Памяти Владимира Андреевича Мельникова, выдающегося конструктора вычислительных систем и уникальной личности
Из публикаций Льва Николаевича Королёва
Незабвенный академик АН СССР В.А. Мельников принадлежит к той эпохе в истории нашей страны, когда главным стимулом деятельности людей, внесших свой неоспоримый вклад в развитие науки и техники, были цель и желание принести результатами своей работы пользу людям, обществу, державе. Когда стимул личной славы, личной материальной заинтересованности отодвигался на второй план и считался унижающим достоинство человека.
Представляется, что врожденные черты характера В.А. Мельникова в полной мере соответствовали гражданскому кредо поведения и деятельности: прежде всего дело, полезное для общества.
Когда говорят о менталитете россиянина, о загадочной душе русского человека, то подразумевают душевную щедрость, терпимость, любознательность, природный ум и сметку. Всеми этими качествами как личность обладал В.А. Мельников.
Эти прекрасные человеческие черты нашли отражение в его профессиональной деятельности выдающегося конструктора вычислительных машин и систем и организатора работы большого коллектива его коллег.
В.А. Мельников являлся непосредственным учеником великого глубоко почитаемого нами Сергея Алексеевича Лебедева, роль В.А. Мельникова в создании машин БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20, БЭСМ-4, БЭСМ-6 и АС-6 несомненно велика. Но В.А. Мельников никогда не подчеркивал и не выпячивал свою роль в разработке этих машин, составивших важный этап в развитии отечественной и мировой вычислительной техники. Он относил эти достижения к заслугам коллектива. В этом сказывалась его тактичность в отношении коллег и воспринятый, адекватный его существу, принцип жизни его учителя – С.А. Лебедева.
Нет ничего удивительного в том, что В.А. Мельников пользовался огромной симпатией людей соприкасавшихся с ним как по работе, так и в быту. При этом В.А. Мельников никогда не стремился специально что-либо делать чтобы завоевать эту симпатию, просто он был очень хорошим человеком во всех обстоятельствах.
Симпатии к нему привлекала его удивительно образная речь, насыщенная неожиданными афоризмами, его осязаемые выпуклые характеристики лиц и возникших ситуаций. В общении с ним подкупал его поэтический взгляд на природный мир и людей. Несомненно, это была поэтическая душа, наверное, он писал стихи - я так думаю, но не знаю.
Мировая вычислительная техника за десять-двенадцать прошедших лет шагнула далеко вперед. Отечественная вычислительная техника по всем нам известным причинам была остановлена в своем развитии и только в последние два-три года появилась надежда на некоторое оживление отечественных разработок в этом чрезвычайно важном направлении. Думается, что В.А. Мельников, глубоко переживая за державу, несмотря ни на какие обстоятельства, продолжал бы осуществление многих идей, которые были им и его последователями частично реализованы в таких важных по своему научному значению разработках как АС-6, Электроника ССБИС и МКП. Но этого к великому сожалению не случилось. Его безвременная кончина помешала этому.
Электроника наших дней позволяет на одном кристалле создавать процессоры миллиардной производительности, содержащие в своем составе несколько десятков миллионов логически активных элементов (транзисторов и диодов). Фирма Intel разрабатывает суперскалярный процессор, на чипе которого будут размещены 42 миллиона транзисторов. Это снимает ограничения для разработчиков архитектур, связанное с уровнем допустимой логической сложности схем процессора. Следует вспомнить, что в БЭСМ-6 число логически активных элементов было всего около 1 миллиона. Несомненным подвигом конструкторов того времени было создание при таких ограничениях вычислительных машин, способных успешно решать многие важнейшие задачи, которые позволили нашему государству быть на уровне мировых достижений во многих областях научно-технического прогресса, таких как исследования космоса, ядерные исследования, самолетостроение и др.
В этом большая заслуга школы академика С.А. Лебедева и его учеников, таких как В.А. Мельников.
Наблюдая за соревнованием крупнейших фирм в сфере создания архитектур новых и новейших суперскалярных микропроцессоров, логическая сложность которых увеличивается по экспоненте, следуя закону Мура, невольно вспоминаешь те удивительно простые и логически прозрачные решения, которые были реализованы в архитектурах машин семейства БЭСМ-6/АС-6. Как представляется, в современных разработках архитектур процессоров не удалось найти простых решений, обеспечивающих высокую эффективность локального параллелизма в динамике работы процессора. Возможно по той причине, что нет конструкторов уровня С.А. Лебедева и Сеймура Крея. Возможно потому, что нет необходимости искать экономные по сложности решения.
Если взглянуть на архитектуру процессоров 21 века, отбросив соображения сохранения программной преемственности на уровне машинных кодов, соображения экономической целесообразности и сложности производства новых интегральных схем, не включающих в свой состав целые блоки предыдущих разработок, то возникает много вопросов, почему сделано так, а не иначе.
Например, во всех современных процессорах сосуществуют быстрые регистры общего назначения с системой перенумерования их адресов, кэш-памяти нескольких уровней. Все эти устройства предназначены для одной цели - оперативного хранения часто используемых результатов промежуточных вычислений. Вкупе они составляют неоднородную локальную память со всеми вытекающими проблемами обеспечения когерентности при доступе к общим данным в многопроцессорных системах, построенных с использованием таких процессоров.
В каждом новом процессоре имеется блок анализа и предсказания переходов, от работы которого зависит частота остановки конвейера потока команд. Эффективность предсказаний оценивается в 90-95%. Это означает, что конвейер команд прерывается часто – один раз из двадцати при выполнении команд перехода. Если к этому прибавить его приостановки из-за переключения с задачи на задачу в многопрограммном режиме, то возникает подозрение о целесообразности усложнения логики предсказаний, требующей больших аппаратных затрат.
Далее, в суперскалярах увеличивается число функциональных арифметических устройств, каждое из которых конвейеризовано, и они объединяются в конвейеры для работы с «зацепленными» данными. Логика распределения ресурсов функциональных устройств возлагается на логически сложные схемы интерпретации действий локальной аппаратно реализованной операционной системы.
Как представляется, имело бы смысл провести тщательный научный анализ с привлечением средств имитационного моделирования, математических методов анализа, чтобы понять где «масло масляное», а где затраты на сложность логики оправданы.
Следует отметить отрадный факт, состоящий в том, что появились, наконец, отечественные разработки в области создания новых оригинальных архитектур процессоров. Имеется в виду разработки, проводимые под руководством академика РАН В.С. Бурцева, член-корр. РАН Б.А. Бабаяна, член–корр. РАН Ю.И. Митропольского – учеников С.А. Лебедева. Эти работы должны быть всячески поддержаны. Вместе с тем, необходимы чисто научно–исследовательские академические работы по сравнительному анализу наших и зарубежных результатов, чтобы возникли новые концепции в создании основного элемента вычислительных средств – процессора или процессоров, пригодных для образования многопроцессорных систем, кластеров различного назначения, серверов и хранилищ данных.
В заключение хотелось бы отметить, что часто мы забываем о тех идеях, которые уже были ранее высказаны и реализованы учеными нашего отечества, воспринимая зарубежные инновации как новое слово в развитии вычислительной техники и её приложений. Например, привлекательные идеи метакомпьютинга, создания GRID-систем, появившиеся в последнее время, на самом деле есть повторение на новом витке развития техники компьютеров и связи того, что у нас когда-то называлось системами коллективного пользования, ОГАС, ГСВЦ. При этом следует отметить, что эти идеи построения единого информационного пространства страны были в стадии НИИОКР, то есть осуществлялось их конкретное проектирование. Наверное, многое из того, что было сделано в далекие времена 60-70 годов прошлого столетия, могло бы пригодится и сейчас. Это относится также к нашему наследию в области развития архитектур вычислительных систем. Важно это наследие не только беречь, но и с пользой для дела употреблять.