Как ошибка в 0.4 миллиметра при копировании IBM похоронила советские ЭВМ

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Почему огромная страна потеряла свою электронную промышленность? Ведь на старте компьютерной гонки критического отставания не было. В конце 1950-х годов советская вычислительная машина БЭСМ-2 уверенно обходила многие американские аналоги, выполняя 20 000 операций в секунду. Однако директивное решение партийного руководства отказаться от собственных разработок и запустить послойное копирование западных архитектур привело к физическому и программному тупику.

Элементная база легендарной БЭСМ-6. Оригинальная транзисторная логика и уникальная архитектура, которые обеспечивали быстродействие на уровне мировых лидеров до начала эпохи копирования.
Элементная база легендарной БЭСМ-6. Оригинальная транзисторная логика и уникальная архитектура, которые обеспечивали быстродействие на уровне мировых лидеров до начала эпохи копирования.
Автор: Radiolok Источник: commons.wikimedia.org

Физика метрического конфликта

Решение копировать американскую архитектуру IBM System/360 руководство страны приняло в конце 1960-х годов. Проект получил название ЕС ЭВМ (Единая система). Инженеры получили задачу перенести зарубежную схемотехнику на отечественную производственную базу. Здесь возник фундаментальный физический барьер.

США использовали дюймовую систему мер. Расстояние между выводами логических микросхем (шаг контактов) составляло 1/10 дюйма. Это 2.54 миллиметра. Советские заводы работали строго по метрическим ГОСТам. Отечественный стандарт требовал шага ровно в 2.5 миллиметра. Все сверлильные станки, все координатные столы, все фотошаблоны, все линии сборки — всё было настроено на шаг 2.5 мм или 1.25 мм (по ГОСТу). Перевести всю промышленность огромной страны на дюймы ради копирования IBM стоило бы дороже, чем вся космическая программа. Это было невозможно. Разница на один контакт составляет микроскопические 0.04 миллиметра. Однако на стандартной микросхеме с 14 или 16 выводами погрешность накапливается. Для крайних ножек смещение достигает 0.4 миллиметра.

Деталь физически не лезет в отверстия печатной платы. Попытка вставить микросхему силой приводила к деформации контактов. Сборщики на заводах и в НИИ гнули ножки пинцетами. Механическое напряжение передавалось на основание керамического или пластикового корпуса. Появлялись микротрещины. Внутрь кристалла попадал атмосферный кислород. Металлизация окислялась, и чип деградировал за несколько месяцев работы. Процент производственного брака взлетел до небес.

Разница в шаге контактов метрической и дюймовой систем гарантировала механическое напряжение при монтаже кристалла на печатную плату.
Разница в шаге контактов метрической и дюймовой систем гарантировала механическое напряжение при монтаже кристалла на печатную плату.
Автор: 155LA3 Источник: commons.wikimedia.org

Зоопарк архитектур и программный коллапс

До старта проекта ЕС ЭВМ профильные институты разрабатывали полностью независимые системы. Инженеры успешно эксплуатировали машины серий «Минск», «Урал» и уникальную «Сетунь» на троичной логике. Вершиной инженерной мысли стала БЭСМ-6. К 1970 году в стране работало около 50 разных архитектур.

Проблема крылась в абсолютной несовместимости. Программа от компьютера «Минск-32» наотрез отказывалась запускаться на машине БЭСМ-6. Алгоритмы приходилось переписывать с нуля под каждое новое железо. Партийные чиновники потребовали жесткой стандартизации. Выбор IBM System/360 казался им легким путем к унификации. Американская корпорация вложила миллиарды долларов в создание операционной системы OS/360. Чиновники планировали просто взять готовый программный код.

Реальность ударила по планам. Американцы поставляли операционную систему в виде скомпилированных бинарных файлов. Исходный код оставался коммерческой тайной. Советские программисты дизассемблировали миллионы строк машинного кода вслепую. Они вручную переводили шестнадцатеричные дампы, пытаясь разгадать логику работы планировщика задач и адресации регистров. Это колоссальная трата времени. Пока мы перечерчивали IBM 360, они выпустили IBM 370. Пока мы перечерчивали 370, они ушли на СБИС. Мы вечно догоняли, занимаясь тупой «перерисовкой».

Деградация носителей данных

Вычислительное ядро требует надежной системы хранения данных. Простое копирование топологии процессора не решает проблемы материаловедения. Западные разработчики активно переходили на жесткие диски и компактные дискеты. Советские накопители на магнитных лентах демонстрировали критическую нестабильность работы.

Деградация ферромагнитного слоя на советских лентах приводила к потере данных при каждом цикле чтения из-за некачественного связующего полимера.
Деградация ферромагнитного слоя на советских лентах приводила к потере данных при каждом цикле чтения из-за некачественного связующего полимера.
Автор: Deutsche Fotothek‎ Источник: commons.wikimedia.org

Корень проблемы лежал в химическом составе связующего полимера. Нанесение оксида железа на лавсановую основу требует абсолютной чистоты воздуха в цехах и строгого контроля температуры. Отечественные химические предприятия часто не могли обеспечить нужный класс фильтрации. Микроскопическая пыль запекалась прямо под магнитным слоем. При протяжке такой ленты через считывающую головку магнитофона ферромагнитный слой осыпался кусками.

Запись операционной системы на катушку отнимала долгие часы. Попытка загрузить данные часто прерывалась фатальной ошибкой чтения. Программистам приходилось дублировать критически важный код на трех разных участках ленты. Скорость доступа к информации падала до абсурдных значений.

Разрушение потенциала

Директивное заимствование чужой архитектуры заморозило развитие собственной инженерной мысли. Научные институты прекратили проектировать новые вычислительные ядра. Целые поколения талантливых специалистов превратились в переводчиков иностранной технической документации. Технологический разрыв в производстве полупроводников стал непреодолимым. Западные заводы осваивали фотолитографию с нормами в доли микрона. Советские предприятия продолжали бороться с метрическим конфликтом в корпусах скопированных микросхем. Стратегия быстрого заимствования дала сиюминутную экономию бюджетов, но полностью разрушила научный потенциал отрасли на десятилетия вперед.

Изображение в превью:
Автор: 155LA3
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Пишу о том, что сам посадил, построил или починил. Теорию оставлю другим. Верю, что лишь личный опыт даёт те самые правильные и нужные знания.

3 комментария

Добавить комментарий

c
Боже мой, какой бред…
V
Ну, на кусочек правды добавили большую ложку дерьма — и уверяют, что это варенье.
Микросхемы с планарными выводами не вставляли в отверстия в плате, а паяли сверху дорожек. Или использовали специальные разъёмы с пружинами контактами. И уж конечно, бред, что под иностранные микросхемы делали платы, не учитывая разницу между дюймовой и метрической системой. А про шаг 2,5 мм — откровенный бред, достаточно взглянуть на шкалы на любом станке, самые грубые — от 10 микрон, это одна сотая миллиметра, сместить отверстие на 0,04 вообще не проблема.
Другое дело, что для инженерных образцов в отечественную плату могли впихнуть подходящие зарубежные микросхемы для отработки характеристик и схемотехники, но это разовые лабораторные работы, никак не связанные с массовым производством.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Водяной клоп, который держит в страхе пресноводный водоем: как охотится Белостома

В тёплых прудах и заросших заводях прячется одно из самых необычных насекомых планеты — Белостома, гигантский водяной клоп. С виду клоп напоминает помесь таракана и богомола: плоское...

Что, если облака Венеры или камни Марса обитаемы? Найден единственный след, который не способна скрыть ни одна форма жизни

Все современные программы поиска жизни в космосе опираются на земной опыт. Космические агентства ищут планеты, которые находятся на комфортном расстоянии от своих звезд, где температура позволяет...

Уборка космоса отменяется: почему «орбитальные мусоровозы» не спасут нас от космического мусора

С декабря 2024 по май 2025 года спутники группировки Starlink выполнили 144 404 маневра уклонения от потенциальных столкновений. Согласно отчетам компании SpaceX для Федеральной комиссии по связи...

Земля сама себя подставила: почему сильнейшую за 20 лет магнитную бурю на 90% создало не Солнце

В середине мая 2024 года на Земле произошла крупнейшая за два десятилетия геомагнитная буря. Серия мощных выбросов плазмы из солнечной короны достигла нашей планеты 10 мая и вызвала...

В детстве вы осознавали мир глубже, чем сегодня: ученые выяснили, куда уходит острота восприятия

В возрасте 5 или 6 лет любое событие окружающего мира вызывает у человека сильный отклик и воспринимается во всех подробностях. Ребенок, который еще не знаком с законами физики и метеорологии,...

Остров Буве: можно пересечь океан и так и не сойти на берег

Экспедицию готовили два года. Двадцать участников, судно с вертолётами, оборудование и бюджет около 750 тысяч долларов. В начале 2018 года команда добралась морем до острова Буве. Оставалось...