Советская ЭВМ БЭСМ-6
40-70-е годы
В 1947 году группа американских ученых изобрела первый транзистор, положивший начало миниатюризации электроники. В 70-х годах минимальный контролируемый размер серийно выпускаемых микросхем составлял 2-8 микрометров, в 80-х 0,5-2. В 1971 году был представлен первый промышленный микропроцессор Intel 4004, в котором было всего 2250 транзисторов. В 1978 году микропроцессор Intel 8086 содержал 29 000 транзисторов в одном чипе. Легендарный Pentium 4 уже содержал 42 миллиона транзисторов.
Сегодня эти цифры исчисляются миллиардами, например, AMD Epyc Rome вмещает 39,54 миллиарда транзисторов.
Первый компьютер в Европе был создан в 1950 году группой ученых под руководством Сергея Лебедева из Киевского электротехнического института. Он содержал около шести тысяч электронных ламп и потреблял 15 киловатт. Машина может выполнять около трех тысяч операций в секунду. Но даже ламповые советские ЭВМ первого поколения делались с опозданием на несколько лет по сравнению с США. Знаменитая советская БЭСМ-6 второго поколения (на транзисторах) по уровню элементной базы микроэлектроники значительно уступала американской CDC 6600. БЭСМ-6 использовала 60 тыс. германиевых транзисторов и 180 тыс. 400 тыс. транзисторов в каждой. Кроме того, модули CDC построены на кристаллах кремния, а не на кристаллах германия (параметры которых сильно зависят от температуры). Поэтому восхождение советской машины на соответствующий общий уровень характеристик, близкий к американской, достигалось только за счет продуманной, новаторской архитектуры конструкции машины.
IBM 360 появился в 1964 году. Решение о копировании было окончательно принято в 1967 году. Технический проект на советскую копию IBM 360 был сформулирован в 1969 году. Первые копиры были созданы в 1971 году, то есть через 7 лет после оригинала.
ЭВМ «Эльбрус-1» появилась в СССР в 1978 году и стала первой в мире ЭВМ, способной одновременно выполнять две и более команд. Однако по производительности в 12 Мфлопс (флопс - единица измерения производительности процессора) он отставал от американской машины Cray-1 1975 года (80 Мфлопс) из-за менее развитой электронной компонентной базы.
Борис Бабаян описывает, как к ним в гости приехал Скотт Макнили, президент Sun Microsystems:
«Он принес первый чип Ultra SPARC с несколькими миллионами транзисторов. Здоровый шкаф Эльбрус-3 эквивалентен 15 миллионам транзисторов, поэтому два-три американских чипа эквивалентны большому шкафу.
Компьютер Эльбрус 3-1
Ссылка:
Борис Бабаян — советский и российский ученый, разработчик вычислительной техники, автор работ по вычислительным системам и архитектурным принципам создания компьютерных программ. Лауреат Государственной премии (1974) и Ленинской (1987) премии. Первый европейский ученый, получивший звание Intel Fellow.
В СССР ЭВМ 4-го поколения (на базе микропроцессоров) начали разрабатывать в Зеленограде во второй половине 60-х годов. Специализированный вычислительный центр (СВЦ) разработал универсальный набор микропроцессорных схем со своей оригинальной архитектурой под названием «NC Electronics». Однако «наверстать упущенное» не удалось, и в 1981 году Министерство электронной промышленности приняло решение о прекращении работ над «Электронными НЦ» и переходе на прямое копирование архитектуры машин DEC PDP-11. ЭВМ серии СМ (малые машины) и последующая работа зеленоградского коллектива пошли по этому пути с такой же плановой нагрузкой. Потом стали копировать процессоры Intel.
Почти все расходы на микроэлектронику в СССР проходили по оборонно-промышленной линии на создание крупных вычислительных комплексов. Отставание в области персональных компьютеров и бытовой электроники было катастрофическим.
Ситуация в 80-е годы (по данным зарубежных источников).
В конце 1980-х в СССР ощущалась серьезная нехватка микросхем с очень большой степенью интеграции (СБИС - СБИС). Производство таких компонентов требует такого уровня точности, чистоты, сложности и миниатюризации, которых СССР не мог достичь в адекватных масштабах за пределами лабораторий и опытных заводов. В 1984 г. выход годных компонентов в СССР составлял около 10 % (в США — более 85 %). При этом советские компоненты памяти ограничивались 64Кб, тогда как в США уже были серийно выпускаемые чипы от 256Кб до 1 Мегабита.
Учитывая невозможность достижения устойчивого производства на самодельном оборудовании, СССР продолжает искать способы закупки западного оборудования для обхода санкций. Основными методами являются различные совместные предприятия, которые якобы производят компоненты советской разработки для западного рынка. Основным партнером СССР в Восточной Европе является компания Carl Zeiss Jena, выпускающая технологическое оборудование для микроэлектроники. Carl Zeiss Jena поддерживает отношения с западными производителями, и в 1988 году компании удалось выпустить опытную партию чипов второго поколения.
В 80-е годы накопленная загрузка СССР со стороны Запада по производству СБИС растет и составляет уже 8-9 лет. СССР не сможет производить память 256К и 1М до середины 1990-х. Большой проблемой для СССР было то, что при переходе на микросхемы нового поколения практически все оборудование приходилось заменять на новое каждые 3-5 лет.
СССР продолжает производство поликремния небольшими партиями на оборудовании, закупленном до объявления санкций в 1980 году. Советские источники сообщают о низком качестве кристаллов и низком качестве выпуска ИС. СССР сильно зависит от западных станков для резки кристаллов на пластины. Советские станки часто повреждают кристаллы из-за повышенной вибрации и требуют частой переналадки пильного диска. Попытки скопировать американские станки не увенчались успехом, поскольку в СССР не было возможности производить высокоточные резцы с алмазным покрытием. СССР решил продолжить закупку катера в США и других странах Запада, потратив на каждый катер 100 000 долларов и более. К тому же он должен сэкономить на фрезах советского производства и резать матрицу всего на 30% глубины даже у продвинутых моделей СБИС. Это приводит к растрескиванию многих деталей при разбивке матрицы на отдельные компоненты для ИС, что сильно снижает эффективность соответствующих компонентов. Для менее продвинутых ИС машины сокращают 70 и более процентов. Никакого практического объяснения ограничению глубины, кроме сохранения рабочей части фрезы, нет, что свидетельствует о серьезном дефиците качественных силиконовых пил в СССР. Дополнительной трудностью является отсутствие современных САПР для проектирования микросхем. Они необходимы советским инженерам для моделирования и доработки конструкции западных микросхем в соответствии с местными стандартами и местными производственными мощностями.
Советское руководство глубоко обеспокоено зависимостью советской микроэлектронной промышленности от западных технологий и оборудования. XXVII в феврале 1986 года. Но, несмотря на громкие публичные заявления, СССР придется и дальше закупать западную технику, в том числе и нелегальную (в обход санкций), поскольку ждать появления собственной техники не приходится.
СССР остро нуждается в современных микропроцессорах для использования в радарах, системах слежения и позиционирования, спутниковой связи и всевозможных ЭВМ. Дефицит приводит к тому, что СССР выпускает новую продукцию с показателями намного ниже заявленных. Основная проблема советской промышленности — невозможность производить микропроцессоры и комплектующие по западным стандартам. Импортеры советской техники часто снимают всю заводскую автоматику и заменяют ее западной. В то время как в большинстве советских контроллеров использовались 8-битные процессоры, мир уже перешел на 16-битные, а 32-битные процессоры производятся массово и используются все больше и больше.
Американские санкции.
Еще одним очень важным фактором советского технологического отставания в области микроэлектроники был так называемый «режим КОКОМ». Все началось с американского Закона о контроле за экспортом (Export Control Act) 1949 года, введенного в начале холодной войны. Он ограничивал американскую торговлю «советским блоком» и давал президенту США право накладывать эмбарго на поставки любого товара. В 1951 г. последовал Акт о взаимной оборонной помощи, давший президенту США право сократить или прекратить помощь странам, поставляющим в СССР товары, подпадающие под действие эмбарго. В 1951 году был создан Многосторонний координационный комитет по экспортному контролю (КОКОМ). Он охватывал все страны НАТО, кроме Исландии и Японии. В рамках КОКОМ был введен 5-уровневый экспортный контроль в СССР, а затем и в страны «советского блока». От категории, требующей единогласного одобрения всех стран-участниц для выдачи экспортной лицензии, до разрешения с возможностью пересмотра на основе ежемесячной экспортной статистики, предоставляемой, когда страны-экспортеры решают сами. Основной целью КОКОМ было недопущение продажи всего необходимого для производства оружия, боеприпасов и военных систем «советскому блоку». Также было введено понятие «товар двойного назначения», означающее, что товар или товар может использоваться как в гражданских, так и в военных целях. Большинство компьютеров с самого начала попадали в эту категорию.
В этих условиях советская сторона без колебаний приказала своей внешней разведке украсть все, что нельзя было купить.
Ситуацию снова интерпретирует Борис Бабаян:
«Расчет заключался в том, что можно будет украсть много программного обеспечения и компьютерные технологии расцветут. Этого, конечно же, не произошло. Потому что после того, как всех куда-то повезли решать эти задачи, творчество закончилось. Образно говоря, мозги стали сохнуть от совершенно нетворческой работы. Надо было только догадываться, как делаются западные, по сути устаревшие компьютеры. Продвинутый уровень был неизвестен, передовые разработки не пускались в ход, была надежда, что программное обеспечение переполнится... Вскоре выяснилось, что программное обеспечение не переполняется, сыгранные пьесы не совпадают, а программы не работают. Все пришлось переписывать, а то, что они получили, было старым и плохо работало. Это был большой провал. Машины, выпускавшиеся в этот период, были хуже машин, разработанных до постановления ВНИИЦЕВТ. ВНИИЦЕВТ начал выпускать машины с приемлемыми характеристиками, когда стали копировать не только систему команд, но и схему. Итак, для КАМАЗ был куплен IBM-158, его разобрали по частям и буквально начали делать то же самое. Это была запланированная задержка».
Из СССР в Россию.
Советское наследие в виде хронического накопления в электронике автоматически перешло из СССР в Россию. Аналитический бюллетень Совета Федерации. 27 ноября 2014 г. (ноябрь) записи:
«Использование зарубежной электронной компонентной базы (ЭКБ) в собственных изделиях достигает 5-10% в ракетной технике, 10-20% в системах управления комплексами и 20-30% всего ассортимента. Государственные идентификационные системы России. Электронные модули и блоки, предоставляемые в сотрудничестве, имеют указание на использование зарубежных электронных компонентов до 70%. В производстве спутников "Глонасс-М" - от 75 до 80% западных комплектующих.
По стадии технологического процесса при изготовлении микросхем Россия в настоящее время находится на уровне 90 нм (нанометр — это миллиардная доля метра). При этом ведущие зарубежные производители уже работают с шагом 14 нм. Intel специализируется на 10-нм техпроцессе, AMD использует 7-нм GPU для некоторых своих графических процессоров. Тайваньская компания TSMC покрывает примерно 50% мирового рынка по производству компонентов 28-65 нм, а TSMC покрывает 90% рынка по производству чипов 5-10 нм.