前苏联时代有一些企业研制过计算机,包括个人计算机。但苏联解体后都死翘翘了。只有一个企业生存了下来,他就是“厄尔布鲁士”公司ELBRUS。
“厄尔布鲁士”(ЭЛЬБРУС)是由苏联“列别捷夫精密仪器与计算机工程研究所”从70年代开始研发的一系列超级计算机系统的名称,最早型号的“厄尔布鲁士-1”(1973)是苏联第一台使用集成电路的计算机,也是苏联第一台第四代计算机。它后来归国防部使用。“厄尔布鲁士-1K2”型是1965年设计的BESM-6型的更新版。
“厄尔布鲁士-2”(1977)是一台拥有10个超标量RISC处理器的计算机,它通常被认为是苏联第一台真正意义上的超级计算机。其应用领域包括航天工程、核武器研究和国防系统。
“厄尔布鲁士-3”(1986)拥有16个处理器。
目前,“厄尔布鲁士”系列机已发展到“厄尔布鲁士-90”系统。据悉,该系统已经应用在俄罗斯反导系统"DON-2N"相控阵雷达体系内。
说起列别捷夫精密仪器与计算机工程研究所,就不得不说一下俄罗斯科学院的莫斯科物理技术学院。因为该研究所和厄尔布鲁士计算机的核心人物鲍里斯-巴比扬(Boris Babaian)就是该学院的首届毕业生。
莫斯科物理技术学院的前身是1946年建立的莫斯科大学物理技术学部。当年在冷战开始以后,苏联为了和美国对抗,急需大批研发制造尖端武器的新型高素质工程师。这些高素质工程师必须要有良好的自然科学基础,要能适应现代科学技术的不断发展。1946年,在Nobel物理奖得主卡皮查院士的建议下,在莫斯科大学建立了物理技术学部,当时推动这一建议的还有现代航天之父Korolev、Nobel化学奖得主西蒙诺夫、著名数学家Keldysh等苏联著名科学家。莫斯科大学物理技术学部和莫斯科大学的其它学部不同,他的教师队伍中只有很少的几个专职教师,绝大部分都是从苏联科学院各研究所过来的兼职研究员。物理技术学部在刚建立时有普通与应用物理、无线电工程与自动控制、航空力学与飞行器工程、化学与生物物理四个系,各系下属的教研室主任由苏联科学院对口研究所的所长兼任。学生在入学时不分系统一招生,入学后的基础教育着重于强化数学、物理、化学、信息技术基础。然后到高年级分到各个研究所进行专业学习。
物理技术学部在1951年后变成独立的莫斯科物理技术学院。学院在原本的四个系基础上又新设立了应用数学与控制论、地球与空间物理、物理与量子电子学、物理问题与能源工程、高新技术经济管理五个系,最近几年为了发展纳米和信息技术,在著名科学家Vladimir Arnold、Sergei Novikov等人的建议下,还成立纳米技术和信息学系。现在在莫斯科物理技术任教的除了俄罗斯科学院各研究所的研究员以外,还有来自茹科夫斯基中央流体力学研究所、格罗莫夫航空研究所、库尔恰托夫核技术研究中心等其它研究所的科研人员,数学、物理、化学、计算机等基础课程由学院直属的几个基础课程教研室负责,这些基础课程教研室的教师同样是来自俄罗斯科学院各研究所的,而且很多都是世界闻名的科学家。如高等数学教研室教授Nikolsky是世界闻名的调分分析和函数逼近论方面的专家、多次被邀请在国际数学家大会上做一小时报告。现教研室主任、俄罗斯科学院通讯院士Kudryevceev也是调分分析和函数逼近论方面的世界级专家。沃尔夫数学奖得主Vladimir Arnold目前也在该教研室任教,目前在该教研室任教的俄罗斯科学院院士除了Arnold、Nikolsky以外还有Vladimirov和Vassiliev,约占俄罗斯科学院数学院士总数的1/4,超过了除莫斯科大学以外的其它俄罗斯大学。普通物理教研室首任主任是Nobel物理奖得主卡皮查,给第一届学生上普通物理课程的除了卡皮查以外,还有Nobel物理奖得主金兹堡,金兹堡现在仍然在物理技术学院讲授普通物理。物理大师朗道也曾在物理技术学院理论物理教研室任教,为多届学生讲授四大力学课程,目前物理技术学院的理论物理系列课程教学仍然延续了朗道的教学风格。
虽然建立时间不长,学院规模小,每年只招600名本科生,但是物理技术学院也出现了不少杰出人物,目前在俄罗斯,物理技术学院被公认为是和莫斯科大学同等水平的大学。
鲍里斯-巴比扬(Boris Babaian)教授
后来物理技术学院的高性能计算机系统结构教研室主任就是由Elbrus公司的创始人、俄罗斯超级计算机之父Boris Babaian院士担任的,物理技术学院无线电工程系的高性能计算机系统结构教研室的很多教师都参加过Elbrus系列CPU和计算机系统的研发工作。
鲍里斯-巴比扬留校担任了计算机系统结构教研室的工作,很快在工作中脱颖而出,于是在70年代初他被任命为新的高性能计算机研究小组的负责人,这就是Elbrus的前身。当1973年第一台超级计算机诞生时,他将这台计算机命名为Elbrus(Elbrus音译为厄尔布鲁士山,是高加索山脉中的最高峰,前苏联第一高峰,是俄罗斯民族力量与勇气的象征)。
在Elbrus-1型研制成功后受到了苏联各界的好评,总设计师为弗-谢布尔采夫,他当时是计算机结构教研室主任,因为这是苏联第一台完全采用集成电路技术的计算机,使用类似Burroughs large systems系统采用的ALGOL语言,性能可靠。而他要应用的就是苏联当时正在使用的一种计算机BESM-6。
BESM-6是当时苏联最先进的超级计算机,由列别捷夫精密仪器与计算机工程研究所在1966年开始设计,1968年完成,直到1988年才停产,共生产了355台。该计算机采用晶体管设计,48个处理器,10M时钟频率,两个指令管线,控制单元和算术单元分开,16个数据缓存48位字。该系统实现了1 MFlops性能。而当时最快的超级计算机CDC6600,达到3 MFlops。系统内存采用15位寻址,最高可寻址内存空间32K字(192K的字节)。虚拟内存系统允许扩大到高达128K字(768K字节)。
BESM - 6曾广泛使用于20世纪70年代苏联的各种计算和控制任务。在1975年承担了阿波罗-联盟号对接计划中的联盟轨道参数数据处理任务,并为阿波罗飞船进行了30分钟同样的计算。
Burroughs large systems
BESM-6
当时最先进的超级计算机CDC6600
晶体管制的处理器
这是晶体管制作的逻辑模块,同轴连接器的测试点。该模块通过前面板水冷器件冷却
但是这些天才的科学家们并未满足,他们又开始了新的挑战。到1977年他们就完成了Elbrus-1处理器,这是一个两路无序处理器,采用了超标量体系结构,比西方的超标量处理器早了大约15年。Elbrus-1处理器指令集(代号El-76)非常复杂。复杂的El-76指令必须被特殊单元翻译成简单的微运算指令。该处理器的特点除了超标量体系结构外,还采用了快速射极耦合逻辑ECL(Emitter-coupled logic)芯片技术。ECL是一种非饱和型高速数字集成电路,它的平均传输延迟时间可在2ns以下,是目前双极型电路中速度最快的。ECL的工作特点是:
1.BJT工作在截止区或放大区,集电极电位总高于基极电位,这就避免了BJT因工作在饱和状态而产生的存储电荷问题。
2.逻辑电平的电压摆幅小,输入电压变化ΔV1≈1V(-1.85~-0.81V),集电极输出电压变化ΔVO≈0.85V(-1.75~-0.9V),高低电平的电压差值已经小到只能区分BJT的导通和截止两种状态。集电极输出电压的变化小,这不仅有利于电路的转换,而且可采用很小的集电极电阻Rc。因此,ECL门的负载电阻总是在几百欧的数量级,使输出回路的时间常数比一般饱和型电路小,有利于提高开关速度。
ECL门的速度快,常用于高速系统中。它的主要缺点是制造工艺要求高,功耗大,抗干扰能力弱。而且由于输出电压为负值,若与其他门电路接口,需用专门的电平位移电路。
在Elbrus-1处理器的基础上,该小组完成了有10个超标量RISC处理器的Elbrus-2计算机(!!注意是计算机,不是处理器),这是苏联真正意义上的超级计算机。
ECL电路