Секретный параллелизм
Наталия Дубова
В
1972 году завершилось создание новой ЭВМ для структуры СПРН.
В
СССР оборонные задачи всегда занимали особое место в спектре применений ВТ.
Государственная военная машина была самым влиятельным и надежным заказчиком для
разработчиков. Исаак Брук, создатель одной из советских школ ЭВМ, в этом
отношении повел себя довольно непрактично, уверовав в необходимость развивать
ВТ как самостоятельное научное направление, не привязывая его к определенным, в
том числе военным применениям. Его ученик, Михаил Карцев, понимал, что в СССР
это мало реально. Интереснейшие машины Карцева до начала 90-х были засекречены,
поскольку на них базировалась советская система слежения за искусственными
объектами в околоземном пространстве и раннего предупреждения о ракетном
нападении (СПРН). В 1972 году завершилось создание новой ЭВМ для структуры
СПРН, которую разработчики, продолжая бруковские традиции, называли М–10, а
заказчик обозначал как 5Э66.
Сложная
и разветвленная структура СПРН предъявляла особые требования к мощности
вычислительных машин. C середины 60-х Карцев занят напряженными поисками
возможностей повышения производительности ЭВМ. Он приходит к выводу, что при
сохранении традиционной структуры быстродействие машины в конце концов
достигнет определенного предела, за которым дальнейший рост производительности
окажется невозможен. Причина — в ограниченной скорости распространения
электрических сигналов, даже при использовании все более совершенной элементной
базы. Выход Карцев видел в создании многопроцессорных систем, которые могут
параллельно выполнять различные части вычислительных задач. Карцев развил целую
теорию параллелизма, показав, что большинство задач, связанных с обработкой
массивных потоков информации, допускают распараллеливание в том или ином виде.
А ключ к эффективному решению особо крупных задач лежит в создании
комбинированных вычислительных комплексов, которые будут сочетать
многопроцессорность и объединение нескольких автономных машин в единую систему.
В
1967 году Карцев предложил смелый проект такого комплекса — М9. Система должна
была состоять из нескольких крупных блоков — «связок», объединенных мощными
магистральными соединениями. Центральная роль предназначалась «функциональной
связке» — матрице элементарных вычислителей с общим потоком команд (архитектура
класса SIMD), которая должна была выполнять операции не над числами, как в
традиционных машинах, а над функциями одного или двух операндов, определенных в
дискретных точках. Реализация алгоритмов с меньшим параллелизмом возлагалась на
другой, линейный блок элементарных вычислителей — «числовую связку», фактически
векторную машину. Еще одна, «ассоциативная связка», предназначалась для
выполнения операций сравнения.
Помимо
распараллеливания с помощью матричных и векторных процессоров проект М-9
предусматривал синхронное объединение нескольких машин в одну систему. По
оценкам разработчиков, реализация всех этих идей должна была обеспечить
быстродействие в миллиард операций в секунду. Доклад о М-9 на симпозиуме
Академии наук в Новосибирске, подкрепленный тщательным изложением технических
решений и принципов ПО, произвел большое впечатление на слушателей. Ведь это
был 1967 год, когда еще не пошла в эксплуатацию БЭСМ-6 с максимальной
производительностью в миллион операций в секунду.
Проекту,
однако, не суждено было воплотиться в жизнь. Для 60-х это было слишком смелое
решение доступного на тот момент уровня технологий и элементной базы. Кроме
того, возникли организационные сложности — проектом заинтересовались
разработчики новой системы ПРО, а не традиционные заказчики Карцева. В
результате отдел под руководством Михаила Александровича был фактически изгнан
из ИНЭУМ. С 1967 года ведет свою историю НИИ вычислительных комплексов, хотя
статус института коллектив Карцева получил только в 1975 году.
Однако
часть проекта М-9 все-таки стала реальной машиной. Первая советская
векторно-параллельная многопроцессорная ЭВМ М-10 — это не что иное, как
«числовая связка» М-9. В конце 60-х началась работа над проектом сплошного поля
надгоризонтального наблюдения за космическими объектами, который предусматривал
развертывание новых радиолокационных станций и существенное расширение
возможностей командного пункта для всей системы. Если первая очередь советской
СПРН базировалась на машине М4-2М, то теперь перед Карцевым была поставлена
задача создать новую суперпроизводительную ЭВМ, адекватную резко возросшим
требованиям к интенсивности обработки данных. И Карцев с успехом ее решает,
реализуя свои идеи комплексного параллелизма. М-10 представляла собой
многопроцессорную вычислительную систему на микросхемах с возможностью
распараллеливания на уровнях команд (длинное командное слово с двумя кодами
операций для одновременного выполнения на разных арифметических устройствах) и
данных (векторные операции). Кроме того, несколько машин могли
комплексироваться в единую систему — таким образом распараллеливание
расширялось и на уровень задач.
До
начала 80-х М-10 с быстродействием порядка 5 млн. операций в секунду, емкостью
внутренней памяти 5 Мбайт и пропускной способностью мультиплексного канала 6
Мбайт/с превосходила все советские машины. А реальный выигрыш в быстродействии
на конкретных задачах иногда был просто фантастическим — в определенных
физических расчетах М-10 оказывалась быстрее БЭСМ-6 более чем в 20 раз, и в 45
раз превышала одну из старших моделей ЕС. В этой ЭВМ Карцев еще в начале 70-х
реализует базовые принципы RISC-системы — длинное командное слово для задания
операций, сокращенный набор команд и выполнение большинства операций за один
такт. Операционная система с разделением времени позволяла одновременно
работать на машине с восьми терминальных пультов.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.osp.ru