкам поклало рішення військово-промислової комісії Президії Ради Міністрів СРСР, видане в березні 1963 року. У жовтні 1964 року, менше ніж через два роки після виходу постанови уряду, перші два зразки машини було направлено до місць експлуатації, а в грудні 1964 року було відправлено ще п'ять машин. Ці машини випускалися понад 15 років." (З доповіді, присвяченої 15-річчю НДІОК). М.О.Карцеву була присуджена Державна премія СРСР (1967 р.).

Випереджаючи час

Здавалося, можна було заспокоїтися, відпочити від напруженої праці або, у всякому разі, зробити перепочинок.

Цього не сталося і, напевно, просто не могло статися. Ще в 1966 році Карцев висунув ідею створення багатомашинного обчислювального комплексу, побудованого з обчислювальних машин, спеціально розроблених для спільної роботи в такому комплексі. Проведені дослідження показали, що продуктивність комплексу може досягти мільярда операцій за секунду. На той час жодна з машин у світі не мала такої продуктивності! Це надихало Карцева, захоплювало колектив розроблювачів. Вже в 1967 році було розроблено ескізний проект комплексу (обчислювальний комплекс ОК "М-9"). При захисті в міністерстві він отримав позитивну оцінку.

На жаль, обчислювальний комплекс "М-9" промислового освоєння не отримав, але його розробка й успішна експлуатація макету стали наочним свідченням величезного творчого потенціалу колективу, очолюваного М.О.Карцевим. 1967 рік став знаменним для розроблювачів ОК "М-9": було організовано Науково-дослідний інститут обчислювальних комплексів НДІОК. Відділ Карцева став його кістяком, а самого Карцева призначили директором. Це було офіційним визнанням наукової школи Карцева.

У 1969 році вийшла постанова уряду про створення електронної обчислювальної машини "М-10", в основу якої була покладена векторна числова машина з ОК "М-9".

За словами д.т.н. Л.В.Іванова, "цьому передувала авторитетна нарада, на якій розглядалася перспективність двох розпочатих розробок: "Ельбрус" (академік С.О.Лебедєв) і "М-10" (М.О.Карцев). Лебедєв рішуче висловився проти багатопроцесорності в "Ельбрусі" і відстоював однопроцесорний варіант максимальної швидкодії. Академік В.М.Глушков підтримав обидва напрямки. Обидва напрямки і були схвалені" (див. журнал "Вопросы радиоэлектроники", вып. 2 за 1993 г.). У цьому ж році почалася розробка конструкторської документації і послідовної передачі її заводові-виробнику. З 1970 року на заводі була розпочата підготовка виробництва і виготовлення експериментального зразка. До середини 1970 року заводові-виробнику була передана вся конструкторська документація, а через рік, у серпні 1971 року, завод поставив під настроювання експериментальний зразок машини "М-10". Одночасно йшло коригування конструкторської документації і виготовлення пристроїв промислових зразків машини. Цей рік був дуже важким для М.О.Карцева. Напружена робота позначилася на здоров'ї: обширний інфаркт на декілька місяців уклав його в постіль. На щастя, все обійшлося благополучно.

До червня 1973 року всі пристрої першого зразка були виготовлені, пройшли перевірку на відповідність технічним умовам і поставлені для комплексного налагодження машини в цілому. У вересні того ж року перший промисловий зразок "М-10" успішно витримав комплексну перевірку за технічними умовами та переданий у дослідну експлуатацію і для налагодження математичного забезпечення.

У грудні 1973 року було завершено випробування і другого промислового зразка. Практично з цього моменту почалося серійне виготовлення машин "М-10". Виробництво продовжувалося понад 15 років. Було виготовлено декілька десятків комплектів, більшість із який дотепер знаходиться в експлуатації. На базі машин "М-10" було побудовано ряд потужних комплексів. У 1976 році, працюючи в одному із таких обчислювальних комплексів, машина "М-10" разом із математичним забезпеченням успішно витримала державні іспити.

Створення ЕОМ "М-10" було відзначено присудженням у 1977 році Державної премії СРСР групі спеціалістів НДІОК, заводу-виробника і монтажної організації. Головного конструктора ЕОМ "М-10" М.О.Карцева було нагороджено орденом Леніна. Орденами і медалями СРСР було нагороджено 118 співробітників НДІОК і багато робітників заводу-виробника.

Щоб була зрозуміла важливість створення ЕОМ "М-10", варто сказати хоча б декілька слів про її основне призначення. Воно довго трималося в секреті, тому що машина розроблялася для Системи попередження про ракетний напад (СПРН), а також для загального спостереження за космічним простором. Інформація про це вперше з'явилася на сторінках газети "Правда" від 1 квітня 1990 р. (стаття А.Горохова "Стояние при Пестрялове"). Задача системи - забезпечити військово-політичне керівництво країни достовірною інформацією про можливу загрозу ракетного нападу та обстановку в космосі, тобто вона має чисто оборонний характер. Зараз на навколоземних орбітах знаходиться близько 17 тисяч об'єктів різноманітного походження, включаючи діючі супутники, що відслужили свій термін, шматки ракетоносіїв та ін. Перший ешелон СПРН - космічний: по факелах ракет що запускаються, супутники контролюють їхній старт. Кістяк системи - її другий, наземний ешелон, що включає потужні радіолокаційні станції, розташовані на околицях країни (до розпаду СРСР їх було дев'ять - під Ригою, Мурманськом, Печорою, Іркутськом, Балхашом, Мінгечауром, Севастополем, Мукачево), а також мережа обчислювальних комплексів на базі ЕОМ "М-10".

Навіть звичайна підготовка військ у наш час пов'язана з пусками ракет різного класу. А якщо ядерні ракети потраплять до рук політичних авантюристів, амбіційних "керманичів", спроможних на так звані "несанкціоновані" пуски? Необхідна швидка і точна оцінка подібної діяльності, інакше наслідки можуть бути убивчими для всієї планети. Не випадково, говориться в газетній замітці, визріла парадоксальна, на перший погляд, думка про координацію роботи систем попередження і контролю космічного простору в планетарному масштабі.

Варто підкреслити винятково високі вимоги до обчислювальної техніки, що використовувалась в таких системах: на підрахунок траєкторії запущеної ракети виділяються декілька секунд, а обсяг даних, що надходять в ЕОМ від радіолокаційних станцій, величезний.

До початку 1980 років ЕОМ "М-10" мала найвищі: продуктивність (по деяких оцінках - 20-30 млн. операцій за сек.), ємність внутрішньої пам'яті і пропускну здатність мультиплексного каналу, яка була на той час в СРСР. Вперше у світі в ній було реалізовано ряд нових прогресивних рішень, у тому числі: передбачена можливість синхронного комплексування до семи ЕОМ при прямому (минаючи мультиплексний канал) обміні інформацією між програмами окремих машин і динамічного розподілу устаткування; реалізована автоматична перебудова поля процесорів; до складу ЕОМ введено другий рівень внутрішньої пам'яті ємністю понад 4 млн. байт з довільним доступом; забезпечений зовнішній обмін з обома рівнями внутрішньої пам'яті.

У 1978 році М.О.Карцев запропонував приступити до робіт по створенню нової багатопроцесорної векторної обчислювальної машини, використовуючи досвід, отриманий при розробці, виготовленні та експлуатації машин "М-10" і "М-10М", а також новітні досягнення в технології та в електронній техніці. Вирішено було дати цій машині умовне позначення "М-13".

У 1979 році колектив почав розробку конструкторської документації. Були визначені і заводи-виробники, на яких передбачалося вести виробництво машини "М-13". Протягом 1980-1981 років конструкторська документація комплектно по пристроях була передана на заводи.

"М-13" стала машиною четвертого покоління. Елементною базою машини "М-13" були великі інтегральні схеми. У архітектурі багатопроцесорної векторної ЕОМ, призначеної для опрацювання в реальному масштабі часу великих потоків інформації, передбачені чотири основних частини: центральна процесорна частина, апаратні засоби підтримки операційної системи, абонентське сполучення, спеціалізована процесорна частина.

Машина "М-13" мала модульну структуру і допускала змінну комплектацію, спроможну оптимально забезпечити користувачу необхідні технічні характеристики. Так, центральна процесорна частина мала три конфігурації і могла мати продуктивність у залежності від виконання 12*10⁶, 24*10⁶ і 48*10⁶ операцій за секунду. При цьому також відповідно змінювався й обсяг внутрішньої пам'яті, пропускна здатність центрального комутатора і пропускна здатність мультиплексного каналу. Так, обсяг внутрішньої пам'яті міг складати 8,5, 17,0 або 34,0 Мбайт, пропускна здатність центрального комутатора - 800, 1600 або 3200 Мбайт/сек., пропускна здатність мультиплексного каналу - 40, 70 або 100 Мбайт/сек.

Еквівалентна швидкодія спеціалізованої процесорної частини машини "М-13" у максимальній комплектації при вирішенні зазначених вище задач може досягати 2,4*10⁹ операцій за секунду.

У продовження всієї своєї діяльності М.О.Карцев виявляв високу творчу активність. Його монографії з основ теорії арифметичних пристроїв і основ проектування структури ЕОМ стали настільними книгами для розроблювачів обчислювальної техніки. Менше відомі створені під керівництвом Карцева ЕОМ, що мали спеціальне призначення і знаходилися на озброєнні Радянської Армії. ЕОМ "М-4М" (шифр 5Е71, 5Е72, 5Е73) на порядок перевершували сучасні їм "М-220", "БЭСМ-4" та ін. Вони несли чергування на відповідальних об'єктах із 1967 р. до 1981 р., випускалися серійно; наробіток на відмову або перебій складали в них 700-1000 годин.

ЕОМ "М-10" (шифр 5Е66) значно перевершувала сучасні їй вітчизняні ЕОМ ("БЭСМ-6", "ЕС-1060").

З ЕОМ 5Е71-5Е73 і 5Е66 був створений і знаходився в постійній цілодобовій експлуатації найбільший у країні багатомашинний комплекс, в якому у єдиному алгоритмі працювали сімдесят шість ЕОМ, об'єднаних каналами передачі даних довжиною в десятки тисяч кілометрів.

В розробках М.О.Карцева використовувалися нові технічні рішення, що випереджали свій час: сторінкова організація пам'яті, поєднання операцій із плаваючою і фіксованою комою у "М-2" (1952-1956 рр.), мікроелементна структура команд ("модальності операцій") у машині "М-4" (1957-1959 рр.), магістральна ("конвеєрна") структура в "М-4М" (1962-1964 рр.), лінійка синхронних процесорів, що програмно перебудовуються, векторна структура, швидкодіюча оперативна пам'ять 2-го рівня в "М-10".

У багатопроцесорній системі 4-го покоління "М-13" уперше реалізована апаратура поопераційних циклів (забезпечує незалежність програми від числа процесорів у системі), апаратура сегментно-сторінкової організації пам'яті (яка перекриває можливості файлової системи), програмно керований периферійний процесор для операцій типу перетворення Фур'є, Уолша, Адамара, Френеля, обчислення кореляційних функцій, просторової фільтрації і т.п. Середня швидкодія центральної частини - до 50 млн. операцій за секунду (або до 200 млн. коротких операцій за секунду), внутрішня пам'ять - до 34 Мбайт, швидкість зовнішнього обміну - до 100 Мбайт за секунду, еквівалентна швидкодія периферійного процесора на своєму класі задач - до 2 мільярдів операцій за секунду.

М.О.Карцев - автор фундаментальних теоретичних робіт з обчислювальної техніки (5 монографій, 55 статей і звітів, 16 винаходів). Книги "Арифметичні пристрої електронних цифрових машин" (російське видання - 1958 р., пізніше перевидавалася за кордоном), "Арифметика цифрових машин" (1969 р.) заклали основи теорії арифметичних пристроїв; їхні висновки ввійшли до підручників. У останніх монографіях "Архітектура цифрових обчислювальних машин" та "Обчислювальні системи та синхронна арифметика" (1978 р.) практично вперше зроблена спроба поставити на наукову основу проектування загальної структури ЕОМ і апаратури для виконання паралельних обчислень.

Трудові досягнення М.О.Карцева відзначені орденом Леніна (1978 р.), орденом Трудового Червоного Прапора (1971 р.), орденом "Знак пошани" (1966 р.) і медаллю "За доблесну працю". У 1967 році йому було присуджено Державну премію СРСР.

23 квітня 1983 року Михайла Олексадровича Карцева не стало...

М.О.Карцев був і залишиться найбільшою фігурою у світовій комп'ютерній науці та техніці. Його ім'я золотими буквами вписано в історію її становлення та розвитку.

У збірнику "Питання радіоелектроніки" (серія ЕОТ, вип.2 за 1993 р.), присвяченому 70-річчю від дня народження М.О.Карцева, д.т.н. Л.В.Іванов справедливо написав: "...Він відноситься до тієї нечисленної категорії людей, що складають еліту нації, без яких нація не може існувати".

У 1993 р. Науково-дослідному інституту обчислювальних комплексів присвоєно ім'я його засновника.