Секретные рекорды

00Фронтовик на переднем крае науки

Михаил Карцев родился 10 мая 1923 года в Киеве, в семье педагогов. Обучение в школе для Карцева окончилось в июне 1941 года, накануне начала Великой Отечественной войны. Тем же летом его направили на оборонительные работы в Донбасс, а с сентября он заступил на службу в ряды Советской армии. В составе танкового экипажа он освобождал Румынию, Венгрию, Чехословакию и Австрию. В 20 лет был награждён орденом Красной Звезды и медалью «За отвагу».

После демобилизации, в 1947 году, он решает поступить в вуз. Но аттестат об окончании школы был утерян, а рассчитывать на получение дубликата не приходилось. Киев сильно пострадал во время войны, многие архивы были утрачены.

Однако Карцева это не остановило. Уже в сентябре 1947 года он стал студентом радиотехнического факультета Московского энергетического института, сдав экстерном экзамены по всем предметам средней школы. В том же году Карцев сдал экзамены сразу и за первый, и за второй курсы — и это несмотря на болезнь туберкулёзом. На пятом курсе МЭИ он заступил на полставки инженера в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР. Здесь, под руководством Исаака Брука, шла разработка одной из самых первых ЭВМ с полупроводниками — М-1. Тем временем под Киевом, независимо, в Институте электротехники АН УССР под руководством Сергея Лебедева создавалась МЭСМ.

Путь Карцева в вычислительной технике начался с проектирования главного программного датчика для первой советской ЭВМ — М-1. За два с половиной месяца он разработал полную блок-схему датчика со всей необходимой конструкторской документацией на его блоки — от генератора тактирующих импульсов и блока пуска до блока выбора памяти и блока операции сравнения. Уже в декабре 1950 года эти блокипошли в монтаж.

Как вспоминал Рене Шидловский, работавший с Карцевым над М-1, подготовка машины велась «полулегально и полусекретно» — кибернетика ещё не полностью освободилась от статуса «лженауки». Шидловский отмечает, что уже тогда в Карцеве он чувствовал «мудрого наставника и друга». Вот что Шидловский запомнил из общения с молодым учёным:

Первая рабочая столичная ЭВМ стала фурором в академической среде: машина выдавала скромные по текущим меркам 15–20 операций в секунду над 23-разрядными числами и имела память на 256 слов. На «смотрины» приезжали и президент АН СССР А. Н. Несмеянов, и многие другие советские учёные.

Следующую машину линейки, М-2, весной 1952 года поручают разрабатывать уже самому Карцеву — Брук выделил ему команду из семи человек. Вспоминая о масштабе работ и имеющихся ресурсах, Карцев признавался: «То, как мы это делали тогда, мне сейчас трудно себе представить». Уже летом 1953 года машина начала работу.

01ЭВМ специального назначения

М-2 была создана в единственном экземпляре, хотя по своим временам и была достаточно серьёзным устройством: ЭВМ справлялась с 2 тысячами вычислений в секунду (сопоставимо со «Стрелой» Рамеева и БЭСМ Лебедева). Однако, в отличие от М-1 и других машин, М-2 скорее относилась к классу больших машин.

По воспоминаниям Карцева, машину использовал Сергей Соболев для расчётов по запросу Игоря Курчатова (разработчики советского атомного оружия), считались задачи по распоряжению Акселя Берга, были поручены расчёты прочности плотин строившихся тогда Куйбышевской и Волжской ГЭС.

Все задачи на М-2 ставились и решались по согласованию с Бруком. Но однажды это правило было нарушено, пока руководитель был на отдыхе в Кисловодске. В лаборатории, соседствующей с бруковской, работали над физикой горения. Там, летом 1953 года, шла тяжёлая работа по созданию таблицы термодинамических и газодинамических параметров воздуха — эти расчёты были нужны ракетчикам для определения толщины защитной огнеупорной обмазки. Работа была колоссальная: необходимо было решать систему из 13 уравнений, а поручили эту задачу всего двум лаборантам. Сроки сдачи были около полугода. Тогда уже работала БЭСМ, но она предназначалась только для серьёзных и срочных заказов — очереди расписывались надолго.

Физики знали, что лаборатория Брука работает над какой-то «новой секретной машиной», вспоминала сотрудница физической лаборатории Т. В. Баженова. Соседствующие лаборатории были дружны: как вспоминала Баженова, однажды «айтишники», с которыми она ходила в туристические походы, пришли к ней на день рождения и принесли в подарок дефицитную лыжную мазь. Баночки с мазью стояли одна на другой и были обмотаны бумажной лентой с ровными строчками цифр. Баженова догадалась, что это лента для выдачи результатов расчётов на ЭВМ. После этого она с коллегами обратилась к Карцеву и другим друзьям из лаборатории, занятой ЭВМ.

Несмотря на то, что М-2 не стала серийной машиной, она принесла пользу, проработав в Энергетическом институте АН СССР 15 лет. Эту ЭВМ можно назвать первым шагом в карьере Карцева на пути к созданию собственной научной школы, фокусом которой станет создание больших машин, предназначенных для задач специального назначения.

02Авантюра за военный счёт

Проектирование М-3, следующей модели в линейке бруковских машин, началось почти сразу с М-2. Разработку новой модели вёл коллега Карцева Н. Я. Матюхин. Вероятно, Брук решил развести Карцева и Матюхина по двум различным проектам, поскольку оба стремились к самостоятельной работе — и быстро начали демонстрировать черты лидеров научных коллективов. Так, при разработке М-1, над которой Матюхин и Карцев трудились вместе, они проводили за настройкой компонентов машины по 16–18 часов в день.

Коллеги вспоминали Карцева и Матюхина как «лучших учеников» Брука. Научный руководитель не торопил их с защитой диссертаций, будучи уверенным, что «учёного сделать нельзя», — аспирантуру он считал неэффективным способом проложить путь в науку.

В 1957 году директор Радиотехнического института АН СССР академик А. Л. Минц предложил Бруку разработать электронную управляющую машину (ЭУМ) для нового экспериментального радиолокационного комплекса. Так началась история М-4, руководителем проектирования которой назначили Карцева. В 1960 году ученого назначили руководителем спецлаборатории №2, подведомственной Институту электронных управляющих машин.

К 1957 году советская промышленность освоила серийный выпуск первых транзисторов, так что М-4 проектировали на полупроводниках. Спустя пять лет, в 1962 году, машина уже была запущена в серийное производство. Машина справлялась с 50 тыс. операций сложения или вычитания в секунду, имела оперативную память в 1024 24-разрядных числа. Несмотря на успех, Карцев остался недоволен результатом:

Эта дилемма сохраняется и в современной разработке вычислительной техники. Инженерный продукт почти всегда можно продолжать улучшать, однако на определенном этапе конструкцию необходимо зафиксировать, чтобы перейти к испытаниям и подготовке серийного производства. Решение принимается не по одному критерию: учитываются выполнение заложенных требований, результаты испытаний, технологичность производства, доступность компонентной базы и возможность стабильно воспроизводить характеристики от изделия к изделию. Поэтому готовность продукта определяется не только тем, насколько совершенна его архитектура, но и тем, насколько надежно ее можно перенести в серию.

Руководство Института электронных управляющих машин, под крылом которого тогда работал Карцев, противилось доработкам. Руководители считали, что это авантюра, — слишком короткие сроки были у потенциального проекта.

Однако в Карцева поверили — причём военные. Военно-промышленная комиссия Президиума Совета министров СССР издала в марте 1963 года решение, которое позволяло создание М-4М. В том же месяце Карцев и его коллектив передали предприятию-изготовителю документацию на первый шкаф машины, а к августу был готов уже весь проект. Работы разрослись до такой степени, что на базе спецлаборатории №2 ИНУЭМ был образован отдел специальных разработок (ОСР) в 1965 году.

ЭВМ М4-2М, выпускавшаяся серийно с 1964 года, обеспечивала уже 220 тысяч операций в секунду — более чем в четыре раза больше, чем первый вариант.

По результатам работы над М-4М Карцев защитил докторскую диссертацию. При проведении работ его отдел расширился до 200 сотрудников. За М-4М Карцеву в 1967 году присудили Государственную премию СССР.

Физик Дорфман, лично наблюдавший его работу, оценивал масштаб фигуры без скидок: «Карцев был, безусловно, самой одарённой и озарённой фигурой среди советских разработчиков компьютеров, и на мировом уровне он бы вошёл в тройку самых блистательных компьютерных дизайнеров 1960–1970-х годов».

03«Психи собирают груду металла»

Успех Карцева был оттенён потерей учителя. С 1959 по 1964 год шла работа над очередной серийной «бруковской» машиной М-5. В её разработке частично участвовал и Карцев, но тот позже был отстранён Бруком — Карцев был нужен на М-4М. Если М-4М создавалась для военных нужд, то М-5 предназначалась для решения экономических задач, планирования и управления народным хозяйством. Брук был сторонником радикальных экономических реформ, в частности выступал за движение к рыночной экономике — и в этом расходился с собственным руководством в Госплане. Брука «вывели» на пенсию.

А Карцев в 1967 году выступил с «дерзким предложением» к Минприбору — учёные хотели создать машину с производительностью около 1 000 000 000 операций в секунду. Реализовывать это рассчитывали посредством принципиально новой архитектуры комплекса: структура машин должна была работать не с отдельными числами, а с их группами. При этом группа арифметических устройств работала от одного тактового генератора, выполняя любую операцию в течение одного или двух тактов; параллельно должен был быть обеспечен обмен данными между АУ.

Проект под названием М-9 так и не удалось осуществить. По воспоминаниям Карцева, Минприбор отказался поддерживать проект и направил разработчиков «к Калмыкову» — министру радиопромышленности СССР. Так и вышло: в 1967 году ОСР под руководством Карцева сначала перешел в ведомство Минрадиопрома, а затем на его базе был создан филиал №1 ОКБ «Вымпел». Мешали и технические ограничения. Однако уже в 1969 году Карцев начал разработку новой серии — М-10.

На проект Карцева косо смотрели в том числе и из-за его масштабов. Флагман советского вычтеха — БЭСМ-6 — в ту пору использовал 60 тысяч транзисторов и 180 тысяч полупроводниковых диодов. Комплекс М-10 состоял из трёх ЭВМ и содержал 2,1 млн микросхем и 1,2 млн транзисторов.

Современники в своих воспоминаниях отмечают: долгое время оставалось секретом, как Карцев смог добиться разрешения на такой амбициозный проект. Только в 1990-е стало известно, что М-10 разрабатывалась для Системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), а также для общего наблюдения за космическим пространством.

Физик и математик Вениамин Дорфман, работавший в том же институте, вспоминал момент этого перехода — когда гражданское направление разработок начало терять поддержку чиновников.

Отделение Брука расширялось, готовилось новое большое здание для самостоятельного института Карцева. Но в жизни института Брука этот «раскол» стал настоящей драмой — многие специалисты перешли из института Брука в институт Карцева, писал Дорфман.

Работа шла на износ. Уже спустя год, в 1970 году, коллектив Карцева сдал на завод всю конструкторскую документацию. Параллельно, вероятно, была и серьезная административная нагрузка — в 1970 году филиал «Вымпела» переименовали в филиал Радиотехнического института, Карцев продолжал работу в должности директора. В 1971 году завод сдал экспериментальный образец, началась корректировка документации и изготовление устройств промышленных образцов. Тяжёлый 71-й год окончился для Карцева обширным инфарктом.

Уже с 1973 года началось серийное производство М-10. Это был многопроцессорный комплекс синхронного типа, машина третьего поколения. Она предназначалась не только для СПРН, но и для обеспечения работы сложных АСУ в реальном масштабе времени.

Комплекс продолжал развитие: к началу 1980-х производительность комплекса М-10 дотягивала до 20–30 млн операций в секунду; впервые в мире в ней была реализована возможность комплексирования до семи ЭВМ при прямом обмене информацией между программами отдельных машин.

А в 1975 году филиал РТИ под руководством Карцева преобразовали в полноценный Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов (НИИВК), самостоятельное подразделение Минрадиопрома.

Карцев был его первым директором — если не создателем вовсе. На этой должности он проработает до самой смерти.

В 1978 году Карцев начал разработку новой машины — М-13. М-10 показала, что концепция многопроцессорных вычислительных машин оправдана, и это же направление было развито в М-13. Работа шла быстро — уже к 1981 году конструкторская документация была передана на заводы.

Элементной базой для М-13 стали большие интегральные схемы, новый комплекс Карцева был полноценной машиной четвёртого поколения. ЭВМ предназначалась для обработки в реальном масштабе времени больших потоков данных; архитектурой были разделены центральная процессорная часть, аппаратные средства поддержки ОС, абонентское сопряжение и специализированная процессорная часть.

Элементы имели различную комплектацию — предусматривались три базовые модели, а также ряд модификаций. Центральная процессорная шла в трёх вариантах, обеспечивая быстродействие от 12 до 48 млн операций в секунду. Максимальное эквивалентное быстродействие всего комплекса могло составлять до 2,4 млрд операций в секунду. Можно только предполагать, что испытывал Карцев, когда метил на такой результат: менее 15 лет назад Минприбор отказал ему в поддержке с М-9, целевая производительность которой была более чем в два раза ниже.

В мае 1982 года Карцев по случаю пятнадцатилетия института (дату считали с перехода ОСР в ведомство Минрадиопрома) выступал с речью перед коллегами:

23 апреля 1983 года, будучи за рулём в районе станции метро «Сокол», Карцев остановился — он почувствовал недомогание, а затем потерял сознание. Приехавшая скорая помощь констатировала смерть — причина была в острой сердечной недостаточности.

До выхода «в печать» М-13 оставалось всего ничего: коллеги Карцева довели разработку до заводских испытаний в 1987 году, выход в серию начался в 1984 году.

Первая серия машин, как и некогда их создатель, отправилась на защиту родины. М-13 комплектовались радиолокационные станции обнаружения запуска баллистических ракет «Дарьял». Десять лет после смерти Карцева Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов получил имя своего создателя.

Сын Карцева, Владимир, в биографическом сборнике «Михаил Карцев» писал: его отец «не задавался вопросом о смысле жизни, ежедневно и ежечасно работал». Карцев-старший никогда не задавался вопросом, кому и зачем нужен «оборонный щит Родины», — но знал каждое сопротивление в своих первых машинах. Владимир отмечает, что Карцев пренебрегал заботой о своём здоровье: слишком был погружён в свою работу.