На пути к созданию вычислительных систем пятого поколения

В конце 70-х гг. многие ведущие ученые в области систем обработки данных, высказывавшиеся и ранее о приближающемся кризисе традиционных ЭВМ, пришли к выводу о необходимости отказа от основных концепций неймановской архитектуры и создания вычислительных систем на качественно новых принципах.

Первая и наиболее обширная программа исследований и разработки ЭВМ нового поколения была предложена Научно-исследовательским центром по обработки информации в 1980—1981 гг. в Японии. В конце 1980 г. JIPDEC опубликовал отчет, в котором были представлены рекомендации по разработке ЭВМ пятого поколения. Был создан специальный комитет во главе с профессором Токийского университета Т. Мо-то-ока.

Японский проект построения ЭВМ пятого поколения ориентирован на использование концепции управления вычислениями с помощью потоков данных в отличие от предшествующих поколений ЭВМ, управляемых потоком команд.

В качестве базового языка в японской программе выбран язык логического программирования Prolog, который был разработан в 1972 г. группой сотрудников Марсельского университета под руководством А. Кольмерауэра. Первоначально этот язык был создан для целей трансляции выражений в рамках работы над проектом в области искусственного интеллекта. В дальнейшем язык Prolog был значительно усовершенствован, и его широкое использование началось после создания эффективного компилятора языка для машин фирмы DEC. В Эдинбургском университете под руководством Д. Уоррена и Ф. Перейра была создана наиболее распространенная версия этого языка, получившая название «DEC-10 Prolog».

Основу машин пятого поколения составляют системы решения проблем и выполнения логических заключений. Производительность опытного образца системы должна составлять 102—103 млн. LIPS (LIPS — одно логическое заключение в секунду. В таких единицах предлагается измерять производительность для ЭВМ нового поколения. Необходимо заметить, что для реализации одного логического заключения в существующих ЭВМ необходимо 100—1000 операций.
Цель исследований в архитектурном плане — создание такой архитектуры, которая обеспечивала бы решение задач, связанных с представлением и обработкой знаний, а также ее реализация средствами СБИС с плотностью компоновки 1—10 млн. вентилей на кристалл. Предполагается, что рубеж 10 млн. будет достигнут к 90-м гг [53].

В 1982—1985 гг. в рамках реализации проекта были построены персональные ЭВМ, предназначенные для использования в качестве рабочих станций проектирования будущих ЭВМ. В это время разработаны основные модули операционной системы SIMPOS для персональных компьютеров и завершена разработка экспериментального образца машины для параллельного выполнения логических заключений. В конце 1985 г. была создана машина реляционной базы знаний, получившая название "Delta" [52].

Японский проект создания ЭВМ нового поколения был встречен с большим интересом во многих странах. Под влиянием этого проекта в США и ряде западно­европейских стран было создано несколько организаций, объединившихся под эгидой исследований и разработок ЭВМ пятого поколения.

В США работы по созданию ЭВМ пятого поколения сосредоточены в четырех организациях, координирую­щих деятельность большого числа фирм, университетов и государственных учреждений. В 1980 г. для координации разработок ЭВМ пятого поколения был также создан Микроэлектронный центр штата Северная Каролина.

Появилась и английская программа перспективных исследований «Alvey», рассчитанная на 5 лет и предусматривающая создание систем, необходимых для реализации интеллектуального интерфейса человека и ЭВМ, создание баз знаний и управление ими, разработку программного обеспечения перспективных ЭВМ, совершенствование технологии производства СБИС и создание СБИС сверхвысокого быстродействия. В рамках реализации этой программы разрабатывается 32-разрядный компьютер «Alice», в процессорных модулях которого используются так называемые транспьютеры — однокристальные процессоры фирмы Inmos, являющиеся, как полагают многие специалисты, основой будущих машин.

Двенадцать фирм стран Европейского экономического сообщества выдвинули свою программу по созданию машин нового поколения, получившую название «ESPRIT» («European Strategic Program for Research in Information Technologis»). Одна из важнейших задач программы ESPRIT — создание единой сети информационного обмена IES («Information Exchange System»), которая предусматривает объединение систем ооработки данных и систем информационного обеспечения западноевропейских стран. Цели проекта близки к тем, которые поставлены в японском проекте [52].

В 1984 г. сессией СЭВ на 41-м (внеочередном) заседании была разработана и принята «Комплексная программа научно-технического прогресса стран — членов СЭВ до 2000 г., в которой выделены пять приоритетных направлений сотрудничества. Одно из основных направлений — это электронизация народного хозяйства. Цели данной области сотрудничества — широкое обеспечение всех сфер производства и общественной жизни наиболее передовыми средствами вычислительной техники.

Для достижения этой цели ставятся задачи созда­ния в первую очередь:
- супер-ЭВМ нового поколения с производительностью более 10 млрд. оп/с, с использованием принципов искусственного интеллекта, совершенных средств общения с машиной для применения их в решении особо сложных научных задач, в управлении экономикой, в создании баз знаний;
- массовых средств вычислительной техники, персональных ЭВМ с развитым программным обеспечением для широкого насыщения отраслей народного хозяйства, научно-исследовательских и конструкторских организаций, компьютеризации сферы образования и применения в быту;
- единой системы передачи цифровой информации, обеспечивающей резкое повышение пропускной способности и надежности системы связи и унификации применяемых технических средств.

В СССР были сделаны первые шаги в деле создания новых высокопроизводительных ЭВМ. Так, коллектив сотрудников Института кибернетики им. В. М. Глушкова АН УССР создал опытный образец отечественной супер-ЭВМ, в которой был реализован принцип макроконвейерной организации вычислений, выдвинутый советскими учеными еще в 70-е гг.

В Москве коллективом Института точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева под руководством чл.-корр. АН СССР Г. Г. Рябова создана супер-ЭВМ нового поколения с архитектурой «Эльбрус» производительностью 125 млн. оп/с. Новая вычислительная система «Эльбрус-2» превосходит прежнюю модель по производительности на два порядка. К концу XII пятилетки коллективом инсти­тута запланирована разработка супер-ЭВМ производительностью свыше 1 млрд. оп/с, а в следующей пятилетке намечено создание суперкомпьютера производительностью более 10 млрд. оп/с.

И еще один коллектив в ВЦ СО АН СССР под руководством доктора технических наук В. Е. Котова проводит работы по созданию компьютеров пятого поколения. Надо отметить, что идеи их суперкомпьютера «Марс» (аббревиатура слов «мультипроцессорная асинхронная развиваемая структура») были высказаны новосибирскими учеными еще в 60-е гг. Однако в то время уровень элементной базы не позволил довести эти идеи до практической реализации. В настоящее время на основе микропроцессоров «Кронос» производительностью 2 млн. оп/с разрабатывается макет системы «Марс», который будет включать около сотни «Кроносов» и две мощные специализированные ЭВМ [159].

Аркадий Петрович Частиков
"Вычислительная техника и ее применение" 1988/1