Доклад по экономике - ЭВМ. Проблемы развития и производства современных российских вычислительных комплексов и пути их решения
 Скачать 70.48 Kb.
|
|
Московский Авиационный Институт (национальный исследовательский университет) Доклад по Экономике На тему «Проблемы развития и производства современных российских вычислительных комплексов и пути их решения» Выполнил Студент гр. 7О-301с Зуев Роман Александрович Принял Сапор Анатолий Константинович Москва 2018 Оглавление Введение ……………………………………………………………………………………………………………. 3 Часть 1. «Становление отечественных ЭВМ» …………………………………………………… 4 Часть 2. «Новый курс» ………………………………………………………………………………………. 9 Часть 3. «Проблемы нового курса» ………………………………………………………………….. 12 Часть 4. «Решение проблем нового курса» ……………………………………………………... 14 Заключение ……………………………………………………………………………………………………….. 15 Список литературы и источников …………….………………………………………………………. 16 Введение Состав рассматриваемой проблемы, как таковой, появился сравнительно недавно, в 1990-х годах, когда всем нам известные обстоятельства (в т.ч., становление на новый курс развития) привели к прекращению финансирования или даже закрытию многих СКБ ВТ (специальное конструкторское бюро вычислительной техники) и заводов, производящих электронные компоненты. Долгое время после возобновления финансирования отечественные производители пытались копировать технологии западных производителей, что лишь ухудшало ситуацию – требовался не только перевод технической и технологической документации, но и восстановление принципов работы устройств по уже имеющимся картам процессов (а это всегда шаг назад (подобно переизобретению). В настоящее же время (с середины 00-х годов) большинство разрабатывающих вычислительные системы предприятий взяло новый курс, о котором мы поговорим далее. Часть 1. «Становление отечественных ЭВМ» В 1948 году коллектив, руководимый С. А. Лебедевым, разработал и предложил первый проект отечественной цифровой электронной вычислительной машины. В дальнейшем под руководством академика С. А. Лебедева и В. М. Глушкова разрабатываются отечественные ЭВМ. Сначала это была МЭСМ — малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ — быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними создавались “Стрела”, “Урал”, “Минск”, “Раздан”, “Наири”, серия “М”. Это только несколько первых из многих десятков наименований вычислительных машин, созданных в СССР. А примеров реализации достижений отечественной мысли довольно много. Вот лишь некоторые вехи истории развития вычислительных машин. На этот раз основными элементами стали полупроводниковые элементы. 1959 г. - созданы опытные образцы ЭВМ М-40, М-50 для систем противоракетной обороны (ПРО). 1959 г. - начало выпуска в Минске ЭВМ "Минск-1", которая применялась в основном для решения инженерных, научных и конструкторских задач математического и логического характера. 1959 г. - первая ламповая специализированная стационарная ЭВМ СПЕКТР-4, предназначенная для наведения истребителей-перехватчиков. 1959 г. - мобильная полупроводниковая ЭВМ "КУРС" для обработки радиолокационной информации. 1960 г. - в СССР разработана первая полупроводниковая управляющая машина "Днепр". 1960 г. - создана первая микропрограммная специализированная ЭВМ "Тетива" для системы ПВО. 1961 г. - начат серийный выпуск ЭВМ "Раздан”, предназначенных для решения научно-технических и инженерных задач, малой производительности (скорость вычислений - до 5 тысяч операций в 1 секунд). 1962 г. - ЭВМ БЭСМ-4. 1962 г. - в Северодонецком научно-исследовательском институте управляющих вычислительных машин создана “МППИ-1”. Она применялась в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности. 1962 г. - семейство малых цифровых электронных вычислительных машин “Промiнь”, предназначенных для автоматизации инженерных расчетов средней сложности. 1962 г. - ЭВМ "Минск-2". 1963 г. - создан многомашинный вычислительный комплекс "Минск-222". 1964 г. - начало выпуска ряда ЭВМ Урал. 1965 г. - БЭСМ-6 (Быстродействующая электронно-счетная машина). Это первая в СССР супер-ЭВМ с производительностью 1 млн оп/сек. За все время (до начала 80-х гг.) было построено около 350 БЭСМ-6. 1965 г. - начало выпуска в Казани полупроводниковых ЭВМ М-220 и М-222 с производительностью до 200 тыс. оп/сек, продолжающих линию ЭВМ М-20. 1966 г. - завершается разработка проекта большой ЭВМ "Украина", предвосхитившего многие идеи американских больших ЭВМ 70-х годов. 1969 г. — 5Э92Б - двухпроцессорный компьютер на дискретных полупроводниковых схемах, основной компьютер в первой системе ПРО Москвы. Как видно из приведенных данных, конечно, неполных, в СССР была осуществлена грандиозная программа по разработке, выпуску и применению электронных вычислительных машин. При этом, как правило, независимо от своих зарубежных коллег внедрялись отечественные разработки. И, конечно, самые мощные ЭВМ были использованы для нужд обороны, что, в общем-то, было оправдано. Следует подчеркнуть, что нередко отечественные ЭВМ лидировали по мощности. Так, например, в 1950 году была создана и испытана ЭВМ МЭСМ, которая в тот момент была самой быстродействующей в Европе. Многие оригинальные разработки, созданные нашими специалистами, нашли воплощение в отечественных устройствах и были по достоинству оценены зарубежными коллегами. В качестве примера можно привести ЭВМ БЭСМ-6, созданную на транзисторах. В этой ЭВМ были использованы виртуальная память и асинхронные конвейерные структуры. Кстати, В 70-е годы М. А. Карцев впервые в мире предложил и реализовал концепцию полностью параллельной вычислительной системы с распараллеливанием на всех четырех уровнях: программ, команд, данных и слов. Эти идеи были воплощены в ЭВМ М-10. А в 1978 году разработал проект первой в СССР векторно-конвейерной ЭВМ М-13. В дальнейшем, по мере роста потребностей народного хозяйства, увеличивался выпуск вычислительных машин. Была сделана попытка стандартизации схемотехнических решений. Этому в немалой степени способствовали успехи отечественной электронной промышленности, освоившей сначала гибридные, а затем и монолитные микросхемы. В дальнейшем после изобретения инженерами фирмы Intel микропроцессора был налажен выпуск аналогичных элементов. За этот период за основу серийных ЭВМ были взяты лучшие образцы зарубежной вычислительной техники. Для сравнительно мощных моделей была взята линейка ЭВМ фирмы IBM — серия 360 и 370. Соответственно, такие ЭВМ единой системы (ЕС) получили название "Ряд-1" и "Ряд-2". Не были забыты и управляющие машины. Этот класс малых машин — СМ ЭВМ был создан на основе лучших образцов фирм HP и DEC. 1971 г. - начало выпуска модели ЕС-1020 (20 тыс. оп/сек). 1973 г. - начало выпуска модели ЕС-1030 (100 тыс. оп/сек). 1973 г. - с использованием БЭСМ-6 была создана многомашинная система с переменной структурой АС-6 для задач управления космическими полетами в СССР. 1973 г. - начало выпуска ЭВМ ЕС-1050 (Москва, Пенза). 1973 г. - начало выпуска высокопроизводительной ЭВМ с многоформатной векторной RISC-архитектурой для систем предупреждения о ракетном нападении и общего наблюдения за космическим пространством М-10. 1974 г. - начало выпуска модели ЕС-1022, (80 тыс. оп/сек). 1976 г. - начало выпуска модели ЕС-1033 (200 тыс. оп/сек). 1975 г. - результатом совместных разработок специалистами СССР, НРБ, ВНР, ПНР, ЧССР и ГДР явилось создание и выпуск мини-ЭВМ - СМ-1, СМ-2, СМ-3 и СМ-4 с широким диапазоном применений: в научных работах, для управления технологическими процессами, обработки экспериментальных данных в реальном масштабе времени, для автоматизации инженерных и управленческих работ и т.д. 1977 г. - старшая модель системы "Ряд-1" – ЕС-1060. 1977 г. - начало выпуска модели ЕС-1035 ("Ряд-2"). 1977 г. - создание первого симметричного многопроцессорного вычислительного комплекса (МВК) "Эльбрус-1" на ИС средней интеграции со средствами аппаратной поддержки развитой структуризации программ и данных. 1978 г. - ЕС-1055. 1978 г. - Начало выпуска СМ-3 и СМ-4. 1978 г. - Начало выпуска УВК СМ-1 и СМ-2, совместимых с М-6000/М-7000. 1979 г. - модель ЕС-1045 (800 тыс. оп/сек, "Ряд-2"). 1979 г. - начало серийного выпуска высокопроизводительных многопроцессорных УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, реализующих распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций в задачах геофизики, научных экспериментов и др. областей. 1980 г. - ЭВМ ЕС-1061. 1980 г. - двухпроцессорный комплекс СМ-1410. 1981 г. - УВК СМ 1800, СМ 1803, СМ 1804. 1982 г. - выпуск персональных ЭВМ (ПЭВМ): в СССР ЕС-1840. 1983 г. - начало выпуска ЕС-1036 – 400 тыс. оп/сек, "Ряд-3". 1983 г. - начало выпуска в Загорске многопроцессорной векторной ЭВМ М-13. 1985 г. - начало выпуска электронной вычислительной машины ЕС-1066. 1985 г. - начало выпуска многопроцессорного (10 процессоров) вычислительного комплекса "Эльбрус-2" производительностью 125 млн оп/сек (MIPS). 1985 г. - бытовой компьютер "Электроника БК0010-01". 1986 г. - УВК СМ 1810, СМ 1814, СМ 1820. 1986 г. - СМ 1700, совместимой с VAX-11 фирмы Digital Equipment Corp. 1986 г. - на заводе ВЭМ в Пензе передана в производство ЭВМ ЕС 1766 (до 256 процессоров). 1994 г. - "Эльбрус-3" - LSI, ECL БИС, 16 процессоров, быстродействие в два раза выше, чем у CRAY-YMP, был изготовлен, но в серию не запущен. Конечно, развитие вычислительной техники с упором на зарубежные образцы несколько затормозило собственные разработки. В результате таких действий были свернуты работы по совершенствованию, например, линейки БЭСМ — БЭСМ-8 и БЭСМ-10. Можно было ожидать реального прорыва в этой области. Оправдан ли путь развития отечественных вычислительных средств, связанный фактически с копированием зарубежных образцов,? Это спорный вопрос. Многие считают, что этот путь, безусловно, оправдан, ведь лучшее программное обеспечение в то время писалось западными программистами под западные вычислительные устройства, с другой стороны, это замедлило выпуск собственного программного обеспечения и, что хуже, не давало возможности реализации новаторских (а часто и опережающих запад) идей отечественных разработчиков. Данное копирование обрекало компьютерные отрасли и страну на отставание, вызванное самим процессом копирования, перевода и выпуска документации. Да и сам процесс освоения без необходимой помощи был мучителен и долог. Но не следует думать, что освоение зарубежного опыта производства и применения компьютеров сводилось к простому несанкционированному копированию лучших образцов вычислительной техники и переноса программ. Дело в том что, в основой отечественных компьютеров стали микросхемы и микропроцессоры, серийно выпускаемые в СССР. Связано это было и с вопросами экономии валюных средств, и вопросами безопасности государства. Связано это с тем, что в условиях недружественного окружения страна не могла позволить себе зависимость от иностранных источников снабжения наукоемкими комплектующими. Нельзя было сбрасывать со счета и опасность электронных закладок спецслужбами потенциальных противников. Решая нелегкую проблему развития электронной промышленности и отечественной вычислительной техники и осознавание их значения для развития страны, в семидесятых и восьмидесятых годах ЦК КПСС и Совет Министров СССР поставили задачу перед Академией наук проанализировать ситуацию и выдать соответствующие рекомендации. Результат этих усилий был оформлен в виде ряда докладов, опубликованных в открытых, доступных, хотя и специализированных изданиях. Основной смысл рекомендаций можно сформулировать в нескольких положениях: Догнать и перегнать развитые страны практически невозможно, поскольку для этого не хватит ресурсов государства (что, на мой взгляд, неверно в корне). Что же касается политики развития, то наиболее целесообразным представляется постепенная интеграция в процесс мирового производства с последовательным овладением сначала сравнительно простых устройств и изделий, а затем и постепенным переходом к технологически сложным изделиям. При этом необходимо учитывать иностранный опыт. Только совместными усилиями с зарубежными коллегами можно обеспечить планомерное развитие отечественной и мировой экономики. Часть 2. «Новый курс» Начиная с 1990-х годов вся отрасль производства российских вычислительных систем была поделена между рядом независимых (частично или полностью) от государства и его политики предприятий:
Почти каждый из этих производителей специализируется на конкретной области микроэлектроники: МЦСТ — математические вычисления и защищённость против взломов. МЦСТ разрабатывает две линии процессоров — отечественной архитектуры «Эльбрус» и международной архитектуры SPARC. МЦСТ Эльбрус — российская архитектура, российская микроархитектура. Сильные стороны: математические/научные/инженерные вычисления с плавающей точкой. (Возможный пример использования: геологоразведка). работники команды Эльбруса прославились среди американских разведчиков своими трюками для защиты компьютера на аппаратном уровне против взломов. Проблема: из-за архитектурной несовместимости с международными архитектурами (x86, ARM, MIPS, Power), компьютеры трудно продвигать за рубежом и использовать написанный за рубежом софтвер, включая софтвер для разработчиков. (Вот только это все же не проблема для Linux-софтвера с открытым исходным кодом, так как этот софтвер на Эльбрус с Linux переносится простой перекомпиляцией.) Но нет худа без добра: в МЦСТ сформировалась команда с большим опытом поддержки чужеродных архитектур с помощью технологии «морфинга» программного кода. МЦСТ SPARC — российская реализация международной архитектуры SPARC на базе российской микроархитектуры. Работоспособные компьютеры для военного рынка, в гражданском рынке применять нецелесообразно, так как достаточно обширная рыночная ниша отсутствует. НИИСИ: радиационная устойчивость и неафишируемый проект высокопроизводительной микроархитектуры. НИИСИ разрабатывает две линии процессоров, — обе по архитектуре MIPS. Кроме того, НИИСИ также подготовила часть кадров для процессорной команды Байкал Электроникс, которая тоже использует MIPS. «Байкал Электроникс» — наиболее понятная российская компания для международного рынка. Процессор от Байкала является первым в России 28-нм чипом, что вполне вписывается в мировой мейнстрим процессоров этого класса. Сейчас с Байкалом можно разрабатывать станки, принтеры, сетевое оборудование. Если к нему добавить блоки работы с видео — цифровые телевизоры. Используя накопленный опыт, с течением времени байкаловцы могут подготовить плацдарм для коммерциализации процессоров из НИИСИ. НПО «ЭЛВИС» и «ЭЛВИС-Неотек» Основные ниши: космос и умные камеры. С помощью кооперации с Imagination «ЭЛВИС» собираются вывести на внешний рынок свои специализированные процессоры для обработки сигналов и «умные камеры», которые в частности используются для безопасности аэропорта Шереметьево (камера может распознать ситуации типа «нарушитель лезет через забор», «пожар на складе»). «ЭЛВИС» рассматривается как один из локомотивов Зеленограда и вообще российской электроники. В 2015 году «ЭЛВИС» выпустило семантический процессор VIP-1 для систем компьютерного зрения (видеокамер со встроенным интеллектом). Процессор производится по технологии 40 нм. В 2017 году появился процессор ELISE для систем компьютерного зрения, производимый по технологии 28 нм. «Миландр» выпускает микроконтроллеры для суровых условий эксплуатации. Микроконтроллеры имеют множество применений — от медицинских приборов до дворников на автомашине и управления двигателями. «Миландр» лицензировал процессорные ядра микроконтроллерного класса у британской компании ARM и сделал на них микроконтроллеры для суровых условий со своими периферийными устройствами. Мультиклет - процессоры с универсальной мультиклеточной архитектурой и микроархитектурой российского происхождения. Предыстория создания отмечена, как «Лучший продукт года» в 2003 г. на конференции IEEE в Далласе (США), а также рядом других зарубежных и отечественных наград. На 2015 г. созданы два процессора СнК MultiClet P1 и MultiClet R1, которые позиционируются, как производительные, низкопотребляющие DSP процессоры (последний обладает более развитой периферией и динамической реконфигурацией, позволяющей в максимальной степени использовать возможности четырех клеток процессора). КБ «ГеоСтар навигация» Ниша: модули для ГЛОНАСС Производит чип «ГЕОС-3». Это весьма перспективный рынок: так, в обозримой перспективе планируется оснастить до 7 млн грузовиков тахографами со встроенным ГЛОНАСС. В этих тахографах может использоваться чип «ГЕОС-3». Из вышеописанного видно, что российские производители отказались от идей копирования западных образцов, при этом, большинство из них создаёт устройство по независимой от запада технологии или используя лицензию на часть технологии производства; некоторые производители находятся в сотрудничестве с зарубежными производителями. Часть 3. «Проблемы нового курса» Казалось бы, с производством ЭВМ в России всё довольно неплохо (что следует из вышесказанного), но на рынке они не только не могут занять лидирующие позиции, но и находятся в нестабильном положении на нём. Причина этому довольно простая – сильно завышенная цена при слишком субъективных преимуществах перед другими моделями. Так, например, самое современное процессорное устройство Baikal-T1 имеет устаревшую архитектуру, довольно слабые вычислительные возможности, устаревающую (но всё ещё неплохую) технологию производства; кроме того, он способен поддерживать лишь операционную систему Linux. Есть у него и достоинства: Скорость. На сегодняшний день P5600 - самое быстрое в мире синтезируемое ядро, при том что площадь кристалла на 30-40% меньше чем у сравнимых ядер ближайших конкурентов. Параллелизм. Блок векторных вычислений SIMD выполняет до 16 умножений-сложений на каждом такте. Отлично подходит для графики, обработки видео, звука и т.п. Аппаратная виртуализация. Можно запускать несколько независимых операционных систем под управлением гипервизора. Каждая из операционных систем будет считать, что работает на "чистом железе". Необходимые ресурсы гибко распределяются, включая прерывания и TLB. Аппаратно гарантируется полная изоляция систем друг от друга и отсутствие утечек данных. Предназначено это дело для построения современных систем защиты информации, например доставки защищенного видеоконтента, интернет-платежей, медицинских систем мониторинга и т.п. Малое энергопотребление (5Вт!!) и выделяемая тепловая энергия, что позволяет отказаться от активных систем охлаждения, порождающих шум во время работы. Достоинства сделали ПУ (процессорное устройство) конкурентоспособным, ведь при двухъядерной архитектуре со тактовой частотой в 1,2ГГц, из-за блока SIMD, оно работает почти так же быстро, как ПУ среднего класса (core-i5/i7), произведённые компанией intel в 2015-2016 годах. Но, в условиях рынка, его цена в 40’000 рублей и невозможность установки ни на одну из существующих платформ для подключения (требование индивидуальной одноимённой материнской платы) по сравнению с ПУ с универсальным интерфейсом от intel и равной производительностью, стоимостью в 10-15 т.р. делают Baikal-T1 всё более неконкурентоспособным. Также обстоят дела и у компании МЦСТ: «ПРОЦЕСС ПОШЕЛ… НО М-Е-Е-Е-ЕДЛЕННО…!, — написал в фейсбуке блогер Владимир Ефимов, описывая „первый российский ноутбук“. — Разрешение экрана 1024×768, время работы от батарей — один час. Вес — 10 килограммов (!!!). Но ведь еще до недавнего времени мы и такой ноутбук были не в состоянии выпустить». К посту Ефимов приложил фотографии монструозного ноутбука. Автор добавил, что стоит это устройство 150 тысяч рублей. Следом за постом появилось сообщение на сайте 3DNews, которое подхватили российские и украинские СМИ. Обнаружить, что новость — фейковая, оказалось нетрудно: фотографии эти были опубликованы в Сети больше года назад; никаких других источников, сообщающих о старте продаж такого ноутбука, не было. Наконец, Hi-Tech Mail.Ru получил официальное опровержение от производителя ноутбука — компании МЦСТ. Выяснилось, что такой ноутбук действительно существует — он называется «носимый терминал „НТ-ЭльбрусS“»; устройство выпустили еще в 2012 году, но до потребительского рынка ноутбук так и не добрался. Устройство и правда весит 10 килограммов и выглядит угрожающе, но у этого есть свое объяснение: «носимый терминал» предназначен для сложных условий работы. Он выдерживает падение на бетонный пол с 75-сантиметровой высоты, погружение в воду на глубину до метра; работает при температуре от —10 до +55 градусов. При этом производитель обещает, что ноутбук проработает не менее 12 лет. «Его работа гарантируется даже если в 50-градусную жару подплыть к противнику под водой и обезвредить его ударом этого ноутбука по голове, — шутил в 2014 году в своем блоге Александр Брагин, сотрудник МЦСТ. — У меня есть версия, что ноутбук работает в двух режимах — летальный и нелетальный. Для второго обязательно наличие резиновых накладок, тогда можно разгонять демонстрантов. При летальном режиме резиновые накладки снимаются и можно вести боевые действия». Эти шутки имеют немало общего с реальностью: «НТ-ЭльбрусS» предназначен для решения если не военных, то близких к ним по сложности промышленных задач. Производитель описывает сферы применения ноутбука общими словами: «мобильные посты мониторинга обстановки, функционирование в составе комплексов локации и дефектоскопии, системы управления особой важности». Как видно, устройство не предназначено для обычных потребителей, хотя оно и способно справиться с большинством повседневных нужд — в операционной системе «Эльбрус», построенной на ядре Linux, можно найти и браузер, и клиент электронной почты, и офисные редакторы. Часть 4. «Решение проблем нового курса» Тенденция ясна – российский производитель старается создать ЭВМ, которые смогут вступить в конкурентную борьбу с западными, и как можно скорее запустить продукт в серийное производство, а затем и отправить его на рынок, не думая о том, что продукт не выдержит конкурентной борьбы. Кроме того, в эти продукты вкладываются свойства, абсолютно бесполезные для обычного покупателя – водонепроницаемость, ударопрочность, и, в следствие этого, масса. Также, ясно, что по соотношению «цена - вычислительные возможности» продукт способен составить конкуренцию лишь устаревшим продуктам западных производителей. Решение проблемы, на мой взгляд, лежит на поверхности – российским производителям ЭВМ нужно на достаточно продолжительное время забыть о серийном выпуске и сосредоточить силы и средства на перспективных технологиях, которые в будущем станут стандартом для всех производителей на рынке. Есть ещё одно решение – избежать конкуренции на рынке путём разработки и выпуска ЭВМ, с принципиально отличающимся принципом работы (например, квантовые процессоры), производительность которых в десятки раз бы превосходила лучшие образцы современных ПУ западных производителей. Заключение Пусть в современной России и имеется мощная база для производства ЭВМ, эти ЭВМ выпускаются «уже устаревшими», при том, зачастую, с бесполезными аксессуарами. Эта серьёзная проблема делает бессмысленным серийное производство таких ЭВМ и требует решения. Возможных путей решения существует несколько, два из них приведены в теле этой работы. Список литературы и источников Журнал "Экспресс Электроника" Хэндлер В. Новая архитектура ЭВМ – как увеличить параллелизм, не увеличивая сложности // Системы параллельной обработки, Под ред. Д. Ивенса. – М.: Мир, 1985. Митропольский Ю.И. Суперкомпьютеры и микропроцессоры приоритеты исследований и разработок // Электроника : Наука, Технология, Бизнес. - 2000. https://ruxpert.ru/Российские_микропроцессоры http://zoom.cnews.ru/publication/item/51820/0 https://meduza.io/feature/2015/05/29/nestydnoe-importozameschenie https://ru.wikipedia.org/wiki/Baikal-T1  |