Команда Поколение бит / ИСТ-17

На фотографии запечатлена ЭВМ четвертого поколения "Эльбрус-2" производительностью 125 млн. опер./сек. Эльбрус-1 и Эльбрус-2 освоены в серийном производстве. При создании этих комплексов были решены принципиальные вопросы построения универсальных процессоров предельной производительности. Так динамическое распределение ресурсов сверхоперативной памяти исполнительных устройств и ряд других решений, впервые используемых в схемотехнике, позволили в несколько раз увеличить производительность каждого процессора. С целью дальнейшего повышения производительности комплекса были решены фундаментальные вопросы построения многопроцессорных систем, такие как исключение взаимного влияния модулей на общую производительность, обеспечение обезличенной работы модулей и их взаимной синхронизации.

Главным конструктором этой ЭВМ является Бурцев Всеволод Сергеевич, его заместитель - Бабаян Борис Арташесович.

Бурцев Всеволод Сергеевич

11 февраля 1927 г. — 14 июня 2005 г.

Всеволод Сергеевич Бурцев пришел в Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР в 1950 г. в качестве студента-дипломника и проработал 36 лет.

Первое дело, которое ему доверил его учитель С. А. Лебедев, увидевший в нем талантливого конструктора, — было участие в разработке системы управления первой советской быстродействующей электронной машины БЭСМ. Это стало основой дипломной работы В. С. Бурцева. В процессе работы он настолько проявил себя, что стал одним из ведущих разработчиков БЭСМ. За эту работу его наградили в возрасте 29 лет орденом Ленина.

В 1953 — 1956 гг. В. С. Бурцев разработал принцип селекции и оцифровки радиолокационного сигнала, что позволило впервые в мире осуществить автоматический съем данных с обзорной радиолокационной станции для наведения истребителей на воздушные цели. На основе принципа были построены системы наведения на цель на базе первых вычислительных машин «Диана-1» и «Диана-2» специального назначения, разработанных коллективом под руководством В. С. Бурцева. На основе данной работы В. С. Бурцев подготовил кандидатскую диссертацию. На ее защите, состоявшейся в 1962 г., члены совета единогласно проголосовали за присуждение ему степени доктора технических наук.

В 1956 — 1961 гг. под непосредственным руководством В. С. Бурцева были разработаны принципы построения вычислительных средств системы противоракетной обороны (ПРО). В результате был создан высокопроизводительный вычислительный комплекс, решающий задачи высококачественного автоматического управления сложными, разнесенными в пространстве объектами, работающими в масштабе реального времени.

Комплекс был оснащен самой быстродействующей на тот момент машиной М-40/М-50 (с быстродействием 40 — 50 тыс. оп/с). В ЭВМ М-40 были реализованы впервые предложенные В. С. Бурцевым принципы распараллеливания вычислительного процесса за счет аппаратных средств — все основные устройства машины (арифметическое, управления, ОЗУ, управления внешней памятью и т.д.) имели автономные системы управления и работали параллельно во времени. Впервые был использован принцип мультиплексного канала, благодаря которому без замедления вычислительного процесса удалось осуществить прием и выдачу информации с десяти асинхронно работающих направлений с общей пропускной способностью 1 млн бит/с.

Внизу представлена онлайн-доска - Бурцев Всеволод Сергеевич: вклад в развитие серии компьютеров "Эльбрус", в которой представлена информация о том, что сделал Бурцев Всеволод Сергеевич для развития "Эльбруса":

Академик Всеволод Сергеевич Бурцев является крупнейшим специалистом нашей страны в области создания высокопроизводительных вычислительных машин и комплексов. Ещё до окончания Московского энергетического института Всеволод Сергеевич начал научную и инженерную деятельность в ИТМиВТ под руководством выдающегося учёного академика – С.А. Лебедева. В ленте времени Научная деятельность Бурцева Всеволода Сергеевича расписаны все важные этапы в его научно-инженерной жизни:

Помимо серии компьютеров "Эльбрус" Бурцев Всеволод Сергеевич участвовал в создании и руководил разработкой множества других ЭВМ:

За свои научные достижения и вклады в науку, в особенности за развитие советских ЭВМ, Бурцев Всеволод Сергеевич получил различные награды и премии, которые представлены в ментальной карте - Награды Бурцева Всеволода Сергеевича:

Бабаян Борис Арташесович

Член-корреспондент Российской академии наук, доктор технических наук Борис Арташесович Бабаян родился в 1933 году. Окончил Московский Физико-Технический институт в 1957 году. Бабаян является одним их ведущих российских ученых с мировым именем в области архитектуры, программного обеспечения и автоматизации проектирования высокопроизводительных микропроцессоров и вычислительных комплексов, внес заметный вклад в развитие отечественной вычислительной техники. Борис Арташесович Бабаян стал первым европейским ученым, удостоенным титула Intel Fellow. Это звание в Intel присваивается за особые заслуги в развитии технологий и IT-отрасли в целом. Из 80 с лишним тысяч сотрудников корпорации столь почетного титула до сих пор удостоился лишь 41 человек. Патрик Гелсингер (Pat Gelsinger), главный директор Intel по технологиям, называет их «золотым фондом» компании, людьми, на которых равняются все сотрудники корпорации.

В Intel Борис Бабаян работает с августа 2004 года. Занимая должность директора по архитектуре в подразделении программных решений (Software Solutions Group) корпорации, он руководит глобальным проектом, включающим в себя работы в области архитектуры вычислительных машин, технологии двоичной компиляции и технологии безопасных вычислений, направленных на борьбу с вирусами. Одновременно в течение ближайших двух лет Борис Бабаян будет продолжать исполнять обязанности директора Института микропроцессорных вычислительных систем РАН.

До перехода в Intel Борис Бабаян возглавлял совет директоров компании «Эльбрус Интернэшнл». До этого он занимал должность главного научного руководителя московского центра SPARC-технологий. С 1956 по 1996 год Бабаян работал в Институте точной механики и вычислительной техники, где со временем возглавил подразделение аппаратного и программного обеспечения. В 1964 году он получил степень кандидата технических наук, семь лет спустя стал доктором технических наук, а в 1984 году был избран членом-корреспондентом РАН. Борис Бабаян входит в состав редколлегий многих технических журналов, является автором многих книг и статей по архитектуре компьютеров. В 1974 году за разработку и внедрение комплексного оборудования для САПР, производство и управление комплексной электроникой Борис Бабаян получил Государственную премию. Тринадцать лет спустя за разработку и внедрение микропроцессорной вычислительной системы «Эльбрус-2» он удостоился звания лауреата Ленинской премии. За разработку и внедрение микропроцессорных вычислительных систем награжден тремя орденами. Является обладателем одиннадцати патентов США и пяти российских патентов. Борис Арташесович ведет большую педагогическую работу, является заведующим кафедрами в Московском Физико-Техническом институте и Московском институте электроники и математики, подготовил большое число докторов и кандидатов наук по вычислительной технике.

В ходе иследования, наша команда создала Лента времени: Бабаян Борис Арташесович

В ходе исследования, наша команда создала онлайн-доску Бабаян Борис Арташесович: вклад в развитие серии компьютеров "Эльбрус"

В ходе исследования, наша команда создала ментальную карту Награды Бабаяна Бориса Арташесовича

2 Этап: СуперСоветский

«Эльбрус» — серия советских суперкомпьютеров, разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970—1980-х годах. Но первый Суперкомпьютер в СССР был создан в 1953 году. Назывался он БЭСМ (Большая электронная счетная машина). Действия этой машины достигали до 10 тысяч операций в секунду. На тот момент это был уровень самых лучших вычислительных машин США.

Наша команда провела сравнительный анализ БЭСМ и серию компьютеров "Эльбрус". Делая вывод, серия компьютеров “Эльбрус” имеет огромные преимущества над БЭСМ. Эльбрус была разработана как ЭВМ нового типа с новыми и более мощными характеристиками, которые сделали серию “Эльбруса” новым поколением ЭВМ.

История создания в СССР первых суперкомпьютеров

Суперкомпьютерами называют самые быстрые компьютеры. Их основное отличие от мэйнфреймов состоит в следующем: все ресурсы такого компьютера обычно направлены на то, чтобы решить одну или в крайнем случае несколько задач насколько возможно быстро, тогда как мэйнфреймы, как правило, выполняют довольно большое число задач, конкурирующих друг с другом. Суперкомпьютеры считают очень быстро благодаря не только использованию самой современной элементной базы, но и новым решениям в архитектуре систем. Основное место здесь занимает принцип параллельной обработки данных, воплощающий идею одновременного (параллельного) выполнения нескольких действий.

Человечеству пришлось потратить не один век, чтобы создать первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ). Несомненно – это одно из величайших открытий XX-го века, тот старт, который позволил человечеству двигаться вперед в мире информационных технологий.Так, в 1950 г. в Киевской лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН СССР под руководством академика С. А. Лебедева была создана первая советская ЭВМ — МЭСМ (малая электронная счетная машина). Это был настоящий прорыв – Лебедев применил принцип параллельной обработки слов. В последующем началось активное строение первого поколения БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина).

БЭСМ-1 Разработка БЭСМ-1 была завершена в 1952 г. Машина имела 2000 электронных ламп и быстродействие – 8000 оп./с. В систему команд машины входят 9 арифметических операций, 8 операций передач кодов, 6 логических операций, 9 операций управления. Общий объем оперативной памяти составил 1024 разрядных слова. В 1953 г. советская БЭСМ-1 была самой быстродействующей ЭВМ в Европе, уступив лишь американской IBM 701, которая, в частности, имела огромный коммерческий успех. БЭСМ-1 была машиной, способной решать сложные математические задачи, заменяя тысячи вычислений. Машина бесспорно внесла огромный вклад в развитие атомной энергетики и исследование космоса.

Разработка архитектуры компьютера «Эльбрус» началась в 70-х в ИТМиВТ им. Лебедева. Перед разработчиками стояла задача создать вычислительную систему имеющую производительность 100 млн оп/с. Бурцев занимался системой управления и конструирования ЭВМ и стал главным конструктором проекта.

В 1980 г. «Эльбрус-1» с общей производительностью 15 млн оп/с успешно прошел государственные испытания. Это была первая ЭВМ в Советском Союзе, построенная на базе ТТЛ-микросхем. Особенностью машины стала масштабируемая архитектура, которая поддерживала одновременную работу до 10 процессоров. Оперативная память достигала 64 МБ (220 машинных слова). Организация передачи потоков данных между переферийными устройствами и оперативной памятью осуществлялась с помощью специальных процессоров ввода-вывода. Подобных процессоров в системе могло быть около 4-х и они обладали собственной памятью, работая параллельно с центральным процессором.

«Эльбрус-1» использовался во многих системах военного назначения — ПРО, Центре контроля космического пространства и т.д.

Следующим этапом в разработке компьютера «Эльбрус» стал перенос архитектуры первой модели на новую элементную базу. Таким образом возник «Эльбрус-2», который основывался на базе ЭЛС интегральных схем. Его производительность достигала 125 млн оп/с. Увеличился и объем оперативной памяти — до 144 МБ. Тактовая частота достигала 20 МГц.

В 1985 г. «Эльбрус-2» был запущен в серийное производство. Он применялся в областях, где требовались большие вычисления. Также компьютер активно использовали в оборонной отрасли, в Центре управления космическими полетами и в ядерных исследовательских центрах (в Арзамасе-16, в Челябинске-70). С 1991 г. компьютер работал в системе противоракетной обороны А-135 и на других военных объектах.

Следующим был выпущен «Эльбрус-3», в котором разработчики впервые реализовали «постсуперскалярный» подход. Этот компьютер разрабатывался с 1986 по 1994 гг. сотрудниками ИТМиВТ под руководством советского ученого Бориса Арташесовича Бабаяна.

«Эльбрус-3» не был выпущен в серийное производство, но его архитектура вошла в основу развития микропроцессоров Эльбрус 2000 и Эльбрус-3М1.

Серия Эльбрус было по достоинству оценена советским руководством. Разработчики Бабаян, Бурцев, Бардиж получили премии и ордена. Остальные участники работы также были награждены государственными премиями.

Какие суперкомпьютеры еще были созданы в нашей стране?

Другие суперкомпьютеры

Мы провели сравнительный анализ характеристик отечественных суперкомпьютеров.

Создание и применение всё более мощных суперкомпьютеров признается одним из приоритетных направлений в современной цивилизации. На сегодня созданы и результативно используются в научных учреждениях и в промышленности России многопроцессорные системы различного уровня производительности, обеспечивая решение разнообразных актуальных задач высокой вычислительной сложности. В процессе проведенных работ сформирован задел для построения более мощных систем, дальнейшего повышения их технико-экономических характеристик (по соотношению производительность/стоимость и др.) и расширения использования в информационно-вычислительных сетях в темпе мирового прогресса.

Лента времени "ЭВМ в СССР"

Основные задачи, которые решают суперкомпьютеры

3 Этап: ОС для первого суперкомпьютера

БЭСМ-6 - первая советская суперЭВМ на элементной базе второго поколения — полупроводниковых транзисторах.

Программное обеспечение БЭСМ-6

Операционная система (было создано несколько операционных систем — Д68, НД-70, ОС ИПМ, Диспак, ОС "Дубна", ОС "Феликс"), трансляторы с автокода и распространенных языков высокого уровня, а также ряда специализированных и экспериментальных языков. Широко использовалась многоязыковая мониторная система "Дубна". Были разработаны также разнообразные сервисные диалоговые программы, обеспечивающие выполнение прикладных программ в пакетном и диалоговом режимах.

Основные особенности, достоинства и недостатки ОС для БЭСМ-6

ОС для процессоров "Эльбрус"

Операционная система (ОС) – самая важная часть программного обеспечения любого вычислительного комплекса (ВК). ОС – комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительного комплекса и прикладными программами, а с другой стороны – предназначены для управления устройствами ВК, вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

Суперкомпьютер "Ломоносов"

Суперкомпьютер “Ломоносов” был установлен в Московском государственном Университете им. М.В. Ломоносова в 2009 году. В церемонии открытия вычислительного комплекса принял участие Президент РФ Д.А. Медведев. На момент запуска, пиковая производительность «Ломоносова» составила 420 Тфлопс, что позволило суперкомпьютеру занять первую строчку в рейтинге самых мощных компьютеров СНГ и стран Восточное Европы. Однако спустя год ресурсов «Ломоносова» стало уже недостаточно для решения задач Московского университета. В связи с этим руководство МГУ приняло решение о расширении системы, и в 2011 году пиковая производительность суперкомпьютера составила 1 373 Тфлопс. Тогда же суперкомпьютер «Ломоносов» занял 13 строчку мирового рейтинга Top500.В конце 2011 года была реализована модернизация системы, в результате которой ее производительность достигла показателя в 1 700 Тфлопса. На сегодняшний день «Ломоносов» является самым мощным суперкомпьютером Восточной Европы. «Суперкомпьютер «Ломоносов» -первый гибридный суперкомпьютер такого масштаба в России и Восточной Европе. Впервые в истории столь мощную вычислительную систему удалось разместить на площади всего 252 квадратных метра: по вычислительной плотности «Ломоносов» сегодня не имеет себе равных в мире. При этом вычислитель потребляет не более 2,6 МВт электроэнергии. Однако помимо высокой плотности и оптимального энергопотребления, вычислительный комплекс такого масштаба должен обеспечивать высокую скорость решения реальных прикладных задач: архитектура системы должна позволять приложениям использовать вычислительную мощь процессоров максимально эффективно. Успешно решить все эти задачи компании «Т-Платформы» позволили собственные разработки в области аппаратного и программного обеспечения.