Советская ЭВМ БЭСМ-6
40-70 лет
В 1947 году группа американских ученых изобрела первый транзистор, что положило начало миниатюризации электроники. В 1970-х годах наименьший контролируемый размер серийно выпускаемых микросхем составлял 2-8 мкм, а в 1980-х - 0,5-2. В 1971 году был выпущен первый промышленный микропроцессор Intel 4004. В нем было всего 2250 транзисторов. В 1978 году микропроцессор Intel 8086 содержал 29 000 транзисторов на кристалле. Легендарный Pentium 4 уже включал 42 миллиона транзисторов.
Сегодня эти цифры достигли миллиардов, например, AMD Epyc Rome соответствует 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 могла выполнять около трех тысяч операций в секунду. Но даже ламповые советские компьютеры первого поколения производились с опозданием на несколько лет по сравнению с американскими. 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 КДЦ изготавливались не на кристаллах германия (параметры которых сильно зависели от температуры), а на кристаллах кремния. Поэтому вывод советской машины на адекватный общий уровень характеристик, близкий к американскому, обеспечивался только продуманной архитектурой инновационной конструкции машины.
IBM 360 появился в 1964 году. Решение о копировании было принято в 1967 году. Технический проект на советскую копию IBM 360 был создан в 1969 году. Первые копировальные аппараты были созданы в 1971 году, то есть на 7 лет позже оригинала.
ЭВМ «Эльбрус-1» появилась в СССР в 1978 году и стала первой в мире ЭВМ, выполнявшей две и более команд одновременно. Однако по производительности на 12 Мфлопс (флопс — единица измерения производительности процессора) он отставал от американской машины Cray-1 1975 года (80 Мфлопс) из-за менее развитой базы электронных компонентов.
Борис Бабаян рассказывает, как их посетил Скотт Макнили, президент Sun Microsystems:
«Это первый чип Ultra SPARC с несколькими миллионами транзисторов. Здоровый шкаф «Эльбрус-3» эквивалентен 15 миллионам транзисторов, а значит, два-три американских чипа эквивалентны большому шкафу.
Компьютер Эльбрус 3-1
Ссылка:
Борис Бабаян — советский и российский ученый, разработчик вычислительной техники, автор работ по архитектурным принципам построения компьютерных систем и программного обеспечения для ЭВМ. Лауреат Государственной (1974) и Ленинской (1987) премий. Первый европейский ученый со званием Intel Fellow.
В СССР ЭВМ четвертого поколения (на базе микропроцессоров) начали разрабатывать в Зеленограде во второй половине 1960-х годов. Специализированный вычислительный центр (СКЦ) разработал универсальный набор микропроцессорных схем с оригинальной архитектурой под названием «NC Electronics». Однако «наверстать упущенное» не удалось и Министерство электронной промышленности в 1981 году приняло решение о прекращении работ по «Электронике НТ» и переходе на прямое копирование архитектуры машин DEC PDP-11. ЭВМ серии СМ (малые машины) и дальнейшая работа зеленоградского коллектива пошли по этому пути с таким же запланированным заделом. Позже они начали копировать процессоры Intel.
Почти все затраты на микроэлектронику в СССР шли по линии обороны и промышленности на создание крупных вычислительных комплексов. В области персональных компьютеров и бытовой электроники отставание было катастрофическим.
Ситуация в 1980-е годы (по данным зарубежных источников).
В конце 1980-х в СССР остро ощущалась нехватка микросхем с очень высоким уровнем интеграции (СБИС - СБИС). Производство таких компонентов требует таких уровней точности, чистоты, сложности и миниатюризации, которых СССР не мог достичь в достаточном масштабе за пределами лабораторий и опытных заводов. Выход соответствующих компонентов в СССР в 1984 г. составлял около 10% (в США - более 85%). При этом советские компоненты памяти ограничивались 64 Кб, тогда как в США уже серийно производились чипы от 256 Кб до 1 мегабита.
Из-за невозможности наладить устойчивое производство на оборудовании собственного производства СССР продолжает искать пути закупки западного оборудования во избежание санкций. Основными методами являются различные совместные предприятия, производящие якобы советские комплектующие 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 1980-х разрыв между СССР и Западом в производстве СБИС увеличился и составил уже 8-9 лет. СССР не сможет производить память 256К и 1М до середины 1990-х. Большой проблемой для СССР является то, что при переходе на микросхемы следующего поколения практически все оборудование должно каждые 3-5 лет заменяться новым.
СССР продолжает производить поликремний небольшими партиями на оборудовании, закупленном до объявления санкций в 1980 году. Советские источники сообщают о низком качестве кристаллов и низком выходе качественных ИС. СССР сильно зависит от западных станков для резки хрусталя. 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 удалось наладить выпуск высокоточных резцов с алмазным покрытием. СССР решил продолжать закупать катера в США и других странах Запада, тратя на каждый катер 100 000 долларов и более. Кроме того, советскому производству приходится экономить на лезвиях и резать матрицу всего на 30% в глубину даже в случае продвинутых моделей СБИС. Это приводит к тому, что при разделении матрицы на отдельные компоненты для ИМС многие части трескаются, что сильно снижает эффективность работы соответствующих компонентов. Машины для менее продвинутых ИС сокращают на 70 и более процентов. Практического объяснения ограничения глубины нет, кроме экономии труда резчика, что свидетельствует о острой нехватке в СССР высококачественных кремниевых пил. Дополнительной сложностью является отсутствие современных САПР для проектирования микросхем. Они нужны советским инженерам для моделирования и изменения конструкции западных микросхем в соответствии с местными стандартами и местными производственными возможностями.
Советское руководство было глубоко обеспокоено зависимостью советской микроэлектронной промышленности от западных технологий и оборудования. На XXVII съезде партии в феврале 1986 года Председатель Совета Министров Рыжков призвал шире использовать собственные разработки, а не копировать западные технологии и оборудование. Но, несмотря на громкие публичные заявления, СССР придется и дальше закупать западную технику, в том числе и нелегальную (в обход санкций), так как появления собственной техники ожидать не приходится.
СССР срочно нужны современные микропроцессоры для использования в радарах, системах слежения и наведения, спутниковой связи и всевозможных ЭВМ. Дефицит приводит к тому, что в СССР выпускают новую продукцию с показателями намного ниже прогнозируемых. Основная проблема советской промышленности — невозможность производить микропроцессоры и комплектующие по западным стандартам. Импортеры советской техники обычно снимают всю заводскую автоматику и заменяют ее западной. В большинстве советских контроллеров используются 8-битные процессоры, в то время как мир давно перешел на 16-битные, 32-битные процессоры выпускаются серийно и все чаще используются.
Американские санкции.
Еще одним очень важным фактором советского технологического отставания в области микроэлектроники был так называемый «режим КОКОМ». Все началось с Закона США об экспортном контроле 1949 года (The Export Control Act), введенного в начале холодной войны. Он ограничивал торговлю США с «советским блоком», давая президенту США право накладывать эмбарго на поставки любых товаров. За этим последовал в 1951 г. Закон о взаимной оборонной помощи, давший президенту США право сократить или прекратить помощь странам, поставлявшим в СССР товары, подпадающие под действие эмбарго. В 1951 году был создан Координационный комитет многостороннего экспортного контроля (КОКОМ). В него вошли все страны НАТО, кроме Исландии и Японии. В рамках КОКОМ было введено 5 уровней экспортного контроля в СССР, а затем и в страны «советского блока». От категории, требующей единогласного одобрения всех стран-участниц для выдачи разрешения на экспорт, до разрешения с возможностью пересмотра на основании предоставленной ежемесячной статистики экспорта, когда решение принимается самими странами-экспортерами. Главной задачей КОКОМ было не допустить продажи «советскому блоку» всего необходимого для производства оружия, боеприпасов и военных систем. 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 не колеблясь отдавала приказ своим иностранным разведчикам разворовывать все, что нельзя было купить.
Борис Бабаян еще раз комментирует ситуацию:
«Расчет был на то, что можно будет украсть много софта — и будет бум компьютерных технологий. Конечно, этого не произошло. Потому что после того, как всех согнали в одно место для решения этих задач, творчество закончилось. Образно говоря, мозг начал сохнуть от совершенно нетворческой работы. Оставалось только догадываться, как делались западные, фактически устаревшие, компьютеры. Продвинутый уровень был неизвестен, опережающими разработками не занимался, была надежда, что софт зальют... Вскоре выяснилось, что софт не заливают, украденные куски не идут вместе, программы не работают. Все пришлось переписывать, а то, что они получили, было устаревшим и плохо работало. Это был громкий провал. Машины, выпускавшиеся в этот период, уступали машинам, разработанным до организации ВНИИЦЕВТ. Машины с приемлемыми характеристиками ВНИИЦЕВТ начал выпускать только тогда, когда стал копировать не только систему команд, но и схему. Вот они купили IBM-158 для КАМАЗа, разобрали его по частям и начали делать буквально то же самое. Это была запланированная задержка».
Из СССР в Россию.
Советское наследие в виде хронической отсталости в области электроники автоматически перешло из СССР в Россию. Аналитический бюллетень Совета Федерации No. 27 за 2014 год (ноябрь) записи:
«Использование зарубежной базы электронных компонентов (ЭКБ) для изделий собственного производства достигает от 5% до 10% для ракетной техники, от 10% до 20% для систем управления комплексов, от 20% до 30% от общего объема объема для государственных систем опознавания России.Электронные модули и блоки, поставляемые в кооперации, имеют показатель использования зарубежных электронных компонентов до 70%.В производстве спутников «Глонасс-М» - от 75 до 80% западных комплектующих.
По шагу технологического процесса при производстве микросхем Россия сейчас находится на уровне 90 нм (нанометр — это миллиардная доля метра). При этом ведущие зарубежные производители уже работают с шагом 14 нм. Intel доминирует в 10-нм техпроцессе, AMD использует 7-нм GPU для некоторых своих графических процессоров. Тайваньская компания TSMC обеспечивает около 50% мирового рынка в производстве компонентов 28-65 нм, а в производстве чипов 5-10 нм TSMC занимает 90% рынка.