ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники С. А. Лебедева РАН
Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН - научно-исследовательский институт в области информационных технологий, вычислительной техники и микроэлектроники
English
Главная страница Контактная информация Карта сайта и поиск
Об институте Решения Проекты Образование

Техническая база

А. А. Новиков, д.т.н.

Отсутствие нормативного определения термина "техни­ческая база" и свобода творчества в жанре "научно-техничес­кие воспоминания" дают возможность в данном случае при­менять расширенное толкование этого термина, считая техни­ческой базой все, что нельзя отнести в области ЭВМ к архи­тектуре и программам. Это позволяет мне, во-первых, поль­зоваться своими воспоминаниями почти из сорока лет жизни, связанных с ИТМ и ВТ, во-вторых, надеяться, что никто не заподозрит меня в желании быть причисленным к когорте "отцов-основателей" как Института, так и какого-либо фун­даментального раздела вычислительной техники, и, в-тре­тьих, оставить возможность другим итээмовцам написать "воспоминания" по разделам "Элементная база", "Тонкопле­ночная... ", "Магнитомягкая... ", "Магнитожесткая... ", "Печатная... ", "Непечатная...".

Техническая база Института начала создаваться с первых дней его основания, как только потребовалось перейти от идей, мыслей и слов о математических машинах к делам. Уже в 1952 г. нашей группе студентов МФТИ показали в за­лах Института на Ленинском проспекте ряды высоких шка­фов БЭСМ, которые были забиты сотнями вентилей и триг­геров, сопротивлениями, конденсаторами, катушками индук­тивности, радиолампами, были также магнитные барабаны внешней оперативной и штеккерные пульты постоянной па­мяти. Нам показали и комнаты, где завершалась наладка уст­ройств оперативной памяти на ртутных линиях задержки и на электронно-лучевых трубках (потенциалоскопах), и, что самое интересное, комнату, где на специальном стенде про­ходили электротермотренировку (ЭТТ) лампы перед их уста­новкой в ЭВМ (было бы приятно и полезно увидеть в Инс­титуте сегодня комнаты со стендами, где проходят ЭТТ ком­поненты создаваемых машин). Вдоль шкафов БЭСМ проха­живался инженер и большим деревянным молотком постуки­вал по элементам, а в проходах часто можно было видеть подпрыгивающих молодых инженеров-наладчиков, посколь­ку при этом выявлялись ненадежные контакты. Затем в уз­лах ЭВМ появились полупроводниковые диоды, ферритовые сердечники и матрицы памяти, а также специально заказан­ные Институтом радиолампы повышенной надежности.

О людях и делах того поколения есть, что вспомнить вете­ранам Института В.В.Бардижу, П.П.Головистикову, В.Н.Лауту, А.А.Соколову, В.И.Рыжову, В.С.Чунаеву, О.К.Щербакову и др. А молчаливых "живых свидетелей" - настоящие вентили, триггеры, матрицы памяти БЭСМ мож­но увидеть в музее Института.

Начальником группы элементов был В.А.Зимин, который несколько лет читал лекции студентам МФТИ, написал и издал в 1962 г. пухлую (740 стр.) книгу "Электронные вычислительные машины" (до этого были книги по отдельным ЭВМ - "БЭСМ", "М-2"), которая в основном содержала сведения о технической базе машин того времени. О научных занятиях В.А.Зимина ходили легенды - он долго пытался экспериментально доказать наличие усиления импульсных сигналов по мощности при прохождении схемы, состоящей только из трансформатора и полупроводниковых диодов, на лекциях подчеркивал важность положения, что "электрон - это не вектор", в публикациях утверждал, что "катушки индуктивности предназначены в основном для сокращения времени скачка электронных схем". Студенты кафедры "Математические машины", избалованные аксиоматическим изложением курсов в МФТИ (тт. Б.А.Бабаян, Д.А.Кузмичев, В.И.Мараховский, И.К.Хайлов, Д.Ф.Шапошников и др.), обратились к заведующему кафедрой Сергею Алексеевичу Лебедеву с просьбой освободить их от лекций В.А.Зимина и добились своего.

К нашей группе студентов в ИТМ и ВТ была прикрепле­на инженер-электронщик Елена Петровна Ландер. Под ее ру­ководством на третьем курсе каждая пара студентов изгото­вила и настроила свой собственный осциллограф (включая намотку высоковольтных трансформаторов питания). Елена Петровна, симпатичная молодая женщина небольшого роста, замечательный человек, обладая большими знаниями и опы­том, хорошим упрямством и требовательностью, успешно ру­ководила группами мужчин при проведении самых пионер­ских исследований и разработок - память на линиях задер­жки, первые в стране элементы ЭВМ на транзисторах, эле­менты и узлы ЭВМ на СВЧ-параметронах.

Появление миниатюрных радиодеталей и ламп различного типа, а также полученный при создании БЭСМ опыт позво­лили развернуть работы одновременно по нескольким направ­лениям технической базы лампового поколения итээмовских машин. На "пальчиковых" лампах разрабатывались "потен­циальные элементы" со схемами, подобными схемам первой БЭСМ, для новых моделей БЭСМ, а также "динамические элементы" на блокинг-генераторах с запоминающими емкос­тями, которые были предложены П.П.Головистиковым и раз­работаны под его руководством для универсальной ЭВМ М-20. В это же время в ИТМ и ВТ была образована Лаборато­рия 2 (под руководством Д.Ю.Панова) для разработки специ­ализированных ЭВМ. Потенциальные элементы для первого специализированного вычислительного устройства, разрабо­танного под руководством В.С.Бурцева и Г.Т.Артамонова, были созданы с использованием особо миниатюрных ламп ти­па "Жёлудь", а для следующего - на "динамических элемен­тах", схемы которых подобны схемам М-20.

Мне посчастливилось приобщиться к первому поколению ЭВМ - участвовать в их наладке и эксплуатации. Группа "желторотых": Г.И.Гришаков - 5 курс МФТИ, А. А. Нови­ков - 6 курс МФТИ, Л.Д.Родина (теперь Крылова) - совсем свежий инженер, под руководством Валентина Сергеевича Чунаева, который не сильно ограничивал инициативу и энту­зиазм "желторотых", настроила специализированное уст­ройство после возвращения его останков с подмосковных ис­пытаний и провела многомесячные полигонные испытания под Курском. Вывод информации из устройства производил­ся фотографированием с экрана электронно-лучевой трубки, а для скоростной сушки кинопленки после проявления пред­назначался чистый спирт. Участники группы будут всегда вспоминать подробности "Курской эпопеи", когда им дове­лось испытать чувство гордости за выполняемое дело, ответс­твенности за достойное представительство Академии наук СССР на испытаниях, собственной важности хотя бы оттого, что заслуженные летчики на новейших самолетах почти всег­да безропотно совершали по их пожеланию серии головокру­жительных виражей "для науки". Хорошо бы руководителям почаще вспоминать (и делать выводы) о том, как много в те годы доверяли молодым и как мало отечественная вычисли­тельная техника отставала от передового уровня США.

Разработка, наладка и эксплуатация специализированных ЭВМ - это трудные, интересные и памятные годы жизни многих сотрудников ИТМ и ВТ, которые обросли своими ле­гендами, песнями, анекдотами, триумфами и трагедиями. Нужно обязательно записать воспоминания участников этих дел. Что касается технических подробностей, то, по-видимо­му, наиболее осведомленными об этом сотрудниками ИТМ и ВТ в настоящее время являются Е.А.Кривошеев, который был одним из ведущих разработчиков и наладчиков, а также В.С.Чунаев - ведущий по технической базе. Особенно впе­чатляющими проявлениями этой базы были довольно частые мощные разрушительные взрывы крупных радиоламп в фор­мирователях магнитной памяти, а наиболее эффектными про­явлениями архитектурно-математических принципов - многоголосная "серьезная" музыка, которая исполнялась (на дина­мики выводились сигналы с различных точек арифметичес­кого устройства) по программам, написанным А.М.Степано­вым. Эта музыка исполнялась при визитах президента АН СССР А.Н.Несмеянова и некоторых высоких зарубежных гостей (шаха и шахини Ирана, генерального секретаря ООН).

ИТМ и ВТ всегда отличался очень широким спектром исс­ледований в области технической базы. Как только появи­лись первые транзисторы (весьма несовершенные точечные и сплавные германиевые приборы), начались работы несколь­ких групп по созданию на их основе элементов ЭВМ. Эти ра­боты послужили фундаментом создания нескольких направ­лений технической базы 2-го поколения ЭВМ, представите­лями которого являются: первая отечественная ЭВМ на тран­зисторах БЭСМ-4 (архитектурный аналог БЭСМ-2), разра­ботанная СКВ ИМ и ВТ под руководством О.П.Васильева и в течение 1962-1966 гг. серийно выпускавшаяся промышлен­ностью; БЭСМ-6 по праву признанная выдающимся дости­жением отечественной вычислительной техники; специальная ЭВМ, обеспечивающая решение ряда важнейших научных проблем. Одновременно была разработана серия феррит-транзисторных элементов (В.И.Рыжов, Ю.В.Никитин, Г.Г.Карабутов, М.М.Фадеев), которые успешно использова­лись в подсистемах ввода-вывода информации. Широко и ос­новательно развивались устройства магнитной оперативной памяти (на ферритовых сердечниках, биаксах, тонких маг­нитных пленках, слоистых матрицах и др.). В этих работах принимали участие: В.В.Бардиж, В.В.Кобелев, В.Н.Лаут, В.Ф.Петров, А.С.Федоров, М.Д.Великовский, В.В.Калаш­ников и другие сотрудники Института.

Наряду с опытно-конструкторскими работами в ИТМ и ВТ проводились многочисленные научно-исследовательские и поисковые работы, среди которых вспоминаются исследова­ния, связанные с применением СВЧ-параметронов (Е.П.Ландер и др.), туннельных диодов (Л.А.Любович, Ф.П.Галец-кий и др.), криотронов (В.Я.Контарев, Р.А.Ченцов и др.).

Для того, чтобы создавать ЭВМ на транзисторах, в СКБ ИТМ и ВТ был организован участок и освоена технология изготовления односторонних и двусторонних печатных плат, а для использования высокого быстродействия схем на тун­нельных диодах начались работы по исследованию плат с по-лосковыми высокочастотными линиями. Душой (и руками) участка изготовления печатных плат стала Т.А.Банщикова, знающий специалист-химик, добрый и внимательный руково­дитель, человек, умеющий много сделать своими руками и болеющий за дело, Л.А.Любович, опытный инженер-элек­тронщик, взялся за организацию первого производственного участка изготовления печатных плат и сделал это основатель­но и умело, заложив тем самым основы тех достижений в те­ории и технологии прецизионных многослойных печатных плат, которыми гордится в настоящее время ИТМ и ВТ. Он создал творческое, трудолюбивое и компетентное ядро кол­лектива "печатников", организовал вместе с А.А.Грызловым разработку и изготовление технологической линейки, нала­дил связи со смежниками.

Переход к применению сверхпроводниковых элементов (криотронов) в конце 50-х годов казался очень обещающим и близким к использованию в больших ЭВМ. ИТМ и ВТ объединился с МГУ в решении проблем реализации сверх­проводниковых ЭВМ и создал в филиале Института по Сы­ромятническому проезду крупное даже по современным мер­кам, хорошо оснащенное криогенное хозяйство, обеспечива­ющее охлаждение исследуемых элементов и узлов ЭВМ до температур жидкого гелия. Группа под руководством Р.А.Ченцова осуществляла исследования по проводным кри-отронам, а в последующие годы по технологии изготовления схем на пленочных криотронах, элементов на основе тун­нельных и мостиковых контактов Джозефсона. В настоящее время она ведет исследования по стробоскопическому преобразователю на основе квантового интерферометра и высоко­температурной сверхпроводимости (В.П.Андрацкий). В пер­вые годы эта группа включала достаточно много талантливых молодых людей, некоторые из них перешли затем в другие организации для работы по сверхпроводниковой электрони­ке. Существующая сейчас в ИТМ и ВТ маленькая группа "криоэлектронщиков" имеет необходимые знания, опыт экс­периментальных и расчетных работ, что позволяет Институ­ту без больших затрат находиться на уровне современных знаний в области криоэлектроники, которая еще может сыг­рать свою важную роль в вычислительной технике.

Считая, что техническая база для будущих ЭВМ имеет оп­ределяющее значение, Сергей Алексеевич Лебедев осущес­твил ряд крупных решений по ее развитию:

  • группы исследователей новых принципов создания эле­ментов и узлов ЭВМ были объединены в большой отдел, под руководством П.П.Головистикова, одного из ближайших со­ратников С.А.Лебедева;
  • после появления гибридных интегральных микросхем В.С.Чунаеву было поручено осуществлять тесное взаимо­действие с соответствующими предприятиями Минэлектропрома, были созданы группы исследователей по самым пере­довым тогда направлениям микроэлектроники, включая тех­нологии электронно-, ионно- и лазерно-лучевой обработки (С.В.Бутрим), тонкопленочную (Ю.А.Радионов), на основе химических, гальванических и плазменных процессов (Э.В.Гертман), а также полупроводниковую интегральную технологию (М.А.Королев);
  • было запланировано проектирование и строительство для ИТМ и ВТ еще одного здания на территории по Ленинскому проспекту с целевым назначением - создание технической ба­зы перспективных ЭВМ.

Несколько лет в Институте расцветал "технический роман­тизм". Даже такой реалист, как Сергей Алексеевич Лебедев, поддался магическому воздействию "лучевой технологии".

Он опубликовал в газете статью с очень оптимистическим прогнозом о скорой реализации полностью автоматического "лучевого" изготовления устройств отечественных ЭВМ. В подвале здания по Сыромятническому проезду (нужны были надежные фундаменты) появились многочисленные и разно­образные электронно-лучевые, лазерные и вакуумные уста­новки, реактивные камеры, баллоны с различными газами, шлифовальные и полировальные станки и многое другое. Но главное, появились увлекающиеся до азарта молодые самоот­верженные исследователи-романтики. Были налажены отно­шения со многими организациями в смежных отраслях и с ВУЗами.

В группах лучевой технологии проводились (иногда по не­обходимости с изобретательностью М. Фарадея, Т.Эдисона или О.Бендера) очень интересные эксперименты: электрон­но-лучевое и лазерное создание микрорисунков на различ­ных пленках путем фрезерования, локального реактивного высаживания пленок из газовой среды, изменение их физи­ко-химических свойств под действием излучения, бесконтак­тное определение электрических потенциалов в контрольных точках пленочных схем и многое другое. О ведущихся раз­работках и интересных людях того времени в ИТМ и ВТ, связанных с физико-технологическими направлениями мик­роэлектроники, могут рассказать сотрудники Института - В.С.Чунаев, Ю.Д.Болотовский, Д.Н.Вележев, В.Н.Пырченков и др. В конце 60-х годов работы по лучевой технологии в Институте были свернуты, а большая часть эксперимен­тальных установок подарена МИЭМу. Для объяснения этого потребуется сделать экскурс в историю развития технической базы ЭВМ.

За прошедшую четверть века лучевая технология в миро­вой микроэлектронике не получила той решающей роли, ко­торую ей предсказывали. Практически широкое использова­ние нашли только лазерная подгонка резисторов в гибрид­ных схемах и ионное легирование полупроводников (широким пучком, а не лучом), электронно-лучевая технология за­няла относительно небольшую долю в производстве проме­жуточных фотооригиналов (ПФО) и лишь в некоторых фир­мах используется для непосредственного экспонирования резиста на кремниевых пластинах при изготовлении полузаказ­ных БИС. Основным остается пока применение лучевых ус­тановок для самых разнообразных исследований в микроэ­лектронике. Причинами этого является очень большая стои­мость, малая надежность и невысокая производительность лучевых методов последовательной реализации элементов микросхем по сравнению с оптическими "параллельными" методами. Лучевая технология может быть эффективной только в сочетании с другими разнообразными технологичес­кими возможностями микроэлектроники. Отсутствие таких возможностей в Институте и явилось главной причиной практической бесплодности "лучевого" направления. Созда­вать весь комплекс полупроводниковых технологий в Инсти­туте не представлялось необходимым и целесообразным с учетом принимаемых в стране мер по развитию электронной промышленности.

Сейчас это положение уже не кажется бесспорным. Ведущие зарубежные фирмы по вычислительной технике пошли по пути создания в своем составе мощных отделений полупроводниковой электроники и технологии, начали быстрыми темпами создавать собственное производство микросхем, а также некоторого специального технологического оборудования и материалов. Как знать, может быть, большая дальновидность одних и смелость других в освоении новой технической базы ЭВМ, которые были бы проявлены Институтом в начале 60-х годов, когда полупроводниковая электроника только создавалась, обусловили бы совсем другое состояние отечественной вычислительной техники в настоящее время. Объединение Института и предприятий, которые имели возможность развивать микроэлектронику, могло бы предотвратить возникновение существующего опасного межведомственного барьера, позволило бы сохранить и развить ростки оте­чественной лучевой технологии, которая по тем временам на­ходилась на передовом мировом уровне и обеспечила бы сей­час возможность реализации необходимого для ЭВМ боль­шого числа типов заказных БИС и СБИС.

Новый корпус ИТМ и ВТ на Ленинском проспекте, который проектировался и строился в 1963-1967 г.г., предназначался целиком для размещения подразделений, разрабатывающих перспективную техническую базу ЭВМ. Непосредственное ру­ководство по технологическому сопровождению проектирова­ния и строительства корпуса было возложено на В.С.Дунаева. Необходимо было подготовить, согласовать с множеством ор­ганизаций и оформить техническое задание на корпус, опреде­лить размещение технологических участков и подразделений, требования к помещениям и инженерному обеспечению, переч­ни оборудования и их характеристики, исходные планировки размещения оборудования и коммуникаций.

Надо было в процессе проектирования и даже строительс­тва постоянно работать с проектировщиками, отвечать на их бесконечные вопросы о технологических процессах создания ЭВМ, которые и для специалистов по ЭВМ оставались в ту­мане множества вариантов, личных предубеждений, желез­ного занавеса зарубежных секретов и рекламных талантов авторов изобретений. Необходимо было "идти навстречу" возможностям и (не)желаниям строителей. Было бы очень интересно отыскать те задания, планировки и описания пред­полагаемых технологических процессов, которые составляли вместе с В.С.Дунаевым руководители и ведущие исполните­ли по отдельным направлениям, и сравнить с реальностью.

В новом корпусе исходным проектом предусматривалось раз­местить на двух этажах микроэлектронную (лучевую, тонкопле­ночную и др.) технологию, еще на двух - технологию перспек­тивных запоминающих устройств (на магнитных пленках и др.), а на пятом этаже - технологию оптических ЭВМ. О последнем из указанных направлений мне особенно приятно вспоминать.

Было несколько обстоятельств, которые привели меня в конце 1962 г. к исследованиям по созданию оптических вы­числительных устройств. Во-первых, изучение задач обра­ботки радиолокационной информации, с чем были связаны шесть первых лет работы, включая диплом и кандидатскую диссертацию, навело на мысль решать их оптическими мето­дами, поскольку физические основы формирования и преоб­разования радиолокационных и оптических сигналов одина­ковы, а потоки информации, как правило, носят многока­нальный характер. Во-вторых, в оптике только что появи­лись новые фундаментальные достижения (лазеры, светодиоды, волоконные проводники света). При этом в Институте еще не было какой-либо исследовательской группы по опти­ческой обработке информации, а вокруг уже начинался "оп­тический бум".

С.А.Лебедев и В.С.Бурцев в начале 1963 г. создали группу исследований по оптическим ЭВМ в Лаборатории 2 и доверили мне руководить ею. Первыми сотрудниками группы были выпускники МФТИ С.А.Раскутин и В.И.Перекатов, а также молодой инженер Ю.К.Камочкин, который перед этим работал в Институте в группе К.К.Рейдика по разработке больших экранов отображения информации (даже этим занимались в Институте). В последующие годы группа быстро росла, ее основу составляли инженеры-выпускники МФТИ В.Г.Андрющенко, А.А.Вербовецкий, А.В.Крутиков, В.Г.Митяков, А.И.Федоров, В.Б.Федоров, В.В.Цветков, И.А.Шилов, Б.М.Юрчиков; из других ВУЗов - В.К.Гусев, В.Н.Мицай, М.Д.Рослова, а также технологи и техники - В.И.Алексеев, К.Я.Кулакова (Федорова), Е.П.Лобанов и др. Некоторое время в группе работал Ю.М.Гальский - красивый представительный спортивный мужчина средних лет, который пользовался вниманием многих женщин и был идеальным для "безусого коллектива" сотрудником для "завязывания знакомства" с предприятиями, организациями и ведомствами.

Внимание к оптоэлектронике было оправданным, посколь­ку она обладает рядом выдающихся качеств, которые сулили переворот в вычислительной технике: даже простейшие опти­ческие компоненты (линзы, зеркала, фотопластинки) обеспе­чивают передачу и запись/считывание информации парал­лельно по очень большому числу каналов; несколько "напол­ненных информацией" световых потоков могут распростра­няться в одном и том же пространстве, никак не мешая друг другу; несущая частота световых сигналов очень велика, что может обеспечить полосу пропускания, необходимую для пе­редачи импульсов с фронтами 10" - 10"2 с; световые импуль­сы могут распространяться по волокнам с жилой диаметром всего около одного микрона; существует несметное количес­тво эффектов взаимодействия света с веществом, в том чис­ле зависящих от электрических, магнитных, оптических, корпускулярных и прочих воздействий на вещество, среди которых наверняка найдутся эффекты, необходимые для соз­дания устройств ЭВМ; в атомах и молекулах существуют ус­тойчивые дискретные уровни энергии, которые можно при­нять за состояния "0" и "1" сверхминиатюрных элементов, переход между уровнями может осуществляться световыми квантами; голограмма может полностью сохранять информа­цию даже при повреждении многих ее частей ("как в мозге").

Такие и подобные им соображения, сведения о новых круп­ных достижениях в области квантовой электроники, топогра­фии, нелинейной оптики и др., появлявшиеся время от вре­мени сообщения о разрабатываемых (или даже реализован­ных) оптических ЭВМ со сказочной производительностью или ёмкостью памяти, огромное число фирм (таких как IBM, RCA) и лабораторий, в которых начались исследования по оптическим ЭВМ, - всё это обусловило возникновение ряда ажиотажных ситуаций вокруг этого направления. Эти ситуа­ции в 60-х годах имели размах, подобный тому, какой недав­но наблюдался в связи с открытиями высокотемпературной сверхпроводимости и низкотемпературного "термояда".

Большое значение проведенных в Институте работ по оп­тическим ЭВМ состояло в том, что на основе изучения и собственных исследований Институт своевременно давал на­учно обоснованную оценку реального и мифического в опти­ческой обработке информации. Учитывая большой авторитет академика С.А.Лебедева и его высокую компетентность, эти оценки существенно повлияли на принимаемые вышестоящи­ми организациями решения по распределению средств и дру­гих ресурсов на различные научные направления. Поскольку за становление направления оптических ЭВМ брались такие люди, как академик АН СССР Н.Г.Басов, академик АН ГССР В.В.Чавчанидзе, И.Н.Букреев, являющийся ныне пер­вым заместителем председателя Госкомитета по вычислитель­ной технике и информатике, которые ставили задачи с широ­ким размахом, то достаточно трезвые оценки Института по вопросам оптических ЭВМ помогли сберечь, по-видимому, сотни миллионов рублей.

Очень большую полезную деятельность по оптической обработке информации одним из первых в стране в конце 50-х годов развил Институт кибернетики (ИК) АН ГССР под руководством В.В.Чавчанидзе. Там было организовано производство оптических волокон и разнообразных изделий на их основе (упорядоченных жгутов, шайб, фоконов), широко проводились исследования по фотоприемникам, оптронам, фотохромным материалам для оптической памяти, а также по архитектурным принципам оптической обработки информации ("цветовое" кодирование, картинная логика). Сотрудники ИТМ и ВТ на начальном этапе становления группы оптических устройств посещали ИК АН ГССР и узнавали много интересного. Руководители Института кибернетики убедили самых влиятельных заказчиков, что при определенной помощи (финансирование, подключение других предприятий, строительство и оборудование новых зданий) они в короткие сроки создадут оптические супер-ЭВМ с рекордными параметрами. Для большей убедительности делались ссылки на особую секретность американских разработок по оптическим ЭВМ, поскольку "оптический стратегический шантаж (свер­хмощные опто-ЭВМ) будет сильнее атомного шантажа (бом­бы и ракеты)", а также на возможность и необходимость соз­дания совсем новых принципов обработки информации на оптической основе, так как "новое вино не разливают в ста­рые бурдюки". Проходило некоторое время, и предлагалось разработать супер-ЭВМ с еще лучшими параметрами при ус­ловии увеличения первоначально заданных сроков прежнего проекта и объемов выделяемых ресурсов. После нескольких таких корректировок в ИК АН ГОСР начали направлять ко­миссии от АН СССР и заказчика, чтобы выяснить состояние дел, оценить очередные предложения и запросы Института. От ИТМ и ВТ, ведущего академического НИИ по вычисли­тельной технике, в комиссии включали меня. Это были неза­бываемые дни на гостеприимной грузинской земле.

После организации группы по оптическим ЭВМ всего за несколько месяцев ИТМ и ВТ установил связи со многими ведущими предприятиями страны, которые могли делать компоненты и узлы для оптических устройств - Государс­твенный оптический институт, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе, ВНИИ стекловолокна и др. Однако, очень скоро нам стало понятно, что оптроны и световолоконные провода не перевернут вычислительную технику. Но тут в Физическом институте АН СССР (ФИАН) и на фирме IBM были созданы первые полупроводниковые квантовые генера­торы (ПКГ) - лазерные диоды, которые революционно изме­нили положение.

ПКГ - уникальные приборы, квантовое усиление света происходит в них при питании электрическим током от низ­ковольтного источника, они могут иметь размеры, измеряе­мые микронами, близкий к 100% КПД преобразования элек­трической энергии в световую, прямую модуляцию света из­менением электропитания с инерционностью до 1010 - 1011 с. Особенно интересно, что с помощью микроэлектронной технологии можно создавать в полупроводниках интегральные структуры с большим числом оптически связанных областей, которые обеспечивают или квантовое усиление света, или "насыщаемое" внешними сигналами поглощение, или переда­чу и размножение световых импульсов. Генерация света ла­зерным диодом может быть прекращена путем введения в не­го световых сигналов от одного или нескольких внешних ла­зерных диодов, что дает возможность реализовать все необ­ходимые для ЭВМ логические функции.

Через несколько дней после появления сведений о ПКГ по договоренности между С.А.Лебедевым и Н.Г.Басовым сот­рудники оптической группы ИТМа и Лаборатории квантовой радиофизики ФИАНа начали самое тесное сотрудничество. От ФИАНа участвовали П.Г.Елисеев, В.Н.Морозов, В.В.Никитин, Ю.М.Попов, В.Д.Самойлов и др. Хотя из почти тридцати прошедших лет только около трех лет было связано в ИТМе с большими надеждами на квантово-оптические ЭВМ, до сих пор сохраняются дружеские, взаимоува­жительные отношения между теми, кого объединили вначале научные интересы по применению ПКГ.

Сотрудничество со многими предприятиями и азарт моло­дых исследователей приносили свои плоды: организация в ИТМе технологического участка по изготовлению ПКГ; соз­дание установок для автоматизированного снятия характе­ристик ПКГ при температуре жидкого азота, в том числе ус­тановки для регистрации формы световых импульсов с раз­решением около 1010 с; освоение впервые в стране микроэ­лектронной технологии создания лазерных приборов с мно­гозвенными структурами, которые могли служить макетами логических элементов, и с несколькими полосковыми лазера­ми на одном кристалле для оптических ЗУ; создание мани­пуляторов для установки двух лазерных диодов или лазера и волокна световода с микронной точностью при эксперимен­тах; первая отечественная и одна из первых в мире публика­ция (в ЖЭТФ) по экспериментальному изучению эффективного оптического взаимодействия двух лазерных диодов, рас­положенных с точностью в несколько микрон (П.Г.Елисеев, А.А.Новиков, В.Б.Федоров).

В Институте была предложена идеологически замкнутая концепция построения логических устройств на интеграль­ных многозвенных полупроводниковых лазерных структурах с тактированным питанием, а также вариант сверхбыстро­действующей памяти на оптических линиях задержки с боль­шим числом параллельных каналов. Подобными работами занимался ФИАН и другие организации.

В 1965 г. на основе экспериментальных данных и оценок, исходя из появившейся теории ПКГ, нами уже был сделан вывод о том, что квантово-оптические логические схемы не выдержат конкуренции с интегральными схемами на тран­зисторах из-за существенно большей рассеиваемой мощности при одинаковом быстродействии и несравненно большей сложности реализации узлов и устройств. Мне запомнилось небольшое по составу участников совещание у президента Академии наук СССР академика М. В. Келдыша. На сове­щании рассматривались предложения Н.Г.Басова о необхо­димости срочного и мощного расширения фронта работ по созданию ЭВМ на полупроводниковых лазерных элементах с выделением больших средств для строительства и оснащения в ФИАНе специального корпуса, с подключением предприя­тий промышленности к созданию специальных производс­твенно-технологических установок и контрольно-измеритель­ной аппаратуры. Сергей Алексеевич Лебедев (он взял меня в качестве консультанта) спокойно рассказал о возможностях и перспективах ЭВМ на транзисторах и интегральных схе­мах, задал несколько квалифицированных вопросов по ПКГ, после чего стало ясно, что предложение об увеличении зат­рат на квантово-оптические ЭВМ является преждевремен­ным.

Главным предметом разработок оптической группы Инсти­тута с 1964 г. стала память. Хотя от особо заманчивой и престижной цели (создание основ принципиально нового поколе­ния ЭВМ - оптического) пришлось отступиться, но важность более реальной задачи - создания быстродействующей памя­ти очень большой емкости - тоже была достаточно велика. Соответствующие работы широко велись за рубежом и были начаты в нашей стране (в ИК АН ГССР и ВИНИТИ). Исс­ледования по постоянному опто-электронному ЗУ на основе электронно-лучевой трубки, проводимые по заданию ИТМ и ВТ в Институте кибернетики АН ГССР, вела М.П.Сычева.

Достоинствами оптических методов хранения, записи и считывания информации являлись: возможность иметь свер­хвысокую плотность записи на плоском носителе (до 107 бит/см2) и в объемном носителе (до 1010 бит/см3); отсутствие необходимости "прошивать" носитель какой-либо системой проводов для записи и считывания; возможность одновре­менной записи и считывания по очень большому количеству каналов без взаимных помех между ними. Основными узла­ми оптоэлектронного ЗУ с произвольной выборкой информа­ции (ОЭЗУ) были: устройство оптической выборки по задан­ному адресу, носитель (накопитель) информации, многока­нальный фотоприёмник считывания и специальные оптичес­кие системы для размножения и сведения световых потоков между носителем и узлами записи-считывания.

В течение поискового этапа работ (1964-1968 гг.) и в пер­вые годы НИОКР по созданию ОЭЗУ оптической группой ИТМа с участием многочисленных контрагентов проведено исследование большого числа разнообразных вариантов ука­занных узлов ОЭЗУ. Среди устройств оптической выборки были основательно проработаны: дискретные дефлекторы луча на электрооптических модуляторах Поккельса и двоякопреломляющих кристаллах (работа проводилась совместно с НИИ "Полюс"), на обычных и квантовых электронно-лу­чевых трубках (ФИАН), на матрицах светодиодов и диод­ных лазеров, на основе специальных оптико-механических систем (ГОИ, ЛОМО).

В качестве носителей были исследованы органические фотохромные пленки (НИОПиК), специальные фотоэмульси­онные материалы (НИКФИ), пленки металлов и красителей для термооптической записи, а также рассмотрены многие другие материалы (магнитооптические, термопластические, фотохромные кристаллы и др.). Для считывания были раз­работаны матрицы из миниатюрных фотоумножителей и из разработанных по заданию ИТМ и ВТ фотодиодов (з-д "Старт"), специальные электронно-оптические преобразова­тели с матрицами полупроводниковых детекторов электронов (НИИПФ). Специальные оптические системы размножения были разработаны на основе линзовых растровых пластин с созданием необходимой технологии и спецоборудования для изготовления растров, сборки информационных модулей и кассет, их контроля (НИКФИ, ЦНИТИ), и с использовани­ем принципов голографии. Для ОЭЗУ по заданию ИТМ и ВТ были разработаны, а на этапе ОКР и изготовлены специ­альные широкоапертурные объективы и прецизионные опти­ко-механические системы записи и считывания информации (ГОИ, ЛОМО).

Кроме исследований и разработок по оптической памяти, в группе постоянно велась работа по изучению литературы, отслеживанию и оценке всех сведений, которые появлялись по оптической обработке информации ("а вдруг что-то прок­люнется"), делались макеты и проводились эксперименты по созданию фотошаблонов лазерным фрезерованием пленок металлов и красителей, была также изучена возможность (В.Б.Федоров) создания памяти на основе электронно-луче­вой записи и считывания информации в устройствах с "сото­вой" системой отклонения луча (подобные работы проводи­лись также в США Смитом, который приезжал в СССР и де­лал сообщение о них в ИТМ и ВТ).

Вначале основным вариантом разрабатываемой оптической памяти был растровый: носителем информации служила съёмная кассета из 16 модулей, каждый из которых состоял из двух сложенных вместе стеклянных пластин - одна с на­несенным на её поверхность рельефом из смолы в виде мат­рицы 64x64 миниатюрных линз (растр), другая - с пленкой материала для оптической фиксации информации (фотоэ­мульсия, пленка металла или красителя) в 4096 кадрах. Пос­ле появления практических результатов по голографии для реализации оптоэлектронного запоминающего устройства МВК "Эльбрус" (ОЭЗУ) был выбран голографический ва­риант, при котором носителем информации служила кассета из модулей в виде фотопластинки с записанной на ней мат­рицей из 64x64 миниатюрных голограмм. При этом структу­ра и состав устройств растрового ОЭЗУ не изменились, пос­кольку каждая голограмма была эквивалентна кадру с за­фиксированной информацией и линзе. Переход к голограм­мам ограничил выбор типа устройства адресной выборки и носителя информации (дискретный электрооптический деф­лектор и фотоэмульсионные слои), однако решил проблему неравномерного освещения кадра, сделав создание ОЭЗУ практически осуществимым,

В конце 1968 - начале 1969 гг. была проведена реоргани­зация Института: созданы фактически отделения, а формаль­но группы лабораторий с выделенной головной лаборатори­ей, в том числе по электронике, элементной базе и констру­ированию ЭВМ (руководителем головной Лаборатории 7 был назначен В.С.Чунаев), по оперативной памяти (головная Ла­боратория 14, В.Н.Лаут), по технологии (головная Лабора­тория 17, А.А.Новиков). Группа оптики была реорганизова­на в Лабораторию 21, начальником ее стал В.Б.Федоров.

В Лаборатории 21 широко проводились работы по созда­нию голографической постоянной оптической памяти на сменных информационных кассетах, в которой участвовало множество контрагентов. В частности, были выполнены об­ширные исследования по отработке принципов записи и счи­тывания голограмм с дискретной информацией, включая ис­пользование парафазного кодирования и специальных масок (рэндомизирующих) для уменьшения помех при считывании. Результатом работ явилось изготовление, настройка и успеш­ные испытания (в 1983 г.) экспериментального образца пос­тоянного ОЭЗУ на сменных кассетах емкостью около 4x107 бит при произвольной выборке 600 бит за 100 мкс и возмож­ностью создания архива кассет емкостью до (1010 - 1011 бит). ОЭЗУ представляло собой большой и сложный комплекс устройств и стендов: устройство считывания информации с произвольной оптической адресной выборкой; оптико-меха­ническое устройство записи информации в модули; участок фотообработки модулей и сборки из них информационных кассет; оптико-механическое устройство считывания инфор­мации, которое могло служить устройством контроля после записи, а также являться самостоятельным устройством оптоэлектронной архивной памяти, стенды для ячеек и узлов многоканальной фотоприёмной матрицы, для ячеек и узлов высоковольтных формирователей управления электроопти­ческим дефлектором и многое другое. Устройство считыва­ния с произвольной оптической выборкой имело длину око­ло 2 метров и содержало уникальный объектив с наружным диаметром около 300 мм и длиной 500 мм.

Неконкурентность ОЭЗУ с памятью на полупроводнико­вых микросхемах (небольшая ёмкость кассеты и очень малая удельная емкость всей памяти с учетом объема устройства считывания, а не только кассеты; сложность, дороговизна и большое технологическое разнообразие компонентов; отсутс­твие возможности оперативной перезаписи информации и др.) привела сначала к поиску других вариантов оптической памяти на основе многоканальных структур с большим чис­лом более простых и малогабаритных оптических компонен­тов (поликубические и т.п.) и рассмотрению возможностей создания памяти с ассоциативной выборкой информации. Однако и при этих исследованиях не было найдено идей, ко­торые позволили бы создать конкурентоспособную оптичес­кую память даже в перспективе. В связи с этим, а также учитывая, что за рубежом подобные работы были свернуты, раз­работки оптической памяти в ИТМ и ВТ прекратились.

Сотрудники Лаборатории 21 получили разнообразные зна­ния, большой опыт выполнения исследований и разработок, навыки и смелость ведения крупных контрагентских работ, многие из них защитили диссертации, стали достаточно из­вестными специалистами. Большинство из них после ликви­дации Лаборатории 21 с успехом используют знания, полу­ченные за годы работы по оптике: В.В.Цветков, бывший ве­дущий специалист по оптико-механическому устройству счи­тывания информации, создает очень нужные устройства ав­томатического оптического контроля фотошаблонов и слоев коммутационных плат; И.А.Шилов, бывший руководитель комплекса работ по матричным фотоприёмникам ОЭЗУ, яв­ляется ведущим разработчиком по устройствам оптической связи для ЭВМ, которые играют важную роль в перспектив­ных вычислительных комплексах; В.К.Гусев получил в рабо­тах над ОЭЗУ опыт, знания, убежденность в важности на­дежности, что позволило ему стать начальником отдела на­дежности ИТМ и ВТ - головного отдела НПО СВТ и орга­низовать интересные и важные работы с участием МЭП, за­водов, заказчиков и объектов эксплуатации. Некоторые быв­шие сотрудники Лаборатории 21 продолжают изучать лите­ратуру и прорабатывать возможности применения оптоэлектроники в ЭВМ, в частности, для создания коммутаторов для обмена информацией между устройствами ЭВМ. В.Б.Федо­ров перешел в ВЦКП АН СССР и стал одним из ведущих ис­полнителей по программе создания оптических ЭВМ, работы по которой под руководством академика Г.И.Марчука и чле­на-корреспондента АН СССР В.С.Бурцева ведутся Академи­ей наук СССР с широким привлечением большого числа ор­ганизаций страны.

Оптические волны еще иногда вздымаются над вычисли­тельной техникой. Это происходит из-за того, что к этой проблеме подключаются новые люди, которые пока знают об оптоэлектронике только хорошее и не знают плохого, а так­же из-за многообразия присущих оптике эффектов (включая миражи, "оптические обманы", "блестяще точки на фигуре", стоячие волны голограмм, самофокусировки и др.). Тем не менее, оптоэлектроника постепенно входит в технику ЭВМ: устройства ввода-вывода информации; оптические связи между ЭВМ, затем между их устройствами и узлами; внеш­ние ЗУ на дисках с постоянной записью, затем с возможнос­тью перезаписи информации. В промышленности все проис­ходит логично - сначала осваиваются нужные устройства свя­зи и памяти, имеющие по одному диодному лазеру и фотоп­риемнику, потом те же системы, включающие по несколько каналов. Можно предположить, что в дальнейшей перспекти­ве появятся системы из большого числа каналов, что позво­лит, по-видимому, делать оптические связи внутри устройств ЭВМ, коммутаторы, разъемные соединители.

С середины 60-х годов в Институте начались работы по созданию технической базы ЭВМ 3-го поколения на интег­ральных микросхемах (ИМС). В это время на предприятиях МЭПа были освоены гибридные логические ИМС и началась разработка ЭВМ на их основе. Специалисты Института вни­мательно следили за этим направлением, участвовали в раз­личных комиссиях и советах (В.С.Чунаев) и в решительную минуту сделали правильный выбор - создавать будущие ЭВМ на кремниевых (монолитных) ИМС.

По заказу генерального конструктора Б.В.Бункина в кооперации с рядом предприятий в 1967 г. началась разработка первой ЭВМ 3-го поколения с использованием ИМС типа ТТЛ (серия "Логика"), многослойных печатных плат (МПП) и специальных соединителей. У истоков этой работы стояли С.А.Лебедев, В.С.Бурцев и Е.А.Кривошеев, электронно-конструктивные вопросы решались под руководством Ю.С.Рябцева, а первые МПП были изготовлены в Лаборатории 11 под руководством Л.А.Любовича. С 1969 г. работы по ЭВМ 3-го поколения развернулись широким фронтом. Необходимо было создать и освоить в Институте и на заводах правила разработки ЭВМ на ИМС, систему автоматизиро­ванного проектирования, принципы конструирования и соот­ветствующую техническую базу.

Потребовалось разработать и внедрить в производство на нескольких заводах многослойные печатные платы (со сквоз­ными и внутренними переходами, затем с полосковыми ли­ниями, крупноформатные); методы сборки и монтажа, нас­тройки и ремонта, контроля и испытаний ячеек, блоков и шкафов на основе ИМС и МПП; гибридные ИМС для опе­ративной памяти и систем синхронизации, быстродействую­щие многокристальные большие интегральные схемы (МБИС). Для этого были созданы соответствующие компо­ненты (соединители, кабели и т.п.) и материалы (фольгированный диэлектрик, сухой пленочный фоторезист и т.п.), множество специального технологического оборудования и оснастка для изготовления, настройки и испытаний узлов и устройств ЭВМ, а также специальные участки и цехи. Были отработаны руководящие технические материалы, базовые конструктивы, технологические процессы, обучены исполни­тели, привита новая технологическая культура производства.

Как во всякой сложной комплексной проблеме, в процессе становления и развития технической базы ЭВМ 3-го поколе­ния оказалось много интересных и принципиальных вопро­сов, которые решались только при дружной совместной ра­боте электронщиков, схемотехников, конструкторов, техно­логов, автоматизаторов, производственников. Все это было, но о тех событиях и людях расскажем во второй части науч­но-технических воспоминаний на тему "Техническая база". А закончить эту часть мне хочется благодарностью "летопис­цам", которые в полутемных кельях умело, добросовестно, безропотно печатали и рисовали, калькировали и копирова­ли, редактировали и правили все, что придумывалось и раз­рабатывалось в Институте. Через их глаза и руки прошли сотни томов отчетов по НИР, эскизных и технических проектов, сотни тысяч листов документации. Существовало нес­колько групп оформителей, но мне пришлось больше всего работать с той, которой руководила Зинаида Алексеевна Руцкая. В разные годы в эту группу входили Л.Ф.Киселева, К.В.Володина (Саблина), Н.В.Горская, А.М.Горцева (Щер­бакова), З.Н.Озерецковская и другие трудолюбивые женщи­ны. Их огромный незаметный труд - это вклад в создание ЭВМ и архивная база "историков" Института.

 

© 1948—2016 «ИТМиВТ»
Версия для печати Контактная информация