Как обеспечить РФ своими компьютерами? Интервью с куратором супер-ЭВМ

СССР создавал вычислительную технику мирового уровня, во всяком случае для решения задач в интересах государства и народного хозяйства. В частности, достигалось это за счет использования так называемых спецпроцессоров.

В первой части интервью директор Института программных систем имени А. К. Айламазяна РАН Сергей Абрамов рассказал о большом проекте по разработке таких спецпроцессоров, проводившемся согласно программе создания ЕС ЭВМ в 80-е годы.

Абрамов — доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН (2006). Почти 19 лет он проработал директором Института программных систем имени А. К. Айламазяна РАН, был руководителем от России программ СКИФ и СКИФ-ГРИД по разработке суперкомпьютеров (проект Союзного государства России и Белоруссии). Также ученый является координатором Национальной суперкомпьютерной технологической платформы.

Один из крупных организаторов суперкомпьютерной отрасли нашей страны ведет профессиональную деятельность с начала 80-х, когда в Научно-исследовательском центре электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ) стал куратором направления спецпроцессоров, то есть ЭВМ с быстродействием, свойственным для суперкомпьютеров.

Мнение специалиста о том, что нужно изменить в данной отрасли с учетом советского опыта, чтобы в нынешних условиях обеспечить страну современной вычислительной техникой — в интервью ИА Красная Весна.

ИА Красная Весна: Сергей Михайлович, что нужно изменить в данной отрасли с учетом советского опыта, чтобы в нынешних условиях обеспечить страну современной вычислительной техникой?

Сергей Абрамов: Начинать надо с изменения просто порядка управления, сменить порядок управления. Начните с начальников, с головы, с которой гниет рыба. Встаньте на позицию тех людей, которые тогда формировали такой проект.

Во-первых, это было достаточное бюджетное финансирование, никакой «привлечёнки» (внебюджетных источников), т. к. риски довольно большие и проект может закончиться неудачно. Второе, не должно быть никаких чиновников для принятия решения.

Я уже рассказал, что в 1980-х мне, молодому специалисту без практического опыта, доверили курировать большой набор сложных проектов. И я писал замечания и рекомендации именитым главным конструкторам. Это нормально: пусть молодой специалист, но специалист, а не чиновник.

Чиновники не управляли экспертизой, проведением госиспытаний, утверждением техзаданий, утверждением тех или других аспектов. Это не дело чиновника, они ничего в этом не понимают и никогда не будут понимать. Тогда партийному руководству хватало ума это знать.

Сахаров мог попасть в ссылку в Нижний Новгород, но от этого он не переставал оставаться академиком. К его мнению, к мнению научного и технического специалиста прислушивались, понимали, что вот так и есть. Даже если кому-то это не очень нравится.

Это потеряно, этот стиль руководства потерян полностью. Просто полностью! Чванство, хамство чиновничье зашкаливает, хотя они ничего в науке реально не понимают. Поэтому, если каким-то предыдущим опытом и можно воспользоваться, то в первую очередь вот этим.

Далее, у утвержденного проекта должно быть достаточное бюджетное финансирование и никакой «привлечёнки» — внебюджетных источников. В подобных проектах сроки и риски довольно большие. Сложно найти бизнес, который вложит в подобные проекты средства.

ИА Красная Весна: Что еще влияет на работу отрасли?

Сергей Абрамов: Все остальное довольно печально. Не прошло даром время с 2014 года, со времени реформы РАН — это восемь лет разгрома академической науки. Перед этим была разрушена прикладная наука, теперь академическая.

Не в том смысле, что вообще нет результата реформы, просто результат не соответствует затраченным усилиям и целям. Время и ресурсы ушли в бесплодной попытке ликвидировать науку в Академии и взамен построить альтернативную науку в вузах. Это невозможно: вузам и так тяжело — 100% времени идет на организацию учебы и безумное взаимодействие с чиновниками от образования, тут не до науки.

В Советском Союзе была ли наука в вузе? Да, конечно, в некотором объеме была. На кафедре, на которой я учился, были семинары, там писали статьи. Но основная наука была в академии. Если сравнивать соотношение, то вот мой научрук, завкафедрой ВМК МГУ Михаил Романович Шура-Бура, работал в ИПМ имени М. В. Келдыша РАН, и там у него было больше науки, чем на кафедре.

Это соотношение даже усилилось сейчас, поэтому убить академическую науку и пытаться вырастить ее в вузах — это совершенно бездарный план, который провалился и дальше будет проваливаться. Удар по академической науке довольно сильный. Но эта цель была поставлена и в этом направлении продвинулись.

Необходимо менять управление наукой, возвращать эту функцию и институты в РАН, восстанавливать команды. Теперь сделать это будет довольно тяжело. Ломать — не строить, как известно. В последнее время состояние совсем катастрофическое. Конечно, где-то специалисты еще сохранились, но все довольно печально.

ИА Красная Весна: В микроэлектронике ситуация еще сложнее?

Сергей Абрамов: Если говорить про элементную базу, про микрочипы, про процессоры, то в СССР была отдельная электронная промышленность. Сейчас она тоже есть, но не как государственная забота, а как бизнес. Этот частный бизнес иногда имеет государственные заказы, поддержку, а иногда не имеет.

Технологически Россия отстала, а мировая электронная промышленность ушла далеко вперед. Технологии ушли на такой уровень, что уметь производить процессоры стало очень дорого и очень хлопотно. Именно поэтому в мире произошло разделение труда.

Собственно разработка процессоров нынче является примерно тем же делом, что и программирование, потому что архитектура процессора описывается на неких формальных языках: Verilog, VHDL.

Есть редакторы, где человек сидит за экраном и просто описывает или рисует некий процессор: электронные вентили, как они соединяются в большие блоки, далее, как блоки соединяются меж собой. Есть средства эмуляции и отладки, которые позволяют убедиться, что все разработанное будет работать правильно.

Разработанный в конце концов процессор — это просто файл, текст на Verilog, VHDL. Это процесс дизайна, когда создается описание будущего процессора, и он выполняется в так называемых дизайн-центрах.

В России все это можно сделать, это решаемо. Этот персонал готовят по специальности «Схемотехника». Хорошие организации по подготовке таких специалистов есть, например, и в Зеленограде, и в Сколково. Здесь не нужно очень больших вложений, все это можно освоить и развернуть в России.

А вот когда процессор описан в виде файла, его нужно превратить в кремниевый кристалл. И это делается на специальных фабриках. Эта часть дорогая и хлопотная: нужны чистые помещения, нужна чистая химия, используется сверхчистый материал.

Вдобавок ко всему этому в мире между такими фабриками идет гонка за технологией: вчера было, скажем, 19 нм, потом стало 15 нм, после — 10 нм. Это гонка за технологическими нормами. Так вот, фабричное дело очень дорогое и хлопотное, фабрик мирового уровня в России нет. И не только в России их нет.

На самом деле сегодня есть совсем небольшое число стран и совсем немного фирм, которые и сами проектируют процессоры (имеют дизайн-центры), и сами выпускают процессоры (имеют фабрики). Одна из таких немногих компаний — Intel. Она и разрабатывает процессоры, и имеет фабрики, на которых их выпускает. Однако это очень хлопотно, это очень дорого.

Intel сорок лет держал лидерство в этой гонке. Отдельное подразделение писало — рисовало новые процессоры, другое подразделение строило новые фабрики и выпускало на них чипы. Построили фабрику на 22 нм. Прошло два года, и строят новую фабрику на 19 нм. Старую модернизировать невозможно, поэтому строят новую на новом месте — просто берут чистое поле и там строят новую фабрику. А через два года — другую новую фабрику.

Каждая фабрика обходится в $2 млрд — $6 млрд. И так в течение сорока лет: каждые два года новая фабрика, затраты в два — шесть миллиардов долларов. Это первый путь, которым идет Intel. Путь хлопотный, дорогой, но через сорок лет такого пути есть шансы стать лидером отрасли. Таким, как Intel.

Однако подавляющая доля компаний в мире отказались от этого подхода и просто разделили труд. Одни из них сказали, что «мы будем только разрабатывать описания (файлы) процессоров», а другие — «у нас будут фабрики, мы не будем разрабатывать описания процессоров, но если вы принесете нам свои описания (текстовые файлы) процессоров, то мы по ним "выпечем" в кремнии ваши процессоры с оплаченным тиражом». То есть каждая компания сфокусировалась на каком-то одном деле. Произошло мировое разделение труда.

Крупнейшая «фабричная» компания — тайваньская TSMC. Она глубоко сосредоточила усилия ровно на одной проблеме: все время держать самую лучшую в мире фабрику, с самой лучшей технологией и обеспечивать лучшую в мире долю годных кристаллов в тираже. Последнее важно: на цену процессора очень влияет процент того, сколько у вас брака. Вы «выпекли» большую пластину, распилили ее на процессоры. Какая-то часть идет в брак, какая-то — нет. Процент брака и определяет стоимость кристалла.

Тайваньская компания сконцентрировалась на чем? Чтобы брака было мало, чтобы химикаты были чисты, чтобы технология была лучшая. Они первыми освоили 7 нм, первыми освоили 5 нм и движутся далее. Почему у них все так здорово? Так они не тратят время и ресурсы персонала на придумывание процессоров вообще. Занимаются только одним: лучшие фабрики, лучшие технологии, минимизация брака. Из-за фокусировки они обогнали Intel по технологическим нормам и по другим характеристикам.

Остальные компании сказали: «Мы не будем свои фабрики строить, мы в TMSC свои файлы с описаниями наших процессоров принесем. Нам не надо тратить миллиарды долларов каждый год на новые фабрики!». Например, так поступила компания AMD.

Уже с десяток лет у AMD нет ни одной фабрики — это fabless-компания, т. е. бесфабричная. Вся компания сидит за мониторами и рисует новые и новые процессоры. А дальше — больше: Amazon и Google создали по своему процессору, у них тоже нет своих фабрик. И все приносят свои файлы в TSMC или в другие аналогичные компании–фабрики.

Три года назад наш институт сделал ровно такую же работу. У нас был заказ в интересах одной силовой структуры. Нужно было построить вычислительную систему, специализированную под очень узкий класс задач. Мы с нуля на VHDL разработали свой собственный специализированный процессор, полученные описания отладили, промакетировали на FPGA, а потом взяли эти файлы и поехали в Юго-Восточную Азию.

Это тоже непросто: передал файл и получи свои чипы. Нет, наши люди жили на фабрике полгода, притирали свои файлы к особенностям производственного процесса фабрики и «выпекали» эти кристаллы. Привезли обратно кристаллы, изготовили печатные платы, все спаяли, сделали корпуса, оснастили систему погружным охлаждением.

В итоге выдали машину, которая с тех пор выполняет важную задачу «двадцать четыре на семь» без остановки и безаварийно. Это был проект на два года и не на триллионы рублей, не на миллиарды. Это была довольно крупная система. За разумные деньги она была сделана полностью под ключ заказчику и надежно работает.

Да, такой путь, путь fabless и сотрудничества с TSMC или подобными фабриками, этот путь проходим. И все серьезные российские процессоры серверного уровня, которые мы сегодня имеем, «Эльбрусы» и «Байкалы», все они создаются и выпущены ровно по этой же схеме. Это fabless.

В нашей стране нет фабрик, которые способны делать такие технологические нормы. Всё серьезное выпускалось в том же Тайване. Но после 24 февраля 2022 года там заявили, что они не будут больше обслуживать заказы из России. Все, точка.

Ну и что дальше делать — не очень понятно. Чтобы иметь такого уровня фабрики, надо было идти путем Intel. Мы этого в предыдущие сорок лет не делали… Я не специалист, я не понимаю, как это можно сделать в короткие сроки.

Требуется в первую очередь честное и профессиональное — не чиновничье, а профессиональное, — экспертное обсуждение размера бедствий и поиска путей выхода из него. Если будет российская фабрика, то тогда даже институт, расположенный в райцентре (как наш Институт), будет способен разработать и выпустить свой процессор.

Но где фабрика — это вопрос. Тайвань точно не будет вести игры в обход санкций. Видно, что и с Китаем тоже не просто. Санкции довольно серьезные. Как-то лукавить, через подставные фирмы действовать — не очень понятно как. И по рискам, и по накладным расходам все невесело.

Итог. При наличии политической воли собрать компетентную команду, решить поставленные задачи можно. Но в первую очередь я вижу огромную некомпетентность части управления наукой. Просто зашкаливающую. И это самая главная проблема.

Читайте также: Спецпроцессоры СССР — история или будущее? Интервью с куратором супер-ЭВМ