Советская ЭВМ БЭСМ-6
40-е-70-е годы
В 1947 году группа американских ученых изобрела первый транзистор, что положило начало миниатюризации электроники. В 1970-е годы минимальный контролируемый размер серийно выпускаемых микросхем составлял 2–8 микрометров, 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 чип. Легендарный Pentium 4 теперь включает 42 миллиона транзисторов.
Сегодня эти цифры достигли миллиардов, например, в AMD Epyc Rome умещается 39,54 миллиарда транзисторов.
Первый в Европе компьютер был создан группой ученых под руководством Сергея Лебедева из Киевского электротехнического института в 1950 году. Он содержал около шести тысяч электронных ламп и потреблял 15 киловатт. Машина может выполнять около трех тысяч операций в секунду. Но даже советские ламповые ЭВМ 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 тысяч германиевых транзисторов и 180 тысяч 400 тысяч транзисторов в каждой. Кроме того, модули КДЦ изготавливаются не на кристаллах германия (параметры которых сильно зависят от температуры), а на кристаллах кремния. Поэтому вывод советской машины на соответствующий общий уровень характеристик, близкий к американскому, обеспечивался только продуманной инновационной архитектурой конструкции машины.
IBM 360 появился в 1964 году. Окончательно решение о копировании было принято в 1967 году. Технический проект на советскую копию IBM 360 был сформулирован 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, выполняющей одновременно две и более команд. Однако по своей производительности на уровне 12 Мфлопс (флопс — единица измерения производительности процессора) он отстает от американской машины Cray-1 1975 года (80 Мфлопс) из-за менее развитой базы электронных компонентов.
Борис Бабаян рассказывает, как к ним в гости приезжал президент Sun Microsystems Скотт Макнили:
«Он принес первый чип Ultra SPARC с несколькими миллионами транзисторов. Один добротный шкаф «Эльбрус-3» эквивалентен 15 миллионам транзисторов, то есть два-три американских чипа эквивалентны большому шкафу.
Компьютер Эльбрус 3-1
Ссылка:
Борис Бабаян — советский и российский ученый, разработчик компьютерных технологий, автор работ по архитектурным принципам построения компьютерных систем и программного обеспечения для ЭВМ. Лауреат Государственной (1974) и Ленинской (1987) премий. Первый европейский ученый, удостоенный звания Intel Fellow.
В СССР ЭВМ 4-го поколения (на базе микропроцессоров) начали разрабатывать в Зеленограде во второй половине 1960-х годов. Специализированный вычислительный центр (СВЦ) разработал универсальный набор микропроцессорных схем со своей оригинальной архитектурой, получивший название «NC Electronics». Однако «догнать» не удалось и Министерство электронной промышленности в 1981 году приняло решение о прекращении работ по «Электронике НЦ» и переходе к прямому копированию архитектуры машин DEC PDP-11. Серия ЭВМ СМ (малые машины) и дальнейшая работа зеленоградского коллектива пошли по этому пути, имея такой же запланированный задел. Позже они начали копировать процессоры Intel.
Почти все расходы на микроэлектронику в СССР идут 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 ощущалась серьезная нехватка микросхем с очень большой степенью интеграции (СБИС - СБИС). Производство таких компонентов требовало таких уровней точности, чистоты, сложности и миниатюризации, которых СССР не мог достичь в достаточном масштабе за пределами лабораторий и опытных заводов. Выход годных 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 выпускались чипы от 256 Кб до 1 мегабита.
Ввиду невозможности наладить устойчивое производство техники собственного производства, СССР продолжал искать пути закупки западной техники для обхода санкций. Основными методами являются различные совместные предприятия, которые якобы производят комплектующие советской разработки для западного рынка. Основным партнером СССР в Восточной Европе была компания Carl Zeiss Jena, производившая 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-е годы отставание СССР от Запада в производстве СБИС нарастало и составляло уже 8-9 лет. СССР не сможет производить память 256К и 1М до середины 1990-х. Огромной проблемой для СССР является то, что при переходе на микросхемы следующего поколения приходится каждые 3-5 лет заменять почти все оборудование на новое.
СССР продолжал производить поликремний небольшими партиями на оборудовании, закупленном до объявления санкций в 1980 году. Советские источники сообщали о низком качестве кристаллов и низком выходе качественных ИС. СССР сильно зависел от западных станков для резки кристаллов на пластины. Советские станки часто повреждали кристаллы из-за повышенных вибраций и требовали частой переналадки отрезного диска. Попытки скопировать американские станки не увенчались успехом, так как СССР не смог наладить производство высокоточных резцов с алмазным покрытием. СССР решил продолжить закупку фрезерных станков в США и других западных странах, тратя на каждый фрезерный станок 100 000 долларов и более. Кроме того, советскому производству приходится экономить на фрезах и резать плашку только на 30% глубины даже в случае усовершенствованных моделей СБИС. Это приводит к тому, что при разбивании матрицы на отдельные компоненты ИС происходит растрескивание многих деталей, что значительно снижает выход годных компонентов. Машины для менее совершенных интегральных схем сокращают расходы на 70 и более процентов. Практического объяснения ограничению глубины нет, кроме сохранения рабочей части резца, что является показателем острой нехватки в СССР качественных кремниевых пил. Еще одной сложностью является отсутствие современных САПР для проектирования микросхем. Они нужны советским инженерам для моделирования и модификации 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 высказался за более широкое использование собственных разработок, а не копирование западных технологий и оборудования. Но, несмотря на громкие публичные заявления, СССР придется и дальше закупать западную технику, в том числе и нелегально (в обход санкций), поскольку ожидать появления собственной техники не приходится.
СССР остро нуждается в передовых микропроцессорах для использования в радарах, системах слежения и наведения, спутниковой связи и всевозможных компьютерах. Дефицит привел к тому, что в СССР выпускались новые изделия с показателями значительно ниже заявленных. Главной проблемой советской промышленности была 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 уже давно перешел на 16-битные, а 32-битные процессоры выпускаются серийно и используются все больше и больше.
Санкции США.
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 ограничил торговлю США с «советским блоком», предоставив президенту США право налагать эмбарго на поставки любых товаров. В 1951 году последовал Акт о взаимной оборонной помощи, который давал президенту США право сократить или прекратить помощь странам, поставлявшим в СССР товары, подпадающие под эмбарго. В 1951 году был создан Координационный комитет многостороннего экспортного контроля (КОКОМ). В него входят 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, которая требует единогласного одобрения всех стран-участниц для выдачи экспортной лицензии, до разрешения с возможностью пересмотра на основе ежемесячно предоставляемой статистики экспорта, где 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 попадают в эту категорию с самого начала.
В этих условиях советская сторона не колеблясь отдавала приказ своей внешней разведке украсть все, что нельзя было купить.
Борис Бабаян вновь прокомментировал ситуацию:
«Расчет был на то, что можно будет украсть много софта — и наступит расцвет компьютерных технологий. Этого, конечно же, не произошло. Потому что как только все собрались вместе для решения этих проблем, креативность закончилась. Образно говоря, мозги стали чахнуть от совершенно нетворческой работы. Оставалось только догадываться, как делались западные, фактически устаревшие компьютеры. Продвинутый уровень был неизвестен, опережающими разработками не занимались, была надежда, что софт зальют... Вскоре выяснилось, что софт не заливает, украденные куски не стыкуются, программы не работают. Все приходилось переписывать, а то, что они получили, было старым и плохо работало. Это был полный провал. Машины, изготовленные в этот период, были хуже машин, разработанных до организации ВНИИСЕВТ. ВНИИЦЕВТ начал выпускать машины с приемлемыми характеристиками только тогда, когда стал копировать не только систему команд, но и схему. Итак, для КАМАЗ был куплен IBM-158, его разобрали по частям, и стали 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. В Аналитическом бюллетене Совета Федерации № 27 от 2014 года (ноябрь) зафиксировано:
«Использование иностранной электронной компонентной базы (ЭКБ) для отечественных изделий достигает от 5% до 10% для ракетной техники, от 10% до 20% для сложных систем управления, от 20% до 30% от всего спектра для государственных системы идентификации России. Электронные модули и блоки, поставляемые по кооперации, имеют коэффициент 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 уже находится на уровне 90 нм (нанометр — одна миллиардная часть метра). При этом ведущие зарубежные производители уже работают с шагом 14 нм. Intel использует 10-нм техпроцесс, AMD использует 7-нм графические процессоры 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.
