Секретний паралелізм

Наталія Дубова

В 1972 завершилося створення нової ЕОМ для структури СПРН.

В СРСР оборонні завдання завжди посідали особливе місце в спектрі застосувань Вт Державна військова машина була найвпливовішим і надійним замовником для розробників. Ісаак Брук, творець однієї з радянських шкіл ЕОМ, у цьому відношенні повів себе досить непрактично, повіривши в необхідності розвивати ВТ як самостійний науковий напрямок, не прив'язуючи його до певних, в тому числі військовим застосуванням. Його учень, Михайло Карцев, розумів, що в СРСР це мало реально. Найцікавіші машини Карцева до початку 90-х були засекречені, оскільки на них базувалася радянська система стеження за штучними об'єктами в навколоземному просторі та раннього попередження про ракетний напад (СПРН). У 1972 році завершилося створення нової ЕОМ для структури СПРН, яку розробники, продовжуючи бруковскіе традиції, називали М-10, а замовник позначав як 5Е66.

Складна і розгалужена структура СПРН висувала особливі вимоги до потужності обчислювальних машин. C середини 60-х Карцев зайнятий напруженими пошуками можливостей підвищення продуктивності ЕОМ. Він приходить до висновку, що при збереженні традиційної структури швидкодія машини в кінці кінців досягне певної межі, за якою подальше зростання продуктивності виявиться неможливий. Причина - в обмеженій швидкості розповсюдження електричних сигналів, навіть при використанні все більш досконалої елементної бази. Вихід Карцев бачив у створенні багатопроцесорних систем, які можуть паралельно виконувати різні частини обчислювальних завдань. Карцев розвинув цілу теорію паралелізму, показав, що більшість завдань, пов'язаних з обробкою масивних потоків інформації, допускають розпаралелювання в тому чи іншому вигляді. А ключ до ефективного вирішення особливо великих завдань лежить у створенні комбінованих обчислювальних комплексів, які будуть поєднувати багатопроцесорних та об'єднання декількох автономних машин в єдину систему.

В 1967 Карцев запропонував сміливий проект такого комплексу - М9. Система повинна була складатися з декількох великих блоків - «зв'язок», об'єднаних потужними магістральними сполуками. Центральна роль призначалася «функціональної зв'язці »- матриці елементарних обчислювачів з загальним потоком команд (архітектура класу SIMD), яка повинна була виконувати операції не над числами, як у традиційних машинах, а над функціями одного або двох операндів, визначених у дискретних точках. Реалізація алгоритмів з меншим паралелізмом покладалася на інший, лінійний блок елементарних обчислювачів - «числову зв'язку», фактично векторну машину. Ще один, «асоціативна зв'язка», призначалася для виконання операцій порівняння.

Крім розпаралелювання за допомогою матричних і векторних процесорів проект М-9 передбачав синхронне об'єднання декількох машин в одну систему. За оцінками розробників, реалізація всіх цих ідей повинна була забезпечити швидкодію в мільярд операцій у секунду. Доповідь про М-9 на симпозіумі Академії наук у Новосибірську, підкріплений ретельним викладом технічних рішень і принципів ПЗ, справив велике враження на слухачів. Адже це був 1967 рік, коли ще не пішла в експлуатацію БЕСМ-6 з максимальною продуктивністю в мільйон операцій за секунду.

Проекту, однак, не судилося втілитися в життя. Для 60-х це було дуже сміливе рішення доступного на той момент рівня технологій та елементної бази. Крім того, виникли організаційні складності - проектом зацікавилися розробники нової системи ПРО, а не традиційні замовники Карцева. У результаті відділ під керівництвом Михайла Олександровича був фактично вигнаний з ІНЕУМ. З 1967 року веде свою історію НДІ обчислювальних комплексів, хоча статус інституту колектив Карцева отримав тільки в 1975 році.

Однак частина проекту М-9 все-таки стала реальною машиною. Перша радянська векторно-паралельна багатопроцесорна ЕОМ М-10 - це не що інше, як «Числова зв'язка» М-9. Наприкінці 60-х почалася робота над проектом суцільного поля надгорізонтального спостереження за космічними об'єктами, який передбачав розгортання нових радіолокаційних станцій та суттєве розширення можливостей командного пункту для всієї системи. Якщо першу чергу радянської СПРН базувалася на машині М4-2М, то тепер перед Карцевим була поставлена завдання створити нову суперпродуктивна ЕОМ, адекватну різким зростанням вимогам до інтенсивності обробки даних. І Карцев з успіхом її вирішує, реалізуючи свої ідеї комплексного паралелізму. М-10 представляла собою багатопроцесорну обчислювальну систему на мікросхемах з можливістю розпаралелювання на рівнях команд (довге командне слово з двома кодами операцій для одночасного виконання на різних арифметичних пристроях) і даних (векторні операції). Крім того, кілька машин могли комплексіроваться в єдину систему - таким чином розпаралелювання розширювалося і на рівень завдань.

До початку 80-х М-10 з швидкодією близько 5 млн. операцій в секунду, ємністю внутрішньої пам'яті 5 Мбайт і пропускною спроможністю мультиплексного каналу 6 Мбайт/с перевершувала всі радянські машини. А реальний виграш у швидкодії на конкретних завданнях іноді був просто фантастичним - в певних фізичних розрахунках М-10 виявлялася швидше БЕСМ-6 більш ніж у 20 разів, і в 45 разів перевищувала одну зі старших моделей ЄС. У цій ЕОМ Карцев ще на початку 70-х реалізує базові принципи RISC-системи - довге командне слово для завдання операцій, скорочений набір команд і виконання більшості операцій за один такт. Операційна система з поділом часу дозволяла одночасно працювати на машині з восьми термінальних пультів.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.osp.ru