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
Садовод, огородник, дачник с руками. Пишу о том, что сам посадил, построил или починил. Теорию оставлю другим — я проверяю всё на практике. Ведь только 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

Откуда в магазинах столько молока и сливочного масла, если коров почти нигде не видно

В молочном отделе супермаркета иногда задерживаюсь дольше обычного. На одной полке десятки упаковок молока, рядом сливки, сметана, творог, йогурты и сливочное масло. Причём у каждого производителя...

Капли Большого взрыва: физики впервые получили материю ранней Вселенной из легких ядер кислорода

Обычное вещество во Вселенной устроено иерархически: атомы состоят из электронов и атомных ядер, ядра собраны из протонов и нейтронов (общее название этих частиц — нуклоны), а внутри...

Русский Париж: в Доме русского зарубежья открылась новая выставка

Новый проект, куратором которого выступил московский коллекционер С. А. Подстаницкий, рассказывает о коротком (вековом) периоде русско-французских отношений с 1814 по 1914 годы. Это период, когда...

Болгарка, которая пригодится в самых неожиданных ситуациях: обзор ИНТЕРСКОЛ УШМВ-125/1300Э

Угловая шлифовальная машина, или просто болгарка, обычно ассоциируется со стройкой, ремонтом и работой в гараже. Но иногда этот инструмент выручает в ситуациях, для которых изначально его никто не...

Его называют магнитофоном, но это ошибка. Зачем в СССР сделали «Одиссей-302» без кнопки записи за 260 рублей

Одиссей-302 — это не магнитофон, а проигрыватель магнитной записи без функции записи. Выпущен в 1978 году заводом «Радиоприбор», стоил 260 рублей. Зачем в СССР сделали такой аппарат?