[ezup]

Тургеневская площадь, офис банка ВТБ – бывшее здание Министерства радиотехнической и электронной промышленности СССР – построено в 1982 году. Источник: moskva.pictures

Инвалидам на слуховые аппараты

Напомним, что Bell Type A были настолько ненадежны, что основной их заказчик – Пентагон, отозвал контракт на их использование в военной аппаратуре. Советские руководители, уже тогда привыкшие ориентироваться на Запад, совершили фатальную ошибку, решив, что само направление транзисторной техники бесперспективно. Разница с американцами у нас была только в одном – отсутствие интереса со стороны военных в США означало лишь потерю одного (хоть и богатого) заказчика, в СССР же бюрократический вердикт мог приговорить целую отрасль.

Существует распространенный миф, что именно из-за ненадежности Type A военные не только отказались от него, но и отдали его инвалидам на слуховые аппараты и позволили, вообще, рассекретить эту тему, сочтя ее бесперспективной. Отчасти это объясняется желанием оправдать аналогичный подход к транзистору со стороны советских чиновников.

На самом деле все было немного не так.

Bell Labs понимала, что значение этого открытия огромно, и делала всё от неё зависящее, чтобы транзистор случайно не засекретили. Перед первой пресс-конференцией 30 июня 1948 прототип нужно было показать военным. Была надежда на то, что они не станут засекречивать его, но на всякий случай лектор Ральф Боун (Ralph Bown) подстраховался и сказал, что «ожидается, что транзистор будет использоваться главным образом в слуховых аппаратах для глухих». В результате пресс-конференция прошла без помех, а после того, как о ней поместили заметку в New York Times, секретить что-то стало уже поздно.

У нас же часть про «аппараты для глухих» советские партийные бюрократы поняли буквально, а узнав, что Пентагон не проявил интереса к разработке настолько, что ее даже воровать не пришлось – открытую статью аж в газете опубликовали, не осознав контекст, решили, что транзистор бесполезен.

Вот воспоминания одного из разработчиков Я. А. Федотова:

К сожалению, в ЦНИИ-108 эти работы были прерваны. Старое здание физфака МГУ на Моховой отдали под вновь образованный ИРЭ АН СССР, куда перешла на работу значительная часть творческого коллектива. Военнослужащие вынуждены были остаться в ЦНИИ-108, и только часть сотрудников перешла на работу в НИИ-35. В ИРЭ АН СССР коллектив занялся фундаментальными, а не прикладными исследованиями… Радиотехническая конструкторская элита отнеслась с сильным предубеждением к рассмотренному выше новому типу приборов. В 1956 году в Совмине на одном из совещаний, определявших судьбу полупроводниковой промышленности в СССР, прозвучало следующее:
«Транзистор никогда не войдет в серьезную аппаратуру. Основная перспективная область их применения – это аппараты для тугоухих. Сколько для этого потребуется транзисторов? Тысяч тридцать пять в год. Пусть этим занимается Министерство социального обеспечения». Указанное решение на 2–3 года затормозило развитие полупроводниковой промышленности в СССР.

Такое отношение было страшно не только тем, что оно тормозило развитие полупроводников.

Да, первые транзисторы были кошмарны, но на Западе понимали (по крайней мере, те, кто их создал!), что это на порядки более полезный прибор, чем просто замена лампы в радиоле. Сотрудники Bell Labs в этом отношении были настоящие визионеры, они хотели применить транзисторы в вычислительной технике, и они применили их, даже несмотря на то, что это был убогий Type A, имевший кучу недостатков.

Американские проекты новых ЭВМ стартовали буквально через год после начала серийного производства самых первых версий транзистора. AT&T провела ряд пресс-конференций для ученых, инженеров, представителей корпораций и, да, военных тоже, и опубликовала многие ключевые аспекты технологии, не став их патентовать. В итоге уже к 1951 Texas Instruments, IBM, Hewlett-Packard и Motorola производили транзисторы для коммерческих применений. В Европе тоже были к ним готовы. Так, Philips и вовсе изготовила транзистор, пользуясь только информацией из американских газет.

Первые советские транзисторы точно так же абсолютно не подходили для логических схем, как и Type A, но у нас никто и не собирался их использовать в таком качестве, и это и было печальнее всего. В результате инициатива в разработке снова была отдана янки.

США


В 1951 году уже известный нам Шокли докладывает о своем успехе в создании радикально нового, в разы более технологичного, мощного и стабильного транзистора – классического биполярного. Такие транзисторы (в отличие от точечных, все их кучей обычно называют плоскостными) можно было получать несколькими возможными способами, исторически первым серийным стал метод выращивания pn-перехода (Texas Instruments, Gordon Kidd Teal, 1954, кремний). Из-за большей площади перехода такие транзисторы имели худшие частотные свойства, чем точечные, зато могли пропускать во много раз большие токи, меньше шумели, а самое главное – их параметры были стабильны настолько, что впервые их стало возможно указывать в справочниках по радиоаппаратуре. Увидев такое дело, уже осенью 1951 года Пентагон передумал насчет закупки.

Из-за технической сложности кремниевые технологии 1950-х годов отставали от германиевых, но у Texas Instruments был гений Гордона Тила, позволивший решить эти проблемы. И три последующих года, когда TI была единственным производителем кремниевых транзисторов в мире, озолотили компанию и сделали её крупнейшим поставщиком полупроводников. General Electric выпустила альтернативный вариант – сплавные германиевые транзисторы в 1952 году. Наконец, в 1955 году появился самый прогрессивный вариант (сначала на германии) – мезатранзистор (или диффузионно-сплавной). В том же году их начал выпускать Western Electric, но все первые транзисторы ушли не на открытый рынок, а военным и на нужды самой компании.

Европа


В Европе германиевые транзисторы по такой схеме стала выпускать Philips, а кремниевые – Siemens. Наконец, в 1956 году в Shockley Semiconductor Laboratory было внедрено так называемое мокрое окисление, после чего восемь соавторов техпроцесса поругались с Шокли и, найдя инвестора, основали могущественную компанию Fairchild Semiconductor, которая и выпустила в 1958 году знаменитый 2N696 – первый кремниевый биполярный диффузионный транзистор мокрого окисления, широко коммерчески доступный на рынке США. Создателем его был легендарный Гордон Мур (Gordon Earle Moore), в будущем автор закона Мура и основатель Intel. Так Fairchild, обойдя TI, стала абсолютным лидером отрасли и удерживала первенство до конца 60-х.

Открытие Шокли не только озолотило янки, но и невольно спасло отечественную транзисторную программу – после 1952 года в СССР убедились в том, что транзистор куда более полезный и универсальный прибор, чем было принято считать, и бросили все силы на повторение этой технологии.

СССР


Разработка первых советских германиевых плоскостных транзисторов началась через год после General Electric – в 1953 году, в серийное производство КСВ-1 и КСВ-2 пошли в 1955 году (позже, как обычно, все было многократно переименовано, и они получили индексы П1). К их существенным недостаткам относилась низкая температурная стабильность, а также большой разброс параметров, это обуславливалось особенностями выпуска по-советски.

Е. А. Катков и Г. С. Кромин в книге «Основы радиолокационной техники. Часть II» (Военное издательство МО СССР, 1959) описывали это так:

«...электроды транзистора, дозируемые из проволоки вручную, графитовые кассеты, в которых производилась сборка и формирование pn-переходов, – эти операции требовали точности, …время процессов контролировалось секундомером. Всё это не способствовало высокому выходу годных кристаллов. Он и был поначалу от нуля до 2–3 %. Не способствовала высокому выходу и производственная обстановка. Вакуумная гигиена, к которой привыкла «Светлана», для производства полупроводниковых приборов была недостаточна. Это же относилось и к чистоте газов, воды, воздуха, атмосферы на рабочих местах… и к чистоте применяемых материалов, и к чистоте тары, и к чистоте полов и стен. Наши требования встречали непонимание. На каждом шагу руководители нового производства натыкались на искреннее возмущение служб завода:
«Все вам даем, а вам все не то!»
Не один месяц прошел, пока заводской коллектив усвоил и научился выполнять необычные, избыточные, как тогда казалось, требования новорожденного цеха».

Я. А. Федотов, Ю. В. Шмарцев в книге «Транзисторы» (Советское Радио, 1960) пишут:

Наш первый прибор вышел довольно нескладным, поскольку, работая среди вакуумщиков во Фрязино, мы мыслили себе конструкции как-то иначе. Наши первые НИРовские образцы тоже были сделаны на стеклянных ножках с вваренными выводами, и очень трудно было понять, как эту конструкцию герметизировать. Конструкторов у нас не было, как, впрочем, и никакого оборудования. Не удивительно, что первая конструкция приборов была очень примитивной, безо всякой сварки. Была только закатка, и делать их было очень трудно...

В довершение первоначального неприятия, никто не спешил строить новые полупроводниковые заводы – «Светлана» и «Оптрон» могли производить десятки тысяч транзисторов в год при потребностях в миллионы. В 1958 году под новые предприятия были выделены помещения по остаточному принципу: разрушенное здание партшколы в Новгороде, спичечная фабрика в Таллине, завод «Сельхоззапчасть» в Херсоне, ателье бытового обслуживания в Запорожье, макаронная фабрика в Брянске, швейная фабрика в Воронеже и коммерческий техникум в Риге. Потребовалось почти десять лет для того, чтобы на этой базе создать сильную полупроводниковую промышленность.

Состояние заводов было ужасающим, вот что вспоминает Сусанна Мадоян:

…возникло много полупроводниковых заводов, но каким-то странным образом: в Таллине полупроводниковое производство организовали на бывшей спичечной фабрике, в Брянске – на базе старой макаронной фабрики. В Риге под завод полупроводниковых приборов отвели здание физкультурного техникума. Так что, начальные работы везде были тяжелые, я помню, в первую командировку в Брянске я искала макаронный завод и попала на новую фабрику, там мне объяснили, что есть еще старая, и на ней я чуть ногу не сломала, оступившись в луже, причем на полу в коридоре, который вел в кабинет директора… Мы использовали в основном женский труд на всех сборочных участках, в Запорожье было много безработных женщин.

Избавиться от недостатков ранних серий удалось только к П4, результатом чего стала их дивно долгая жизнь, последние из них выпускались до 80-х годов (серии П1–П3 были свернуты к 1960-му), а вся линейка германиевых сплавных транзисторов насчитывала разновидности вплоть до П42. Практически все отечественные статьи о разработке транзисторов завершаются дословно одинаковым хвалебным панегириком:

В 1957 году советская промышленность выпустила 2,7 млн транзисторов. Начавшееся создание и развитие ракетной и космической техники, а затем и вычислительных машин, а также потребности приборостроения и других отраслей экономики полностью удовлетворялись транзисторами и другими электронными компонентами отечественного производства.

К сожалению, реальность была куда печальнее.

В 1957 году на 2,7 млн советских транзисторов США выпустило уже более 28 миллионов. Из-за указанных проблем такие темпы были для СССР недостижимы, и через десять лет – в 1966 году выпуск впервые преодолел отметку в 10 млн. К 1967 году объемы составили, соответственно, 134 млн советских и 900 млн американских, сократить разрыв существенно нам так и не удалось. Кроме того, наши успехи с германиевыми П4–П40 оттянули силы от перспективной технологии кремния, результатом чего стал выпуск этих удачных, но сложных, вычурных, довольно дорогих и стремительно устаревающих моделей вплоть до 80-х годов.

Сплавные кремниевые транзисторы получили индекс из трех цифр, первыми были опытные серии П101–П103А (1957), в силу куда более сложного техпроцесса даже в начале 60-х годов выход годных не превышал 20 %, что было, мягко говоря, плохо. С маркировкой в СССР по-прежнему была беда. Так, трехциферные коды получили не только кремниевые, но и германиевые транзисторы, в частности, чудовищный П207А/П208 размером почти с кулак, самый мощный германиевый транзистор в мире (больше таких монстров нигде родить не догадались).

Отечественный макроэлектронный прибор – германиевый транзистор на 25 А (фото http://www.155la3.ru)

Только после стажировки отечественных специалистов в Кремниевой долине (1959–1960, об этом периоде мы еще поговорим ниже) началось активное воспроизведение американской кремниевой меза-диффузионной технологии.

Первые транзисторы в космосе – советские


Первой стала серия П501/П503 (1960), очень неудачная, с выходом годных – менее 2 %. Здесь мы не упомянули иные серии германиевых и кремниевых транзисторов, их было довольно много, но вышесказанное, в общем-то, справедливо и для них.

По распространенному мифу, П401 появились уже в передатчике первого ИСЗ «Спутник-1», однако проведенное любителями космоса с Хабра исследование показало, что это не так. Официальный ответ от директора Департамента автоматических космических комплексов и систем Госкорпорации «Роскосмос» К. В. Борисова гласил:

По имеющимся в нашем распоряжении рассекреченным архивным материалам, на первом советском искусственном спутнике Земли, запущенном 4 октября 1957 года, была установлена разработанная в АО РКС (ранее НИИ-885) бортовая радиостанция (прибор Д-200), состоящая из двух радиопередатчиков, работавших на частотах 20 и 40 МГц. Передатчики были выполнены на радиолампах. Других радиоприборов нашей разработки на первом спутнике не было. На втором спутнике, с собакой Лайкой на борту, были установлены такие же радиопередатчики, как и на первом спутнике. На третьем спутнике были установлены другие радиопередатчики нашей разработки (шифр «Маяк»), работающие на частоте 20 МГц. Радиопередатчики «Маяк», обеспечивающие выходную мощность 0,2 Вт, были выполнены на германиевых транзисторах серии П-403.

Однако дальнейшее расследование показало, что радиоаппаратурой оборудование спутников не исчерпывалось, и германиевые триоды серии П4 были впервые применены в телеметрической системе «Трал»2 – разработки Спецсектора Отдела научно-исследовательских работ МЭИ (сейчас АО «ОКБ МЭИ») на втором спутнике 4 ноября 1957 года.

Таким образом, первые транзисторы в космосе оказались советскими.

Проведем небольшое исследование и мы – когда же в СССР стали применять транзисторы в вычислительной технике?

В 1957–1958 годах кафедра автоматики и телемеханики ЛЭТИ первой в СССР начала исследование применения германиевых транзисторов серии П. Что это были за транзисторы, точно неизвестно. Работавший как раз с ними В. А. Торгашев (в будущем отец динамических архитектур ЭВМ, мы еще о нем поговорим, а в те годы – студент) вспоминает:

Осенью 1957 года я, будучи студентом третьего курса ЛЭТИ, занимался на кафедре автоматики и телемеханики практической разработкой цифровых устройств на транзисторах П16. К этому времени транзисторы в СССР были не только общедоступны, но и дешевы (в пересчете на американские деньги менее доллара за штуку).

Однако ему возражает конструктор ферритовой памяти для «Урала» Г. С. Смирнов:

…в начале 1959 года появились отечественные германиевые транзисторы П16, пригодные для логических переключающих схем относительно невысокого быстродействия. На нашем предприятии базовые логические схемы импульсно-потенциального типа разработал Е. Шприц со своими коллегами. Мы решили использовать их в своем первом модуле ферритовой памяти, в электронике которого не было бы ламп.

Вообще, память (а также на старости лет фанатичное увлечение Сталиным) сыграли с Торгашевым злую шутку, и он склонен немного идеализировать свои юные годы. В любом случае в 1957 году ни о каких вагонах П16 для студентов-электротехников и речи быть не могло. Самые ранние известные их прототипы относят к 1958 году, а экспериментировать с ними стали электронщики, как и писал конструктор «Урала», не ранее 1959 года. Из отечественных транзисторов именно П16 были, пожалуй, первыми, спроектированными для импульсных режимов, потому они и нашли широкое применение в ранних ЭВМ.

Исследователь советской электроники А. И. Погорилый пишет про них:

Чрезвычайно популярные транзисторы для работы в импульсных и переключательных схемах. [В дальнейшем] выпускались в холодносварных корпусах как МП16–МП16Б для спецприменений, аналогичные для шиpпотpеба – МП42–МП42Б… Собственно, транзисторы П16 и отличались от П13–П15 только тем, что за счет технологических мер импульсная утечка была минимизирована. Но не сведена к нулю – не зря типичная нагрузка П16 это 2 килоома при напряжении питания 12 вольт, в этом случае 1 миллиампер импульсной утечки не сильно влияет. Собственно, до П16 использование транзисторов в ЭВМ было малореально, не обеспечивалась надежность при работе в режиме переключения.

В 1960-е годы выход годных транзисторов этого типа составлял 42,5 %, что было довольно высоким показателем. Интересно, что транзисторы П16 массово применялись в военных машинах чуть ли не до 70-х годов. При этом, как и всегда в СССР, мы шли практически один в один с американцами (и опережая почти все прочие страны) в теоретических разработках, но безнадежно увязли в серийном воплощении светлых идей.

Работа над созданием первого в мире компьютера с транзисторным АЛУ началась в 1952 году в альма-матер всей британской школы вычислительной техники – Манчестерском университете, при поддержке фирмы Metropolitan-Vickers. Британский аналог Лебедева, знаменитый Том Килбурн (Tom Kilburn) и его команда, Ричард Гримсдейл (Richard Lawrence Grimsdale) и Д. К. Уэбб (D. C. Webb), используя транзисторы (92 штуки) и 550 диодов, смогли уже через год запустить Manchester Transistor Computer. Проблемы с надежностью проклятых точечных приборов привели к тому, что среднее время работы составляло около 1,5 часа. В итоге Metropolitan-Vickers использовала вторую версию MTC (уже на биполярных транзисторах) как прототип для своего Metrovick 950. Было построено шесть компьютеров, первый из которых был завершен в 1956 году, они успешно использовались в различных отделах компании и проработали около пяти лет.

Второй в мире транзисторный компьютер, знаменитый Bell Labs TRADIC Phase One Сomputer (позже последовали Flyable TRADIC, Leprechaun и XMH-3 TRADIC) был построен Жаном Говардом Фелкером (Jean Howard Felker) с 1951 по январь 1954 года в той же лаборатории, что подарила миру транзистор, в качестве proof-of-concept, доказавшей жизнеспособность идеи. Phase One был собран на 684 транзисторах Type A и 10358 точечных германиевых диодах. Flyable TRADIC имел достаточно малые размеры и вес для установки на стратегических бомбардировщиках B-52 Stratofortress, став первым летающим электронным вычислителем. При этом (малоупоминаемый факт) TRADIC не был компьютером общего назначения, а скорее – монозадачным вычислителем, а транзисторы использовались в качестве усилителей между диодно-резистивными логическими схемами или линиями задержки, выполнявшими функции оперативной памяти всего лишь на 13 слов.

Третьим (и первым полностью транзисторным от и до, в предыдущих еще использовались лампы в тактовом генераторе) стал британский Harwell CADET, построенный Исследовательским институтом атомной энергии в Харуэлле на точечных 324 транзисторах британской компании Standard Telephones and Cables. Он был завершен в 1956 году и работал еще около 4-х лет, иногда по 80 часов непрерывно. На Harwell CADET кончилась эпоха прототипов, выпускаемых по одному в год. Начиная с 1956 года транзисторные компьютеры вырастают как грибы после дождя по всему миру.

В том же году выходит японский Electrotechnical Laboratory ETL Mark III (начат в 1954 году, японцы отличились редкой прозорливостью) и MIT Lincoln Laboratory TX-0 (потомок знаменитого Whirlwind и прямой предок легендарной серии DEC PDP). 1957 год взрывается целой серией первых в мире военных транзисторных ЭВМ: компьютер МБР Burroughs SM-65 Atlas ICBM Guidance Computer MOD1, бортовой компьютер Ramo-Wooldridge (будущая знаменитая TRW) RW-30, UNIVAC TRANSTEC для US Navy и его брат UNIVAC ATHENA Missile Guidance Computer для US Air Force.

Первая в мире БЦВМ Ramo-Wooldridge RW-30 и схема применения БЦВМ для самолета (фото – University of Southern California Digital Library и The Ramo-Wooldridge Corporation, E. M. Grabbe – Some Recent Developments in Digital Control systems, Feb 1957

В следующие пару лет продолжали появляться многочисленные ЭВМ: канадский DRTE Computer (разработанный Оборонным телекоммуникационным исследовательским учреждением, оно же занималось канадскими радарами), голландский Electrologica X1 (разработан Математическим центром в Амстердаме и выпущен фирмой Electrologica для продажи в Европе, всего около 30 машин), австрийский Binär dezimaler Volltransistor-Rechenautomat (также известный как Mailüfterl), построенный в Венском технологическом университете Хайнцем Земанеком (Heinz Zemanek) при сотрудничестве с фирмой Zuse KG в 1954–1958 годах. Он послужил прототипом для транзисторного Zuse Z23, того самого, что закупали чехи, чтобы раздобыть ленту для EPOS. Земанек явил чудеса изворотливости, построив машину в послевоенной Австрии, где и спустя 10 лет ощущалась нехватка высокотехнологичных производств, транзисторы он добыл, попросив о пожертвовании голландскую Philips.

Естественно, был налажен выпуск и куда более крупных серий – IBM 608 Transistor Calculator (1957, США), первый транзисторный серийный мэйнфрейм Philco Transac S-2000 (1958, США, на собственных транзисторах Philco), RCA 501 (1958, США), NCR 304 (1958, США). Наконец, в 1959 году выпускается знаменитый IBM 1401 – родоначальник Series 1400, которых за 4 года было выпущено более десяти тысяч.

Вдумайтесь в эту цифру – более десяти тысяч, не считая компьютеров всех других американских компаний. Это больше, чем выпускал СССР десять лет спустя и больше, чем все выпущенные советские машины с 1950 по 1970 годы. IBM 1401 просто взорвал американский рынок – в отличие от первых ламповых мэйнфреймов, стоивших десятки миллионов долларов и установленных лишь в самых крупных банках и корпорациях, серия 1400 была по карману даже среднему (а позже и малому) бизнесу. Это был концептуальный предок ПК – машина, которую могла себе позволить едва ли не каждая контора Америки. Именно серия 1400 дала чудовищное ускорение американскому бизнесу, по важности для страны эта линейка стоит вровень с баллистическими ракетами. После распространения 1400-х ВВП Америки буквально удвоился.

Рекламный «Датамобиль» IBM на улицах Копенгагена и IBM 1401 во всей славе (фото www.ibm.com)

В общем, как мы видим, к 1960 году США совершили колоссальный рывок не за счет гениальных изобретений, а за счет гениального менеджмента и успешного внедрения того, что они наизобретали. До повальной компьютеризации Японии оставалось еще 20 лет, Британия, как мы и говорили, свои компьютеры прозевала, ограничившись прототипами и очень малыми (порядка десятков машин) сериями. То же самое было повсеместно в мире, здесь СССР не стал исключением. Технические разработки у нас были вполне на уровне ведущих западных стран, но по внедрению этих разработок в настоящее массовое (десятками тысяч машин) производство – увы, мы, в общем, тоже были на уровне Европы, Британии и Японии.

Советский подход к разработкам – зесекретить так, чтобы даже соседний НИИ не узнал, снять гриф году так в 2000. Американский подход – реклама военного компьютера Univac ATHENA и реклама самой Sperry UNIVAC «Конечно, мы производим компьютеры, но наш бизнес – оборонные системы!» (Air Force Magazine, том 47).

«Сетунь»


Из интересного отметим, что в те же годы в мире появилось несколько уникальных машин, использующих вместо транзисторов и ламп куда менее банальные элементы. Две из них были собраны на амплистатах (они же трансдукторы или магнитные усилители, основанные на наличии у ферромагнетиков петли гистерезиса и предназначенные для преобразования электрических сигналов). Первой такой машиной стала советская «Сетунь», построенная Н. П. Брусенцовым из МГУ, она также была единственным серийным троичным компьютером в истории («Сетунь», впрочем, заслуживает отдельного разговора).

Одно из немногих фото той самой, первой «Сетуни» в МГУ (куда чаще можно встретить фото ее второй версии – «Сетунь-70») и частично развандаленные троичные логические ячейки от нее (фото – МГУ и Б. М. Малашевич)

Вторую машину выпустило во Франции Société d'électronique et d'automatisme (Общество электроники и автоматики, основанное в 1948 году, сыграло ключевую роль в развитии французской компьютерной индустрии, подготовив несколько поколений инженеров и построив 170 компьютеров в период с 1955 по 1967 годы). В основе S.E.A CAB-500 лежали схемы с магнитным сердечником Symmag 200, разработанные S.E.A. Они собирались на тороидах с питанем от цепи 200 кГц. В отличие от «Сетуни» CAB-500 был бинарным.

Фото, увы, плохого качества, раритетной машины S.E.A CAB-500 и схема Symmag 200 рядом с самим элементом (фото из архива французских фанатов старых компьютеров, https://www.histoireinform.com)

Наконец, своим путем пошли японцы и разработали в 1958 году в University of Tokyo PC-1 Parametron Computer – машину на параметронах. Это элемент логических схем, изобретённый японским инженером Эйити Гото (Eiichi Goto) в 1954 году – резонансная схема с нелинейными реактивным элементом, который поддерживает колебания с частотой, равной половине основной частоты. Эти колебания могут представлять двоичный символ путём выбора между двумя стационарными фазами. На параметронах было построено целое семейство прототипов, кроме PC-1 известны MUSASINO-1, SENAC-1 и другие, в начале 1960-х Япония, наконец, получила качественные транзисторы и от более медленных и сложных параметронов отказалась. Однако улучшенный вариант MUSASINO-1B, построенный Nippon Telegram and Telephone Public Corporation (NTT), позднее продавался компанией Fuji Telecommunications Manufacturing (ныне Fujitsu) под названием FACOM 201 и послужил основой ряда ранних компьютеров Fujtisu, построенных на параметронах.

Создатель первого японского компьютера на параметронах Хидэтоси Такаси (Hidetosi Takahasi, справа) и изобретатель Эйити Гото собирают PC-1, ячейка АЛУ на параметронах от PC-1 (фото музея наследия японской вычислительной техники, http://museum.ipsj.or.jp)

«Радон»


В СССР же в плане транзисторных машин возникло два магистральных направления: переделка на новой элементной базе существующих ЭВМ и параллельно секретная разработка новых архитектур – для военных. Второе направление у нас было настолько люто засекречено, что информацию о ранних транзисторных машинах 1950-х годов приходится собирать буквально по крупицам. Всего существовало три проекта неспециализированных вычислителей, доведенных до стадии работающего компьютера: М-4 Карцева, «Радон» и самый мистический – М-54 «Волга».

С проектом Карцева все более-менее ясно. Лучше всего об этом скажет он сам (из воспоминаний 1983 года, незадолго до смерти):

В 1957 году… началась разработка одной из первых в Советском Союзе транзисторных машин М-4, работавшей в реальном времени и прошедшей испытания.
В ноябре 1962 года вышло постановление о запуске М-4 в серийное производство. Но мы-то прекрасно понимали, что машина для серийного производства не годится. Это была первая опытная машина, сделанная на транзисторах. Она трудно настраивалась, её было бы трудно повторить в производстве и, кроме того, за период 1957–1962 годов полупроводниковая техника сделала такой скачок, что мы могли бы сделать машину, которая была бы на порядок лучше, чем М-4, и на порядок мощнее, чем вычислительные машины, которые выпускались к тому времени в Советском Союзе.
Всю зиму 1962–1963 года шли жаркие споры.
Руководство института (мы тогда были в Институте электронных управляющих машин) категорически возражало против разработки новой машины, утверждая, что в такие короткие сроки мы этого сделать ни за что не успеем, что это авантюра, что этого не будет никогда...

Отметим, что слова «это авантюра, вы не сможете» Карцеву говорили всю его жизнь, и всю жизнь он мог и делал, так случилось и тогда. М-4 была доделана, и в 1960 году употреблена по прямому назначению для экспериментов в области ПРО. Было изготовлено два комплекта, работавших совместно с радиолокационными станциями экспериментального комплекса до 1966 года. В ОЗУ опытного образца М-4 также пришлось использовать до 100 электронных ламп. Впрочем, мы уже упоминали, что это было нормой тех лет, первые транзисторы для такой задачи вообще не подходили, например, в ферритовой памяти MIT (1957 год) для экспериментальной ТХ-0 использовалось 625 транзисторов и 425 ламп.

С «Радон» уже сложнее, эта машина разрабатывалась с 1956 года, за транзисторы отвечал, как обычно, отец всей серии «П» – НИИ-35 (собственно, под «Радон» они и начали разрабатывать П16 и П601 – сильно улучшенные по сравнению с П1/П3), за заказ – СКБ-245, разработка шла в НИЭМ, а производили на московском заводе САМ (вот такая непростая генеалогия). Главный конструктор – С. А. Крутовских.

Впрочем, с «Радоном» дело пошло хуже, и машину закончили только к 1964 году, так что в число первых она уже никак не влезала, более того, в этом году уже появились прототипы микросхем, а ЭВМ в США стали собирать на SLT-модулях. Возможно, причина задержки была в том, что эта эпическая машина занимала 16 шкафов и зал в 150 кв. м, а процессор содержал аж два индексных регистра, что по меркам советских машин тех лет было неимоверно круто (вспоминая БЭСМ-6 с примитивной схемой «регистр-аккумулятор» можно порадоваться за программистов «Радона»). Всего было сделано 10 экземпляров, работавших (и безнадежно устаревших) до середины 1970-х.

«Волга»


Ну и наконец, без преувеличения самая таинственная машина СССР – «Волга».

Она секретна настолько, что информации о ней нет даже в известнейшем Виртуальном компьютерном музее (https://www.computer-museum.ru/), и даже Борис Малашевич обошел ее стороной во всех своих статьях. Можно было бы решить, что она вообще не существовала, тем не менее архивные изыскания весьма авторитетного журнала об электронике и вычислительной технике (https://1500py470.livejournal.com/) приводят следующую информацию.

СКБ-245 было в определенном смысле максимально прогрессивным в СССР (да, согласимся, после «Стрелы» в это поверить сложно, но, оказывается, так и было!), они захотели разработать транзисторный компьютер буквально одновременно с американцами (!) еще в самом начале 1950-х, когда у нас даже не было налажено толком производство точечных транзисторов. В результате им пришлось делать все с нуля.

На заводе САМ было организовано производство полупроводников – диодов и транзисторов, специально под их военные проекты. Транзисторы изготавливались чуть ли не штучно, имели нестандартное все – от дизайна до маркировки, и даже самые фанатичные коллекционеры советских полупроводников до сих пор в массе своей не представляют, зачем они были нужны. В частности, на самом авторитетном сайте – коллекции советских полупроводников (http://www.155la3.ru/) о них говорится:

Уникальные, не побоюсь этого слова, экспонаты. Безымянные транзисторы московского завода «САМ» (счётно-аналитических машин). Имени у них нет, и ничего про их существование и особенности неизвестно вообще. По виду – какие-то экспериментальные, вполне возможно, что точечные. Известно, что этот завод в 50-е годы выпускал некие диоды Д5, применявшиеся в различных опытных ЭВМ, разрабатываемых в стенах того же завода (М-111, к примеру). Диоды эти, хотя и имели стандартное название, но считались несерийными и, как я понимаю, качеством также не блистали. Вероятно, эти безымянные транзисторы имеют такое же происхождение.

Как оказалось, транзисторы им были нужны для «Волги».

Машина разрабатывалась с 1954 по 1957 годы, имела (впервые в СССР и одновременно с MIT!) ферритовую память (и это в те времена, когда Лебедев бился за потенциалоскопы со «Стрелой» с тем же СКБ!), также впервые имела микропрограммное управление (впервые в СССР и одновременно с британцами!). Транзисторы САМ в более поздних версиях заменили на П6. Вообще, «Волга» была совершеннее TRADIC и вполне на уровне ведущих мировых образцов, превосходя типовую советскую технику на поколение. Руководили разработкой А. А. Тимофеев и Ю. Ф. Щербаков.

Что же с ней стало?

М-4 Карцева (слева) и самый секретный компьютер в мире – М-54 Волга (справа). От «Радона» фото не осталось вообще (фотографии http://ukrainiancomputing.org/ и https://1500py470.livejournal.com/

И вот тут включился легендарный советский менеджмент.

Разработка была засекречена настолько, что даже сейчас о ней слышали максимум пару человек (причем она не упоминается вообще нигде среди советских компьютеров). Прототип был передан в 1958 году в ВЦ МЭИ, где и затерялся. Созданная на его основе М-180 уехала в Рязанский радиотехнический институт, где ее постигла аналогичная судьба. И ни один из выдающихся технологических прорывов этой машины не был использован в серийных советских компьютерах того времени, и параллельно с разработкой этого чуда техники в СКБ-245 продолжали производить монструозную «Стрелу» на линиях задержки и лампах.

О «Волге» не знал ни один разработчик гражданских машин, даже Рамеев из того же СКБ, который получил транзисторы для «Урала» только в начале 1960-х. Тогда же в широкие массы стала проникать идея ферритовой памяти, с опозданием на 5–6 лет.

Что в этой истории убивает окончательно, так это то, что в апреле-мае 1959 года академик Лебедев ездил в США, чтобы посетить фирму IBM и MIT, и изучал там архитектуру американских компьютеров, параллельно рассказывая о советских передовых достижениях. Так вот, узрев TX-0, он похвастался, что Советский Союз построил аналогичную машину чуть ранее и упомнянул ту самую «Волгу»! В результате статья с ее описанием появилась в Communications of the ACM (V. 2 / N.11 / November, 1959), притом, что в СССР об этой машине знали на протяжении следующих 50 лет максимум несколько десятков человек.

О том, как повлияла и повлияла ли эта командировка на разработки самого Лебедева, в частности, БЭСМ-6, мы поговорим позже.

Лебедев (весьма узнаваемый на любой фотографии) в США и отрывок той самой статьи (фото https://1500py470.livejournal.com/)

Первая в истории компьютерная анимация


Помимо этих трех ЭВМ к 1960-м был подготовлен выпуск ряда специализированных военных машин с малоосмысленными индексами 5Э61 (Базилевский Ю. Я., СКБ-245, 1962 г.) 5Э89 (Я. А. Хетагуров, МНИИ 1, 1962 г.) и 5Э92б (С. А. Лебедев и В. С. Бурцев, ИТМиВТ, 1964 г.).

Тут же подтянулись и гражданские разработчики, в 1960 году группа Е. Л. Брусиловского в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2» (переделанный ламповый «Раздан»), ее серийный выпуск начат в 1961 году. В том же году Лебедев строит БЭСМ-3М (переделанная на транзисторы М-20, прототип), в 1965 году начинается выпуск основанной на ней БЭСМ-4 (всего 30 машин, зато на ней была покадрово обсчитана первая анимация в мире – крошечный мультфильм «Кошечка»!). В 1966 году появляется венец конструкторской школы Лебедева – БЭСМ-6, обросшая с годами мифами, как старый корабль ракушками, но настолько важная, что мы посвятим ее изучению отдельную часть.

Все любят кошек! БЭСМ-4 и первая в истории компьютерная анимация (фото https://ru.wikipedia.org/)

Середина 1960-х считается золотым веком советских ЭВМ – в это время были выпущены компьютеры, имеющие многие уникальные архитектурные особенности, позволившие им по праву войти в анналы мировой вычислительной техники. Кроме того, впервые выпуск машин хоть и оставался ничтожным, но достиг уровня, когда эти машины смогли увидеть хотя бы немногие инженеры и ученые за пределами московских и ленинградских оборонных НИИ.

Минским заводом вычислительной техники им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена транзисторная «Минск-2», а затем ее модификации с «Минск-22» по «Минск-32». В Институте кибернетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова разрабатывается ряд малых машин: «Промiнь» (1962 г.), МИР (1965 г.) и МИР-2 (1969 г.) – впоследствии применяемых в ВУЗах и НИИ. В 1965 году в Пензе была запущена в производство транзисторная версия «Уралов» (главный конструктор Б. И. Рамеев, «Урал-11», «Урал-12» были сериями, а «Урал-16» – наиболее мощный – остался единственным). Вообще, с 1964 по 1969 годы транзисторные компьютеры начали производить почти в каждом регионе – кроме «Минска», в Белоруссии выпускали машины «Весна» и «Снег», на Украине – специализированные управляющие ЭВМ «Днепр», в Ереване – «Наири».

У всего этого великолепия было лишь несколько проблем, но их острота с каждым годом все возрастала.

Во-первых, по давней советской традиции не только машины разных КБ были несовместимы между собой, но даже машины одной линейки! Например, «Минск» оперировал байтами размером 31 бит (да, 8-битный байт появился в S/360 в 1964 году и стандартом стал далеко не сразу), «Минск-2» – 37 бит, а «Минск-23», вообще, имел уникальную и ни с чем не совместимую систему команд переменной длины, опирающихся на битовую адресацию и символьную логику – и все это на протяжении 2–3 лет выпуска.

Советские конструкторы были похожи на играющих детей, которые зациклились на идее сделать что-нибудь очень интересное и увлекательное, полностью игнорируя все проблемы реального мира – сложность серийного производства и инженерной поддержки кучи разных моделей, подготовки специалистов, разбирающихся одновременно в десятках полностью несовместимых машин, переписывание вообще всего ПО (причем зачастую даже не на ассемблере, а прямо в бинарных кодах) для каждой новой модификации, невозможность обмениваться программами и даже результатами их работы в машинно-зависимых форматах данных между разными НИИ и заводами и т.п.

Во-вторых, все машины производились ничтожными тиражами, хоть они на порядок и превышали ламповые – всего за 1960-е годы в СССР было выпущено не боле 1500 транзисторных компьютеров всех модификаций. Это было не мало. Это было чудовищно, катастрофически ничтожно для страны, чей промышленный и научный потенциал всерьез желал потягаться с США, где только одна IBM выпустила уже упомянутые 10000 совместимых ЭВМ за 4 года.

В результате уже позже, в эпоху Cray-1, Госплан считал на табуляторах 20-х годов, инженеры строили мосты с помощью гидроинтеграторов, а десятки тысяч конторских служащих крутили железную ручку «Феликса». Ценность немногих транзисторных машин была такова, что они производились до 1980-х (вдумайтесь в эту дату!) годов, а последняя БЭСМ-6 была демонтирована в 1995. Но что там транзисторы, еще в 1964 году в Пензе продолжала производиться древнейшая ламповая ЭВМ «Урал-4», служившая для экономических расчётов, и в том же году было, наконец, свернуто производство ламповой же М-20!

Третья проблема – чем высокотехнологичнее производство, тем сложнее его было освоить Советскому Союзу. Транзисторные машины и так опоздали на 5–7 лет, в 1964 году в мире уже массово выпускались первые машины третьего поколения – на гибридных сборках и ИС, но, как вы помните, к году изобретения ИС мы не смогли догнать американцев даже по производству качественных транзисторов. Попытки разработать технологию фотолитографии у нас имелись, но наталкивались на непреодолимые препятствия в виде партийной бюрократии, выбивания плана, академических интриг и прочих традиционных вещей, которые мы уже видели. Тем более что производство ИС было на порядок сложнее транзисторного, для его появления в начале 1960-х годов нужно было работать над темой минимум с середины 1950-х, как в США, параллельно готовя инженеров, развивая фундаментальную науку и технологии, и все это – в комплексе.

Кроме того, советские ученые должны были выбивать и продавливать свои изобретения через чиновников, не разбиравшихся решительно ни в чем. Производство микроэлектроники требовало финансовых вложений, сравнимых с ядерными и космическими исследованиями, но видимый результат таковых исследований был для необразованного человека противоположным – ракеты и бомбы становились огромнее, внушая трепет перед мощью Союза, а компьютеры превращались в маленькие невзрачные коробки. Для того чтобы донести важность своих исследований, в СССР нужно было быть не техником, а гением специфической рекламы для чиновников, а также продвиженцем по партийной линии. К сожалению, среди разработчиков интегральных схем не нашлось человека с PR-талантами Курчатова и Королева. Любимец Компартии и АН СССР Лебедев был тогда уже слишком стар для каких-то новомодных микросхем и до конца дней получал деньги под древние транзисторные машины.

Это не значит, что мы не пытались хоть как-то выправить положение – уже в начале 1960-х СССР, понимая, что начинает входить в смертельное пике тотального отставания в микроэлектронике, лихорадочно пытается изменить ситуацию. В ход идут четыре приема – выезд за рубеж для изучения передового опыта, использование американских инженеров-перебежчиков, покупка технологических линий выпуска и прямое воровство конструкции интегральных схем. Однако, как и позднее, в иных областях, эта схема, будучи принципиально неудачна в одних моментах и плохо исполнена в других, не очень помогла.

С 1959 года ГКЭТ (Государственный Комитет по электронной технике) начинает массово посылать в США и Европу людей для изучения микроэлектронной промышленности. Эта идея провалилась по нескольким причинам – во-первых, все самое интересное происходило в оборонной промышленности за закрытыми дверями, а во-вторых, как вы думаете, кто из советской массы получил в награду возможность учится в США? Наиболее перспективные студенты, аспиранты и молодые конструкторы?

Вот неполный список отправленных в первый раз – А. Ф. Трутко (директор НИИ «Пульсар»), В. П. Цветов (начальник СКТБ «Светлана»), Б. В. Малин (начальник отдела разработки интегральных схем НИИ «Пульсар»), И. И. Круглов (главный инженер НИИ «Сапфир»), перенимать передовой опыт уехали партийные боссы и директора.

Тем не менее, как и во всех других отраслях промышленности СССР, и в производстве микросхем нашелся свой гений, проторивший совершенно оригинальный путь. Речь идет о замечательном разработчике микросхем Юрии Валентиновиче Осокине, который совершенно независимо от Килби пришел к идее миниатюризации электронных компонентов и даже частично воплотил свои идеи в жизнь. О нем мы и поговорим в следующий раз.

АВТОР:

Алексей Ерёменко