К 90-летию со дня рождения Михаила Александровича Карцева - выдающегося создателя ЭВМ четырех поколений и мощных вычислительных комплексов реального времени для систем ПРО.
Он родился 10 мая 1923 г. в Киеве в семье педагогов. Окончив школу 21 июня 1941 г., пошел строить укрепления, а уже осенью стал танкистом и служил до 1947 г. Победу встретил в Австрии.
Вернувшись с орденом Красной Звезды и медалями, сдал экстерном экзамены по всей школьной программе (на войне потерялся аттестат) и в сентябре 1947 г. поступил в МЭИ на факультет радио; жил в общежитии, учился днями и ночами.
На пятом курсе (1950 г.) попал в лабораторию электросистем Энергетического института АН СССР (ЭНИН), где академик Исаак Семенович Брук, автор первого в СССР полного проекта ЭВМ (1948 г.), и группа студентов во главе с 22-летним выпускником МЭИ Николаем Матюхиным (позже - один из ведущих советских конструкторов) разрабатывали ЭВМ М-1.
Михаил Карцев вспоминал: "Никто из нас до прихода к Бруку не только не был спецом по вычислительной технике, но даже не знал, что может быть вычислительная машина и что такое вообще возможно. Такими-то силами мы начали делать одну из первых советских ЭВМ - М-1. Может быть, это было нахальством с нашей стороны, но точно не халтурой".
Сам он сделал устройство управления - главный программный датчик. М-1 работала с декабря 1951 г. более трех лет и была первой (до 1953 г. единственной) ЭВМ в Москве.
Окончив МЭИ в 1952 г., Карцев остался у Брука, руководить проектом М-2. После разработки каждого из ее блоков он сразу отправлял документы изготовителям, а получив от них готовые изделия возглавляемая им группа тестировала их и самостоятельно собирала. Это стало его "стилем" работы.
Уже в январе 1953 г. М-2 заработала с магнитным барабаном, а к лету и с электронной памятью. Внутренняя память - 16 Кб с постраничной организацией -- была новинкой. М-2 обрабатывала числа с фиксированной и плавающей запятой со скоростью до 2000 операций в секунду.
Машина проработала в ЭНИНе 15 лет; свой опыт Карцев обобщил в диссертации и в одной из первых книг по ЭВМ "Арифметические устройства электронных цифровых машин" (1958 г.).
Тогда же Брук основал Институт электронных управляющих машин АН СССР (ИНЭУМ). Карцев возглавил его математический отдел и занялся транзисторной ЭВМ М-4 для обработки информации с радиолокационной станции, созданной академиком А. Л. Минцем, которого впечатлили рассказы Брука об ЭВМ. Эта установка, во многом не имевшая аналогов, работала не на обычных ультракоротких или коротких волнах, "терявших цель" при определенной форме летящего объекта (не посылавших отраженный сигнал), а на метровых, пеленговавших даже небольшие предметы.
Чтобы получить нужные для ПРО скорость и надежность, Карцев реализовал в структуре М-4 на аппаратном уровне сложные математические операции, постоянную внутреннюю память для программ и констант и т. п.
В начале 1950-х проф. П. С. Новиков вел в Математическом институте АН СССР им В. А. Стеклова популярный семинар по теории алгоритмов. Выдающийся ученый - математик и кибернетик--, проф. А. А. Ляпунов писал: "… у многих его участников возник интерес к ЭВМ и кибернетике и… появилась уверенность, что для развития этих новых областей органически необходим высокий уровень математической культуры".
Брук встретил там математика Александра Брудно (1918-2009 гг.) и пригласил его на М-2; в 1954 г. он остался работать с Карцевым.
М-4 с уникальной программой Брудно параллельно расчитывала четыре траектории летящих целей ("вела" сразу четыре ракеты противника), а Карцев организовал вычисление умножения/сложения во всех четырех программах одновременно за один такт. Брудно полностью исключил в программах громоздкие операции деления - средняя скорость достигла 20 000 операций в секунду.
В 1962 г М-4 со специальным устройством предварительной обработки (УПО) информации радара (проект Ю. Рогачева) уже считала траектории баллистических ракет в радиолокационном комплексе первой станции ПРО.
"Бум вооружений" ужесточал и без того высокие требования к объему военных задач, надежности и достоверности их решения. Серийные ЭВМ едва справлялись, а военные программисты боролись за каждый бит, "втискиваясь" в узкие рамки возможностей машин и доводя качество работы до "ювелирного". Выходом стали многопроцессорные комплексы - дело жизни Карцева.
Видя "сыроватость" М-4, он настоял на разработке, для серийного выпуска, ее модификаций с новыми логическими элементами и высокочастотными транзисторами, сделав проект всего за полгода, к августу 1963 г.
Модель М-4-2М имела переменную комплектацию, конвейерное арифметическое устройство, расширенный диапазон чисел (порядок от +127 до -128) и уменьшенную мантиссу. Скорость достигла 220 000 операций в секунду. Связь с объектом управления и другими системами шла через последовательный синхронный шлейф, пропускавший 100 кбит/с; однотипные ЭВМ в многомашинных комплексах соединялись параллельным шлейфом.
Соединив ее с внешним вычислителем М-4-3М, разработчики получили высоконадежный двухмашинный комплекс, имевший скорость 400 000 операций в секунду и обладавший разветвленными внешними связями. Выпускали его до 1985 г.
В 1967 г. "проект М-4" получил Государственную премию СССР; Карцев стал директором специально созданного НИИ Вычислительных комплексов (НИИВК) и защитил докторскую диссертацию, а его ближайшие помощники Ю. Рогачев и Р. Шидловский - кандидатские. Их научная школа получила официальное признание.
В 1969 г. заработала система предупреждения о ракетном нападении (СПРН) содержавшая 76 ЭВМ М-4М разных модификаций, соединенных каналами передачи данных длиной в десятки тысяч километров и работавших по единому алгоритму. Это был крупнейший в СССР оборонный комплекс с единой вычислительной сетью.
Принципиально новым многопроцессорным векторным комплексом М-9 занялись в 1967 г. Его процессоры с разными функциями создавали для совместной работы "в ансамбле", с обменом информацией после каждого такта (без потерь времени) от единого тактового генератора. Информация обрабатывалась параллельно (проектная скорость - 1 млрд. операций в секунду). "Единицы обработки" - не отдельные числа, а группы чисел (поля функций или многомерные векторы) и т. д. - операции машины определялись и выполнялись не над числами, а над пространствами функций (массивами данных). М-9 оперировала, так сказать, не отдельными фактами, а обобщенными понятиями. Рабочая модель машины была успешной, но для серийного выпуска оказалась слишком "авангардной".
Тем не менее, ее "наследница" М-10 - многопроцессорная векторно-параллельная синхронная ЭВМ третьего поколения на микросхемах, оказалась на редкость удачной. Разработка началась в 1969 г. по правительственной директиве, а в 1973 г. ее изготовили, одновременно с супер-ЭВМ Cray-1 в США. М-10 уступала ей по качеству серийных электронных элементов (типичная проблема отечественной техники) и по скорости (максимальная - 20-30 млн.операций в секунду), но намного превосходила по архитектурным возможностям (рациональности конструкции), измеряемым средним числом циклов на операцию (чем меньше, тем лучше). У М-10 их разброс составлял 0,9-5,3, у Cray-1 -- от 0,7 до 27,6. Из М-9 перешли числовая связка и концептуальные идеи.
М-10 постоянно наблюдала за космическим пространством и работала в СПРН на больших радиолокационных станциях у границ СССР. Ее выпуск прервали в 1990-х.
Создателей М-10 наградили (второй) Государственной премией, 118 из них орденами и медалями. Карцева - орденом Ленина.
Натура Карцева очень подходила к заповеди мудрецов Древнего Востока: "Абсолютная концентрация при абсолютном спокойствии". Его сын Владимир (ученый-энтомолог) говорил: "Отец всегда был предельно сосредоточен, но спокоен без напряжения". Работал он все время: не любил "дачу с рыбалкой" и ничего "отвлекающего". Правда, когда заболели ноги, купил "Волгу" и пристрастился к поездкам.
В 1971 г. он перенес обширный инфаркт, но вернулся к работе. В 1979 г. начал ЭВМ четвертого поколения М-13 на больших интегральных схемах, для обработки информации в реальном времени. Ее центральная процессорная часть состояла из четырех функциональных групп (в разных моделях от 13 до 225 процессоров); скорость -- 12-48 млн. операций в секунду, внутренняя память -- 8,5-34,0 Мб; максимальная эквивалентная скорость линии комплексных процессоров (быстрое преобразование Фурье и т. д.) -- до 2,4 млрд. операций в секунду.
К несчастью, жизнь Карцева оборвалась очень рано - он умер в апреле 1983 г. от инфаркта за рулем своей "Волги", собрав последние силы, чтобы остановить ее и спасти пассажиров. Ему было 60 лет.
М-13 доделали соратники: Юрий Рогачев - директор НИИВК, Рене Шидловский и др. С 1984 г. она поддерживала системы ПРО, в частности обеспечивала оборону Москвы.