Запустить Гагарина, приземлить Армстронга и победить Каспарова: сравниваем винтажные компьютеры с современными

От электронно-вычислительных машин до Deep Blue.

Материал подготовлен при поддержке MSI

Современные суперкомпьютеры — мощнейшие машины, обладающие не одним, а десятками тысяч процессоров, тысячами гигабайтов ОЗУ и способные заниматься хоть квантовыми расчетами, хоть молекулярным моделированием, хоть прогнозами погоды. При этом раньше суперкомпьютерами назывались устройства с куда более примитивным набором функций.

DTF решил сравнить, насколько современные компьютеры, превосходят знаменитых предшественников из 20-го века. А для сравнения мы взяли новый ноутбук компании MSI — GP66 Leopard.

Производительность: 500 флопс, в 31 940 млн раз слабее MSI GP66 Leopard

Первые действительно мощные вычислительные машины появились в период Второй мировой: противники нацистской Германии пытались сделать устройство, которое могло бы посоперничать с немецкой Z3 (машина, которую в люфтваффе использовали для конструирования самолётов).

Противопоставить им долгое время было нечего: даже траекторию полёта снарядов в то время высчитывали вручную — на это могли уходить недели и месяцы. В 1942 году рядовой преподаватель Пенсильванского института Джон Макли пришёл к руководству с идеей машины, которая бы автоматизировала эти процессы.

Про Макли случайно узнал капитан Герман Голдстайн, профессор математики и связующее звено между Пенсильванским институтом и Лабораторией баллистических исследований. Он оценил идею и презентовал её военным: с подсчётами, на которые раньше уходило более двух недель, новая машина справится за 5 минут.

Примечательно, что первыми программистами ENIAC были шестеро девушек — Мэрлин Мельцер, Рут Лихтерман, Кэтлин Макналти, Бетти Дженнингс, Фрэнсис Снайдер и Фрэнсис Билас. А первое руководство к компьютеру написала Адель Голдстейн, жена того самого капитана Голдстейна.

К 1944 году машина уже могла корректно перемножать числа, но Вторая мировая закончилась раньше, чем устройство довели до ума. В итоге ENIAC решили использовать в ядерной разработке.

В будущем 30-тонный монстр с тактовой частотой 100 кГц не только помогал артиллеристам попадать в цель, но и моделировал последствия взрывов, а также прогнозировал погоду (чтобы учитывать, как будут распространяться радиоактивные осадки).

Но у машины была проблема: cтоило одной лампочке выйти из строя, компьютер начинал работать вполсилы. Ещё компьютер приходилось долго перестраивать под каждую новую задачу. Да и с прогнозами машина справлялась не очень: чтобы определить погоду на следующие сутки, ей требовались… сутки.

Производительность: 2000 флопс, в 7985 млн раз слабее MSI GP66 Leopard

Войны и гонка вооружений стимулировали развитие электронно-вычислительной индустрии, однако уже вскоре компьютеры стали помогать и в мирной жизни. В 1961 году электронно-вычислительная машина «Стрела» сумела провести баллистические расчёты для запуска «Востока-1». На борту был Юрий Гагарин.

Аналогично клеркам, которые вручную считали параметры снарядов в США десятилетием ранее, советские учёные в НИИ-4 вычисляли баллистику с помощью логарифмических линеек. Но полёт Юрия Гагарина вручную рассчитывать уже не пришлось. «Стрела» не только производила автоматизированные подсчёты, но и по желанию операторов печатала данные на принтере, минуя архаичные перфокарты и магнитные ленты.

После обновления у «Стрелы» появился магнитный барабан — аналог накопителя. В памяти хранилось до 16 предустановленных программ, то есть каждый раз пересобирать компьютер под новую задачу было не нужно.

«Стрела» стала первой серийной ЭВМ в СССР: более ранние советские компьютеры существовали только в единственном экземпляре. Правда, «серийный» не значит «массовый»: машин сделали всего семь, и стояли они в госучреждениях: например, в первом Вычислительном центре Министерства обороны СССР и мехмате МГУ.

Но у машины были и минусы: потребляла она 150 кВт, половину которых тратила только на охлаждение. ЭВМ была громадиной — занимала 300 квадратных метров. Ещё один минус — электромагнитное излучение. Работавшие за машиной учёные рассказывали о странных автомобилях, шпионящих снаружи Вычислительного центра с высунутой в окошко антенной. Заметив это, ученые стали рассчитывать баллистику для космических полётов по ночам.

«Стрелу» использовали и для гражданских нужд: она занималась вычислением аэродинамики первых советских пассажирских реактивных самолётов (на Ту-104 ей требовалось «всего» 17 часов). А ещё её научили играть в крестики-нолики и шахматы. Это ознаменовало новый виток в истории многозадачных электронно-вычислительных машин.

Производительность: 14 500 флопс, в 1,1 млрд раз слабее MSI GP66 Leopard

У бортового компьютера «Аполлон» (Apollo Guidance Computer или AGC) была всего одна задача, зато какая: посадить модуль на Луну так, чтобы никто из членов экипажа не пострадал. AGC присутствовали на борту каждого лунного модуля в программе «Аполлон», в том числе во время полёта Нила Армстронга.

Раньше при космических полётах сами компьютеры базировались на Земле, но на этот раз машину нужно было разместить внутри корабля: иначе модуль не смог бы приземлиться на поверхность спутника. С «классической» ЭВМ на борту летательный аппарат просто не смог бы оторваться от Земли. В итоге сотрудники НАСА уменьшили машину до коробочки в несколько дециметров.

Вместо шкафа с сотнями торчащих проводов получилась компактная герметичная коробка с начинкой из микросхем. Притом сравнительно автономная. Элементную базу построили не на лампах, а на транзисторах, что было куда надёжнее в космических условиях.

Дисплей ЭВМ построили на реле (устройстве, замыкающем и размыкающем сигнал): он был более надёжным и компактным, чем уже существовавшие в то время примитивные прообразы ЭЛТ-экранов. Цифровая клавиатура с крупными клавишами позволяла легко управлять компьютером в невесомости. В итоге революционный по тем временам интерфейс стал примером для компьютерных блоков управления в будущем.

Производительность: 133 мегафлопс, в 120 тысяч раз слабее MSI GP66 Leopard

Сеймур Крэй был настоящей суперзвездой в мире компьютерных технологий. Он не просто внёс огромный вклад в развитие суперкомпьютеров — он сделал их компактнее, понятнее, а значит удобнее в использовании и обслуживании. А ещё благодаря ему суперкомпьютеры перестали пугать своим внешним видом — появился лоск и стиль.

Пока одни делали суперкомпьютеры похожими на небольшой городок из железных коробок, Крэй придал своему детищу Cray-1 вид лаконичного монолитного блока высотой с человека. Вместо транзисторов в компьютер устанавливали интегральные схемы, что и стало определяющим фактором в производительности, равной 133 мегафлопс. «Внутренности» спрятали в кожух, а сама новая конструкция позволяла быстро встраивать новые модули без использования километров проводов и не жертвуя скоростью машины.

Презентация машины вызвала огромный ажиотаж: Лос-Аламосская и Ливерморская лаборатории лоббировали свои интересы через Министерство энергетики и искусственно завышали цену суперкомпьютера, чтобы первый экземпляр не достался конкурирующей организации. Лос-Аламос победил и получил Cray-1, хоть и всего на полгода — для ознакомления и экспертной оценки. Учёные отозвались о машине очень лестно, позже компьютер купил Центр атмосферных исследований США (за 8,9 млн долларов), а затем Крэй продал ещё около 80 машин — очень много для того времени.

Производительность: 11,38 гигафлопс, в 1403 раза слабее MSI GP66 Leopard

Deep Blue одним из первых продемонстрировал преимущества компьютерных технологий перед человеческим мозгом. Для этого пришлось одолеть главного шахматиста мира.

Побеждать в шахматах компьютеры учились почти полвека, но заметно ускорил прогресс инженер Сюй Фэнсюн. Свой первый компьютер — Chiptest — он собрал, пока писал диссертацию при университете Карнеги — Меллона, который до сих пор является одним из самых престижных учебных заведений в области компьютерных наук.

Затем, устроившись в IBM, он в составе команды инженеров начал разрабатывать компьютеры серии Deep. Его вторая версия — Deep Blue — была в сто раз быстрее предшественника. В 1996 году Каспаров сыграл и с машиной, но та ему уступила, хотя сам чемпион признавался: компьютер всё же заставил его попотеть (Каспаров дважды предлагал ей ничью).

Выиграв 400 тысяч долларов в схватке с Deep Blue, уже через год Каспаров сразился уже с новой версией компьютера. Производитель учёл ошибки первой версии: фактически это был новый компьютер с 480 процессорами. Машина разгромила главного шахматиста планеты. Каспаров был настолько раздосадован, что обвинил компанию в подлоге: ей якобы помогали сразу три «живых» гроссмейстера.

Производительность всей винтажной техники мы сравнивали с производительностью MSI GP66 Leopard — ноутбука, способного на сложные вычислительные задачи.