Михайло Олександрович Карцев -
розроблювач суперкомп'ютерiв для спостереження за космосом

Михайло Олександрович Карцев належить до тiєї категорiї вчених, офiцiйне визнання величезних заслуг яких приходить, з тих або iнших причин, пiсля смертi i, притому, з часом. Академiчна елiта не удостоїла його академiчних звань. Лише через десять рокiв пiсля його смертi заснованому ним Науково-дослiдному iнституту обчислювальних комплексiв НДIОК (м.Москва) було присвоєно iм'я свого творця.

Комп'ютерна наука i технiка були його покликанням. Вони приносили йому i щастя творчостi, i прикрощi. Їм вiн присвячував весь свiй час - на роботi, вдома, на вiдпочинку.

Михайло Олександрович Карцев народився в Києвi 10 травня 1923 року в сiм'ї вчителiв. Батько помер у тому ж роцi. Михайло разом iз матiр'ю жив в Одесi, у Харковi, а з 1934 по 1941 рiк - у Києвi, де в 1941 роцi закiнчив середню школу. Влiтку 1941 року його направили на обороннi роботи на Донбас, а у вереснi призвали до армiї, де вiн служив до лютого 1947 року. В роки Великої Вiтчизняної вiйни танкiст Карцев воював у складi Пiвденно-Захiдного, Пiвденного, Пiвнiчно-Кавказського i 2-го Українського фронтiв. Брав участь у визволеннi Румунiї, Угорщини, Чехословаччини, Австрiї. За мужнiсть, виявлену в боях, його, двадцятилiтнього старшину, нагородили медаллю "За вiдвагу", орденом Червоної Зiрки, медалями "За взяття Будапешта" i "За перемогу над Нiмеччиною".

Пiсля демобiлiзацiї М.О.Карцев вступив до Московського енергетичного iнституту (МЕI) на радiотехнiчний факультет. На третьому роцi навчання екстерном здав iспити за наступний рiк i в 1950 роцi, будучи студентом 5-го курсу, влаштувався на роботу до лабораторiї електросистем Енергетичного iнституту АН СРСР (за сумiсництвом), де взяв участь у розробцi однiєї з перших у Радянському Союзi (першої у РРФСР) обчислювальної машини - "М-1". У 1952 роцi його направили в Енергетичний iнститут АН СРСР, де вiн був зарахований уже на постiйну роботу до лабораторiї електросистем у якостi молодшого наукового спiвробiтника. Працюючи над створенням ЕОМ "М-2" вiн проявив неабиякi здiбностi. Машина була створена невеличким колективом усього за пiвтора року! ("БЭСМ" розроблялася вдвiчi довше i куди бiльш значним колективом!). Звичайно, ЕОМ "М-2" поступалася "БЭСМ" за характеристиками, але, як висловився Карцев, "це була машина солiдна".

У 1957 роцi почалася розробка однiєї з перших у Радянському Союзi транзисторних машин - "М-4" для обробки даних вiд радiолокацiйних станцiй (РЛС). М.О.Карцев згадував: "У листопадi 1962 року вийшла постанова про запуск М-4 у серiйне виробництво. Але ми прекрасно розумiли, що машина для серiйного виробництва не годиться. Це була перша машина, зроблена на транзисторах. Вона важко настроювалася, її було б важко повторити у виробництвi i, крiм того, за перiод iз 1957 по 1962 рiк напiвпровiдникова технiка зробила такий стрибок, що ми могли б зробити машину, яка була б на порядок кращою, нiж "М-4" i на порядок потужнiшою вiд усiх обчислювальних машин, що випускалися на той час у Радянському Союзi. Всю зиму 1962-1963 рокiв йшли палкi суперечки. Керiвництво iнституту (ми тодi були в iнститутi електронних керуючих машин) категорично заперечувало проти розробки нової машини, стверджуючи, що в такий короткий термiн ми цього зробити не встигнемо, що це авантюра, що цього не буде нiколи.

Кiнець цим суперечкам поклало рiшення вiйськово-промислової комiсiї Президiї Ради Мiнiстрiв СРСР, видане в березнi 1963 року. У жовтнi 1964 року, менше нiж через два роки пiсля виходу постанови уряду, першi два зразки машини було направлено до мiсць експлуатацiї, а в груднi 1964 року було вiдправлено ще п'ять машин. Цi машини випускалися понад 15 рокiв." (З доповiдi, присвяченої 15-рiччю НДIОК). М.О.Карцеву була присуджена Державна премiя СРСР (1967 р.).

Випереджаючи час

Здавалося, можна було заспокоїтися, вiдпочити вiд напруженої працi або, у всякому разi, зробити перепочинок.

Цього не сталося i, напевно, просто не могло статися. Ще в 1966 роцi Карцев висунув iдею створення багатомашинного обчислювального комплексу, побудованого з обчислювальних машин, спецiально розроблених для спiльної роботи в такому комплексi. Проведенi дослiдження показали, що продуктивнiсть комплексу може досягти мiльярда операцiй за секунду. На той час жодна з машин у свiтi не мала такої продуктивностi! Це надихало Карцева, захоплювало колектив розроблювачiв. Вже в 1967 роцi було розроблено ескiзний проект комплексу (обчислювальний комплекс ОК "М-9"). При захистi в мiнiстерствi вiн отримав позитивну оцiнку.

На жаль, обчислювальний комплекс "М-9" промислового освоєння не отримав, але його розробка й успiшна експлуатацiя макету стали наочним свiдченням величезного творчого потенцiалу колективу, очолюваного М.О.Карцевим. 1967 рiк став знаменним для розроблювачiв ОК "М-9": було органiзовано Науково-дослiдний iнститут обчислювальних комплексiв НДIОК. Вiддiл Карцева став його кiстяком, а самого Карцева призначили директором. Це було офiцiйним визнанням наукової школи Карцева.

У 1969 роцi вийшла постанова уряду про створення електронної обчислювальної машини "М-10", в основу якої була покладена векторна числова машина з ОК "М-9".

За словами д.т.н. Л.В.Iванова, "цьому передувала авторитетна нарада, на якiй розглядалася перспективнiсть двох розпочатих розробок: "Ельбрус" (академiк С.О.Лебедєв) i "М-10" (М.О.Карцев). Лебедєв рiшуче висловився проти багатопроцесорностi в "Ельбрусi" i вiдстоював однопроцесорний варiант максимальної швидкодiї. Академiк В.М.Глушков пiдтримав обидва напрямки. Обидва напрямки i були схваленi" (див. журнал "Вопросы радиоэлектроники", вып. 2 за 1993 г.). У цьому ж роцi почалася розробка конструкторської документацiї i послiдовної передачi її заводовi-виробнику. З 1970 року на заводi була розпочата пiдготовка виробництва i виготовлення експериментального зразка. До середини 1970 року заводовi-виробнику була передана вся конструкторська документацiя, а через рiк, у серпнi 1971 року, завод поставив пiд настроювання експериментальний зразок машини "М-10". Одночасно йшло коригування конструкторської документацiї i виготовлення пристроїв промислових зразкiв машини. Цей рiк був дуже важким для М.О.Карцева. Напружена робота позначилася на здоров'ї: обширний iнфаркт на декiлька мiсяцiв уклав його в постiль. На щастя, все обiйшлося благополучно.

До червня 1973 року всi пристрої першого зразка були виготовленi, пройшли перевiрку на вiдповiднiсть технiчним умовам i поставленi для комплексного налагодження машини в цiлому. У вереснi того ж року перший промисловий зразок "М-10" успiшно витримав комплексну перевiрку за технiчними умовами та переданий у дослiдну експлуатацiю i для налагодження математичного забезпечення.

У груднi 1973 року було завершено випробування i другого промислового зразка. Практично з цього моменту почалося серiйне виготовлення машин "М-10". Виробництво продовжувалося понад 15 рокiв. Було виготовлено декiлька десяткiв комплектiв, бiльшiсть iз який дотепер знаходиться в експлуатацiї. На базi машин "М-10" було побудовано ряд потужних комплексiв. У 1976 роцi, працюючи в одному iз таких обчислювальних комплексiв, машина "М-10" разом iз математичним забезпеченням успiшно витримала державнi iспити.

Створення ЕОМ "М-10" було вiдзначено присудженням у 1977 роцi Державної премiї СРСР групi спецiалiстiв НДIОК, заводу-виробника i монтажної органiзацiї. Головного конструктора ЕОМ "М-10" М.О.Карцева було нагороджено орденом Ленiна. Орденами i медалями СРСР було нагороджено 118 спiвробiтникiв НДIОК i багато робiтникiв заводу-виробника.

Щоб була зрозумiла важливiсть створення ЕОМ "М-10", варто сказати хоча б декiлька слiв про її основне призначення. Воно довго трималося в секретi, тому що машина розроблялася для Системи попередження про ракетний напад (СПРН), а також для загального спостереження за космiчним простором. Iнформацiя про це вперше з'явилася на сторiнках газети "Правда" вiд 1 квiтня 1990 р. (стаття А.Горохова "Стояние при Пестрялове"). Задача системи - забезпечити вiйськово-полiтичне керiвництво країни достовiрною iнформацiєю про можливу загрозу ракетного нападу та обстановку в космосi, тобто вона має чисто оборонний характер. Зараз на навколоземних орбiтах знаходиться близько 17 тисяч об'єктiв рiзноманiтного походження, включаючи дiючi супутники, що вiдслужили свiй термiн, шматки ракетоносiїв та iн. Перший ешелон СПРН - космiчний: по факелах ракет що запускаються, супутники контролюють їхнiй старт. Кiстяк системи - її другий, наземний ешелон, що включає потужнi радiолокацiйнi станцiї, розташованi на околицях країни (до розпаду СРСР їх було дев'ять - пiд Ригою, Мурманськом, Печорою, Iркутськом, Балхашом, Мiнгечауром, Севастополем, Мукачево), а також мережа обчислювальних комплексiв на базi ЕОМ "М-10".

Навiть звичайна пiдготовка вiйськ у наш час пов'язана з пусками ракет рiзного класу. А якщо ядернi ракети потраплять до рук полiтичних авантюристiв, амбiцiйних "керманичiв", спроможних на так званi "несанкцiонованi" пуски? Необхiдна швидка i точна оцiнка подiбної дiяльностi, iнакше наслiдки можуть бути убивчими для всiєї планети. Не випадково, говориться в газетнiй замiтцi, визрiла парадоксальна, на перший погляд, думка про координацiю роботи систем попередження i контролю космiчного простору в планетарному масштабi.

Варто пiдкреслити винятково високi вимоги до обчислювальної технiки, що використовувалась в таких системах: на пiдрахунок траєкторiї запущеної ракети видiляються декiлька секунд, а обсяг даних, що надходять в ЕОМ вiд радiолокацiйних станцiй, величезний.

До початку 1980 рокiв ЕОМ "М-10" мала найвищi: продуктивнiсть (по деяких оцiнках - 20-30 млн. операцiй за сек.), ємнiсть внутрiшньої пам'ятi i пропускну здатнiсть мультиплексного каналу, яка була на той час в СРСР. Вперше у свiтi в нiй було реалiзовано ряд нових прогресивних рiшень, у тому числi: передбачена можливiсть синхронного комплексування до семи ЕОМ при прямому (минаючи мультиплексний канал) обмiнi iнформацiєю мiж програмами окремих машин i динамiчного розподiлу устаткування; реалiзована автоматична перебудова поля процесорiв; до складу ЕОМ введено другий рiвень внутрiшньої пам'ятi ємнiстю понад 4 млн. байт з довiльним доступом; забезпечений зовнiшнiй обмiн з обома рiвнями внутрiшньої пам'ятi.

У 1978 роцi М.О.Карцев запропонував приступити до робiт по створенню нової багатопроцесорної векторної обчислювальної машини, використовуючи досвiд, отриманий при розробцi, виготовленнi та експлуатацiї машин "М-10" i "М-10М", а також новiтнi досягнення в технологiї та в електроннiй технiцi. Вирiшено було дати цiй машинi умовне позначення "М-13".

У 1979 роцi колектив почав розробку конструкторської документацiї. Були визначенi i заводи-виробники, на яких передбачалося вести виробництво машини "М-13". Протягом 1980-1981 рокiв конструкторська документацiя комплектно по пристроях була передана на заводи.

"М-13" стала машиною четвертого поколiння. Елементною базою машини "М-13" були великi iнтегральнi схеми. У архiтектурi багатопроцесорної векторної ЕОМ, призначеної для опрацювання в реальному масштабi часу великих потокiв iнформацiї, передбаченi чотири основних частини: центральна процесорна частина, апаратнi засоби пiдтримки операцiйної системи, абонентське сполучення, спецiалiзована процесорна частина.

Машина "М-13" мала модульну структуру i допускала змiнну комплектацiю, спроможну оптимально забезпечити користувачу необхiднi технiчнi характеристики. Так, центральна процесорна частина мала три конфiгурацiї i могла мати продуктивнiсть у залежностi вiд виконання 12*10⁶, 24*10⁶ i 48*10⁶ операцiй за секунду. При цьому також вiдповiдно змiнювався й обсяг внутрiшньої пам'ятi, пропускна здатнiсть центрального комутатора i пропускна здатнiсть мультиплексного каналу. Так, обсяг внутрiшньої пам'ятi мiг складати 8,5, 17,0 або 34,0 Мбайт, пропускна здатнiсть центрального комутатора - 800, 1600 або 3200 Мбайт/сек., пропускна здатнiсть мультиплексного каналу - 40, 70 або 100 Мбайт/сек.

Еквiвалентна швидкодiя спецiалiзованої процесорної частини машини "М-13" у максимальнiй комплектацiї при вирiшеннi зазначених вище задач може досягати 2,4*10⁹ операцiй за секунду.

У продовження всiєї своєї дiяльностi М.О.Карцев виявляв високу творчу активнiсть. Його монографiї з основ теорiї арифметичних пристроїв i основ проектування структури ЕОМ стали настiльними книгами для розроблювачiв обчислювальної технiки. Менше вiдомi створенi пiд керiвництвом Карцева ЕОМ, що мали спецiальне призначення i знаходилися на озброєннi Радянської Армiї. ЕОМ "М-4М" (шифр 5Е71, 5Е72, 5Е73) на порядок перевершували сучаснi їм "М-220", "БЭСМ-4" та iн. Вони несли чергування на вiдповiдальних об'єктах iз 1967 р. до 1981 р., випускалися серiйно; наробiток на вiдмову або перебiй складали в них 700-1000 годин.

ЕОМ "М-10" (шифр 5Е66) значно перевершувала сучаснi їй вiтчизнянi ЕОМ ("БЭСМ-6", "ЕС-1060").

З ЕОМ 5Е71-5Е73 i 5Е66 був створений i знаходився в постiйнiй цiлодобовiй експлуатацiї найбiльший у країнi багатомашинний комплекс, в якому у єдиному алгоритмi працювали сiмдесят шiсть ЕОМ, об'єднаних каналами передачi даних довжиною в десятки тисяч кiлометрiв.

В розробках М.О.Карцева використовувалися новi технiчнi рiшення, що випереджали свiй час: сторiнкова органiзацiя пам'ятi, поєднання операцiй iз плаваючою i фiксованою комою у "М-2" (1952-1956 рр.), мiкроелементна структура команд ("модальностi операцiй") у машинi "М-4" (1957-1959 рр.), магiстральна ("конвеєрна") структура в "М-4М" (1962-1964 рр.), лiнiйка синхронних процесорiв, що програмно перебудовуються, векторна структура, швидкодiюча оперативна пам'ять 2-го рiвня в "М-10".

У багатопроцесорнiй системi 4-го поколiння "М-13" уперше реалiзована апаратура пооперацiйних циклiв (забезпечує незалежнiсть програми вiд числа процесорiв у системi), апаратура сегментно-сторiнкової органiзацiї пам'ятi (яка перекриває можливостi файлової системи), програмно керований периферiйний процесор для операцiй типу перетворення Фур'є, Уолша, Адамара, Френеля, обчислення кореляцiйних функцiй, просторової фiльтрацiї i т.п. Середня швидкодiя центральної частини - до 50 млн. операцiй за секунду (або до 200 млн. коротких операцiй за секунду), внутрiшня пам'ять - до 34 Мбайт, швидкiсть зовнiшнього обмiну - до 100 Мбайт за секунду, еквiвалентна швидкодiя периферiйного процесора на своєму класi задач - до 2 мiльярдiв операцiй за секунду.

М.О.Карцев - автор фундаментальних теоретичних робiт з обчислювальної технiки (5 монографiй, 55 статей i звiтiв, 16 винаходiв). Книги "Арифметичнi пристрої електронних цифрових машин" (росiйське видання - 1958 р., пiзнiше перевидавалася за кордоном), "Арифметика цифрових машин" (1969 р.) заклали основи теорiї арифметичних пристроїв; їхнi висновки ввiйшли до пiдручникiв. У останнiх монографiях "Архiтектура цифрових обчислювальних машин" та "Обчислювальнi системи та синхронна арифметика" (1978 р.) практично вперше зроблена спроба поставити на наукову основу проектування загальної структури ЕОМ i апаратури для виконання паралельних обчислень.

Трудовi досягнення М.О.Карцева вiдзначенi орденом Ленiна (1978 р.), орденом Трудового Червоного Прапора (1971 р.), орденом "Знак пошани" (1966 р.) i медаллю "За доблесну працю". У 1967  роцi йому було присуджено Державну премiю СРСР.

23 квiтня 1983 року Михайла Олексадровича Карцева не стало...

М.О.Карцев був i залишиться найбiльшою фiгурою у свiтовiй комп'ютернiй науцi та технiцi. Його iм'я золотими буквами вписано в iсторiю її становлення та розвитку.

У збiрнику "Питання радiоелектронiки" (серiя ЕОТ, вип.2 за 1993 р.), присвяченому 70-рiччю вiд дня народження М.О.Карцева, д.т.н. Л.В.Iванов справедливо написав: "...Вiн вiдноситься до тiєї нечисленної категорiї людей, що складають елiту нацiї, без яких нацiя не може iснувати".

У 1993 р. Науково-дослiдному iнституту обчислювальних комплексiв присвоєно iм'я його засновника.