"Как закалялся Клан"

За прошедшие 50 с хвостиком земных лет на Лимбо в полный рост встала проблема надежности привезенных с земли ЭВМ. Испытания временем выдержали далеко не все компьютеры и прочие вычислительные устройства. Точнее даже немногие. Лучше всего себя чувствовали самые простые и на момент попадания на иную планету уже откровенно старые ЭВМ. Вполне себе уверенно жила пара ZX-Spectrum разных моделей на 8-битных процессорах Zilog Z80 на 3,5 МГц. Неплохо себя чувствовала "клавиатурная денди" Subor SB-225-B на которой дети играли в старые простенькие игрушки и учились программировать перед тем как пересесть на более серьезные Спектрумы, с "большой" памятью и внешними накопителями, операционной системой и разными языками программирования. Правда один Спектрум все-таки умер, сгорел процессор, и он был разобран для изучения. Очень хорошо себя чувствовали все четыре DEC PDP-11 разных моделей когда-то широко известной фирмы "digital" которые когда-то были куплены "по фану", а теперь снова работали управляющими ЭВМ на производстве. Три "относительно слабых" машины управляли станками с ЧПУ сделанными из обычных универсальных, а четвертая самая мощная из них была центральным сервером. На этом сервере работала многозадачная операционная система "RSX-11M-Plus" с патчем "Y2K" и другими, на ней был поднят сервер DECnet с TCP/IP стеком, FTP-сервер, IRC-сервер, BBC-ка и другие "сервисы" нужные сообществу. Старая надежная и достаточно мощная для своих задач ЭВМ вполне справлялась с поддержкой "местного Интернета". Ведь когда-то первые интернет-сервера как раз и работали на старших моделях DEC PDP-11 формирующих корневую инфраструктуру. И разработка корневых протоколов будущей глобальной сети велась как раз на них. ЭВМ линейки PDP-11 фирмы "digital" отличались феноменальной надежностью, потому что их проектировали и выпускали настоящие инженеры, а не эффективные менеджеры и маркетологи. Самой старой и слабосильной была PDP-11/23-Plus на многочиповом процессоре DEC F-11. Процессор на 5-ти чипах реализующих разные аппаратные функции в корпусах DIP-40 и целая плата с логикой, ПЗУ, парой последовательных интерфейсов. Под ней - целая плата микросхем памяти на 1 Мб с контролем ошибок ЕСС. И дальше вниз в "корзине" - платы интерфейсов портов, ввода-вывода и управления, как старые оригинальные так и новодельные, включая плату эмулятора дисков с micro-SD карточкой с которой с образов дисков работала операционная система. С сервером ЭВМ работала по нуль-модемному кабелю через последовательный порт. Более мощными была пара DEC PDP-11/53 разных модификаций на двухчиповых на одной керамической подложке процессорах DEC J-11. Отличались они компоновкой процессорной платы - на более новой на процессорной плате вся логика была "забита" в несколько больших квадратных керамических заказных микросхем "чипсета" и прямо на плате было распаяно 1,5 мегабайта памяти. И два традиционные последовательных порта. На второй системная логика была собрана на мелких ИС и БИС, памяти на самой плате было только 512 кб, еще 1 Мб памяти был отдельной платой. И пара традиционных последовательных портов. Дальше в их корзинах стояли другие нужные платы для управления внешним оборудованием, эмуляторы дисков на micro-SD и контроллеры локальной сети 10 Мбит Ethernet. Старые контроллеры работали на интерфейсе кабеля AUI, но вместе с ними были куплены конвертеры AUI-10base-T на обычную "витую пару" с разъемом RJ-45. Самой мощной из PDP-11 была DEC PDP-11/83 в полной конфигурации. Самый быстрый вариант J-11, математический сопроцессор, быстрая кэш-память на плате, 4 Мб памяти с ЕСС подключенной по быстрому специализированному интерфейсу памяти стандарта PMI, разнообразные коммуникационные интерфейсы, нативный для системы продвинутый контроллер дисков стандарта SCSI-II к которому через конвертер интерфейсов SCSI-IDE и IDE-CF была подключена пара скоростных CF-карт по 64 гб. И конечно контроллер локальной сети, который через конвертер на 10 Мбит витую пару работал на старый промышленный 10 Мбит коммутатор на 16 портов. Несмотря на то, что всему этому железу было уже под 80 лет - оно работало без всяких нареканий, даже электролитические конденсаторы. Вполне себе живы были и здоровы несколько ноутбуков на intel i80386 процессорах разных моделей. Конечно их аккумуляторы и механические жесткие диски давно умерли, но еще на Земле вместо жестких дисков в них были установлены адаптеры пол CF-карты, которые держались вполне на уровне более поздних SSD-дисков. Так же неплохо себя чувствовал мини-ноутбук Toshiba Libretto 110CT с процессором Pentium-233MMX. Да у него было "всего" 64 мб памяти и CF-карта на 16 Gb, но старичок так же шустро шевелился под старой и достаточно надежной Win-98SE. И так же неплохо себя чувствовал Compaq Armada 1120. Процессор Pentium-75, 8 мб оперативной памяти, без звуковой карты вместо которой использовали COVOX на LPT-порте, CF-карта на 8 гигабайт вместо жесткого диска. Ноутбук прекрасно работал под Win-98SE от внешнего 12В питания от обычного аккумулятора или иного источника питания. Правда не избежали проблем и старые ноутбуки - лампы подсветки дисплеев которые и так были изношены, их со временем пришлось заменять аналогами своей разработки, как и электролитические конденсаторы. Но все остальное вполне себе жило, качество компонентов и используемых материалов, надежность конструкции были на высоте. Правда и цена на момент их производства была высока, но она оправдывалась реально хорошим качеством. Вот с более новыми компьютерами все было уже не так однозначно. Достаточно хорошо держались корпоративные и бизнес-модели "брендов" Samsung, Fujitsu-Siemens, Compag. Dell. Еще лучше работали несколько защищенных ноутбуков разных моделей Panasonic CF-27. Но вот всякие "дешевые" компьютеры и ноутбуки фирм ASUS, Acer, Lenovo и прочих "брендов для бедных" - умерли очень быстро. Не особо долговечным оказались даже позиционируемые как "надежные" премиум-сегмента устройства ASUS ROG. И ноутбук и материнские платы. В то же время как подобные более старые корпоративные продукты Dell работали десятилетиями. Наглядное доказательство теории про "запланированное устаревание" заложенное в "бытовую" технику, чтобы люди были вынуждены покупать одно и то-же снова и снова. Ноутбук который работает ровно 12,5-13 месяцев при гарантии в 1 год, а после его ремонт стоит дороже нового, либо запчасти для ремонта вообще не достать. То же самое было с жесткими дисками, SSD, материнским платами, видеокартами, мобильными устройствами. Так что к текущему моменту парк мощной вычислительной техники сильно сократился. В строю остались старые и надежные ноутбуки, сервера, профессиональные видеокарты Nvidia Quadro серии K5000 и GPU-ускорители Nvidia Tesla K80 . От механичесокго износа вымерли уже почти все жесткие диски, SSD Samsung на удивление все еще держались - корейцы умели делать надежные вещи. Достаточно давно поумирали все игровые видеокарты серии Nvidia RTX 3000, первыми ожидаемо необратимо вышли из строя RTX 3090, хотя модель была достаточно надежной - MSI RTX 3090 SUPRIM X 24 Gb. Дольше всех продержались маломощные и "холодные" Gigabyte RTX 3060 GAMING OC 12 Gb, хотя у них и была репутация "Гнилобайта", но постепенно умерли и они - через тридцать лет работы за короткий промежуток времени вышли из строя сами чипы. Это убывание вычислительной мощности побудило Яшму обратить взор на вычислительные ресурсы "иномирной" техники. В первую очередь - шагохода из мира "Лунной Радуги", который судя по всему обладал бортовым ИИ который можно было использовать для "анализа инопланетного корабля". Начала она с исследования информации хранившейся в общедоступной памяти и машины и всевозможных инструкций. Документация в памяти бортовой ЭВМ шагохода оказалась разнообразной и в большом количестве. И кибер - гиена достаточно быстро пришла к неутешительному выводу - эта управляющая машина в исследованиях инопланетного корабля ничем особо не поможет. Во первых, у шагохода небыло настоящего ИИ, а во вторых его ЭВМ была сильно нестандартной конструкции и мощной ее назвать было никак нельзя. Надежной, эффективной, потребляющей мало энергии, способной пережить поражающие факторы ядерного взрыва - да. Но на деле маломощной и с архитектурой близко не лежавшей к х86-64. А значит никаких средств программирования под нее небыло. И затраты на их разработку были совершенно бессмысленны. Архитектура его БЦВМ была достаточно полно описана во встроенной документации. кроме того машина оказалась снабжена парой "диагностических" портов Стык С2 - совместимых с RS-232C. Так что подключить старый ноутбук по нуль-модему физический оказалось не сложно. Яшма быстро написала программу-терминал для доступа к файлам на накопителе шагохода и вытащила данные. Получилось "достать наружу" кучу карт объектов Солнечной Системы, журнал технического обслуживания, путевые листы, всевозможные логи работы системы, несколько сборников музыки - классические "Битлз", русское "бардовское гитарное" и что-то вроде "электронной музыки". Так же там нашлось три книги в текстовом формате которые заряжали в программу говорилку и слушали на ходу. Старый английский детектив, "Основание и Империя" Азимова и "Путь на Альматею" Стругацких. Несмотря на то, что БЦВМ была 32-х разрядной - архитектура ее восходила к старой советской БЦВМ Аргон-16 совместимой с ЭВМ Минск М-220/222. Никакой совместимости с привычными х86-64, DEC PDP-11/VAX-11 или хотя бы знакомыми ARM/MIPS/SPARC тут небыло. Так что скопированные файлы пришлось перекодировать в привычные форматы. Например, кодировка текста была в KOI-7R. Кодировка звука тоже была своя, как и изображений, очень эффективно сжатого видео. При относительно небольшой вычислительной производительности БЦВМ шагохода ее эффективность была обусловлена изощренностью прошитых в ПЗУ программ и тщательностью их отладки. А так же применением аппаратных нейросетевых модулей для обработки информации с телекамер и иных датчиков машины. Они эффективно "распознавали" входной поток сырых данных "сжимая и упрощая" выходной поток обработанных данных до уровня доступного для быстрой эффективной обработки не слишком мощной БЦВМ. Ннесмотря на крайне эффективные и сложные алгоритмы позволяющие машине эффективно передвигаться, обрабатывать входящую информацию с телекамер, распознавать речь пилота и выдавать "разумные" голосовые сообщения - настоящим ИИ внутри даже не пахло. Вообще, проблемы с хранением информации из-за механического износа "жестких дисков" и исчерпания ресурсов циклов чтения-записи FLASH-памяти в SSD была понятна с самого начала. Так что еще в самом начале истории освоения Лимбо самые важные книги и справочники из памяти компьютеров были распечатаны на бумаге. Позднее, когда было налажено производство фото и кинопленки - начали переснимать с экрана другую текстовую и графическую информацию. Всевозможные инструкции, справочники, "даташиты", чертежи и просто картинки. Во время первого осмотра перенесенных строений было найдено несколько диапроекторов, детские и учебные диафильмы. Диапроекторы были скопированы и теперь активно использовались для просмотра переснятой информации. Переснимали все и распечатывали пленки для проекторов минимум в трех экземплярах плюс негатив, важное дублировали еще больше. После чего "не особо нужные" файлы удалялись. Например те-же самые "Опыты русской артиллерии" середины 19-го века явно небыли нужны в постоянном доступе по локальной сети, или "Искусство лить пушки" 1805 года издания. Глава клана когда-то нагреб в сети кучу информации самого разного толка. Разобравшись с текстовыит и графическими файлами занялись пересъемкой фильмов на кинопленку. Потом пришла очередь музыки, ее записывали на кинопленку тоже, по той же технологии по которой писалась звуковая дорожка для фильмов, только тут для записи использовалась вся кинопленка стандарта 8 миллиметров. Так получилось освободить дисковое пространство и вывести на хранение часть жестких дисков и SSD. Кроме того на серверах были оптимизированы RAID- массивы из которых тоже высвободили часть накопителей. Но все это было оттягиванием конца и специалисты это прекрасно понимали. Так что одним из важнейших направлений работы лаборатории радиоэлектроники была разработка технологии производства устройств хранения данных. Сначала производство магнитной ленты совместимой с советским стандартом катушечных магнитофонов и аудиокассет. Потом разработка своего стриммера на основе конструкции кассетного магнитофона, кассеты и пленки к нему. И когда были достигнуты заметные успехи в области магнитных пленок - начали работы по жестким дискам. Воспроизвести даже старй IDE жесткий диск формата 3,5" конечно сразу было невозможно. Слишком сложная и точная механика, маленькая магнитная головка, привод головки с неодимовым магнитор. Но в коллекции главы клана было несколько старых 5,25" MFM-дисков, классические Seagate ST-251 на 40 мегабайт. Которые были намного проще. Так что через какое-то время родился первый "монстрик" размером с небольшую тумбочку, с модифицированной платой управления от старого механический ноутбучного IDE-диска с перепрошитым под новую механику контроллером. Этот 10-мегабайтный ужас летящий на крыльях ночи даже устойчиво работал. Хотя скорость чтения/записи и поиска сектора у него была очень маленькой. Но начало было положено. Даже такой большой, шумный, примитивный жесткий диск это на самом деле очень большой хайтек. Высокооборотные необслуживаемые подшипники с большим ресурсом. Точная механика привода которая должна позиционировать магнитную головку. Точность изготовления самого "блина" диска поверхность которого должна быть максимально ровной, а сам "блин" прочным и сбалансированным. Материал и технология нанесения магнитного покрытия с высокой равномерностью и высоким качеством. Не менее сложная миниатюрная магнитная головка. И все это надо не только собрать вместе в "чистой комнате" в гермозону, но и добится чтобы сама начинка жесткого диска не создавала мешающие работе механические частицы внутри. Работы тут на десятилетия исследований и отработки технологии. Но эта работа была нужна все равно. Наработки по точной надежной механике применялись и в других устройствах. Да и после выхода из строя попавших на Лимбо с Земли компьютеров все равно придется производить свои ЭВМ. И даже если ничего лучше расширенного и улучшенного потомка 8-битного ZX-Spectrum поначалу сделать не получится - жесткие диски для этих ЭВМ все равно будут нужны. С "пленки" грузиться и активно работать даже имея более-менее нормальный стриммер с электронным управлением с ЭВМ - медленно и неудобно. Шло время, постепенно выходили из строя механические жесткие диски. Первыми вымерли SATA-диски Western Digital и Seagate. А вот менее быстрые и емкие диски SATA и ATA фирм Fujitsu, Hitachi, Toshiba - упорно работали год за годом. SSD Kingston тоже показывали себя неплохо, но Samsung большого объема обладали намного большим ресурсом перезаписи и держались дольше всех пережив не только механических собратьев, но и конкурентов. Да конечно сразу были приняты многие меры по снижени накопителей. В системах с большой оперативной памятью был отключен файл подкачки, там же где он был необходим - его работу старались минимизировать стараясь нарастить оперативную память. И прекрасно понимая неизбежность внезапной смерти дисков - всегда делали резервную копию данных на внешний носитель в конце дня. Так что большой шкаф со стриммерами стоящий в углу со временем стал привычным делом. Потерять все важные данные из-за внезапно умершего изношенного диска не хотелось. И так было несколько случаев такой кончины прямо в разгар работы. Несмотря на все усилия народ понимал - старая компьютерная техника с Земли уже доживает последние годы. Просто из-за физического старения стали один за другим выходить из строя старые мощные ноутбуки Dell, умер сервер Asus RS720-E7 и Яшме пришлось переписывать программу обработки для работы с кластером нод на платах от Dell PowerEdge C8220X к которым переподключили внешние боксы с вычислительными картами Nvidia Tesla K80. Да и сами эти карты были откровенно на последнем издыхании. Начали умирать сами сложные чипы, от физического старения начали выходить из строя мосфеты и другие нагруженные элементы в цепях питания, а заменить детали было нечем. Конечно ремонтники каннибализировали вышедшую из строя технику собирая из нескольких мертвых устройств одно рабочее, но все равно вычислительные мощности начали ощутимо падать. И все равно эта вычислительная техника была достойна уважения, проработав более 50-ти земных лет побив рекорд долголетия "кластера" из четырех IBM/360 считавших лопатки турбин у Боинга более 30-ти лет. И в то же время встал во весь рост вопрос какие архитектуры надо будет "клану" выбрать базовыми для себя. Если с микроконтроллерами было все ясно - копировать AVR Atmega16/32/2560, то с процессорами для ЭВМ было все сложнее. Конечно для 8-биток небыло иного разумного варианта кроме копирования старого доброго Z80 на 3,5 МГц. А вот с 16, 32 и 64-бит архитектурами выбор был куда сложнее. И если intel i80386SX сделанный по топонормам 1 мкм возможно получится скопировать, то 486-е процессоры не говоря уже и Pentium I, Core2Duo/Quad и серверных процессорах серии Xeon E5-2600 были слишком сложны по своей структуре. Да и "тонкие" техпроцессы, особенно 65 и 45 нм просто для своего исследования требовали слишком сложной аппаратуры. Так что было решено базовой архитектурой на 32 и 64 бита выбрать намного более простое чем у х86-64 ядро ARM, начав свои исследования с неплохого контроллера STM32. Сам контроллер пригодится для встраиваемых система, а после его изучения может быть со временем получится изучить старые смартфоны с более мощными многоядерными ARM-процессорами с ядрами Cortex A53 и A75. Но конечно сделанные по тонким техпроцессам ядра придется исследовать не только совершенствую оптические микроскопы, но и использовать электронно-лучевые. Самый простой из которых построили уже достаточно давно активно используя в исследованиях постоянно совершенствуя установку. Определившись с вычислительными ядрами будущих своих процессоров достаточно долго обсуждали и вопрос выбора ядер для GPU. Хотя тут особо нечего было обсуждать. Надо изучать структуру и копировать архитектуру GPU Nvidia поколения "Kepler". Под CUDA-архитектуру было много софта, старые графические процессоры времен GTX 780 были в большом количестве для изучения в уже вышедших из строя ускорителях Tesla K40 и K80. В следующем поколении в вычислительных блоках видеоядер производитель урезал число ядер "двойной точности", а после и вовсе начал пихать в кристалл упрощенные ядра для работы нейросетей в 2000-м поколении видеокарт. Да и кристаллы видеочипов от давно умерших RTX 3000-й серии сделанных по более тонкому техпроцессу будет сложнее исследовать. Ученые и инженеры буквально чувствовали как утекает время. В этой гонке старения попавших с Земли компьютеров и разработки своих собственных ЭВМ Клан откровенно проигрывал. Да они смогли наладить мелкосерийные производство качественных вакуумных радиоламп всего доставшегося им "в наследство" от СССР ассортимента. И даже смогли построить полностью автоматизированную линию производства всего ассортимента миниатюрных стержневых радиолам с напряжением накала 1,2В и анодным в 60-70В начиная с 1Ж21Б. По мере надобности производили ремонт клистронов и магнетронов. Серийно выпускались и газоразрядные приборы - тиратроны, счетные декатроны, всевозможные газоразрядные индикаторные лампы. Так же был освоен серийный выпуск и ремонт всего спектра советских электромеханических реле, герконов, кнопок и переключателей разного назначения, шаговых искателей и сильноточных пускателей. С учетом надвигающегося полного отказа физический стареющих управляющих модулей на микроконтроллерах повсеместно шли работы по замене их управляющими системами релейной автоматики. Да они были больше, тяжелее, потребляли больше энергии и были менее эффективны. Но их "Русский Клан" уже производил сам по полному циклу. Вот с успехами в области полупроводниковых элементов было все намного хуже. В производстве были освоены купроксные выпрямительные столбы, освоена вторичная переработка и повторный выпуск вышедших из строя пластин селеновых выпрямителей. Даже получилось освоить вторичную переработку и производство вышедших из строя германиевых диодов с транзисторами. На Лимбо при глубокой переработке местных руд выделяли разнообразные сопутствующие металлы и другие химические элементы, в том числе и германий. Но всего спектра руд редкоземельных металлов необходимого для производства электроники пока небыло в пределах исследованных территорий. Тем не менее малосерийный выпуск копий советских германиевых транзисторов и диодов был налажен. Объемы были небольшими, но достаточными чтобы перепроектировать контроллеры заряда для ветряков и теряющих мощность солнечных батарей на устройства собственной разработки не имеющие в своем составе микроконтроллеров и кремниевых транзисторов. Габариты устройств ожидаемо выросли, но они опять таки были полностью произведены самостоятельно. А вот с кремниевой технологией все оказалось намного сложнее чем думалось поначалу. На текущий момент с трудом получилось построить хоть сколько то адекватный кристаллизатор для выращивания кремниевых булей, но качество очистки кремния с трудом дотянули до металлургического 96-99% чистоты. С учетом возможностей Клана до получения "солнечного" кремния и производства хотя-бы ячеек солнечных батарей потребуются десятки лет, сотни специалистов и создание новых отраслей промышленности, а так же существенного расширения существующих. А от производства солнечных элементов до производства даже просто качественных кремниевых транзисторов и микросхем малой степени интеграции немалая пропасть, которую тоже просто так не перепрыгнуть. Все-таки за "Кланом" не стояло промышленности и науки СССР или САСШ 50-60х. Так что пришлось серьезно задуматься о разработке релейных, ламповых и собранных на германиевых транзисторах вычислительных устройств разного назначения. От "контроллеров" станков до "программируемых калькуляторов" по мотивам МК-52/61 и настоящих ЭВМ. Да, Клану предстоял откат технического уровня в 50-60е годы ХХ-го века. Но по сравнению с откатом в "Век Пара и Электричества" или тем более до "Лошади и плуга" это был вполне достойный уровень для дальнейшего развития. Ведь на технологиях этого уровня СССР и США вышли в Космос, осваивали атомную энергию, проводили автоматизацию и роботизацию, на этих технологиях заложили основу для дальнейшего научно-технического развития. В энергетике все тоже было надежно и устойчиво - использовалась "простая механика и электрика". Строились новые "Солнечные Башни", правда теперь они четко разделялись на паротурбинные станции с накоплением тепла в каменном аккумуляторе на зимний период и металлургические комплексы для плавки металлов в "солнечной печи". Это упрощало конструкцию и улучшало параметры установок которые теперь полностью строились на местных ресурсах, созданных на Лимбо деталях, комплектующих и материалах. Точно так же небыло проблем с постройкой новых ветрогенераторов. Все те же вертикальные ветротурбины малого диаметра. Да они были не самыми эффективными, но выдерживали сезоны ураганов обеспечивая энергией потребителей когда не могли работать солнечные паротурбинные электростанции. А в горах, где позволяли местные условия и были гидроресурсы - строили горные ГЭС. На старой базе пришельцев, которую прозвали "Подгорным Королевством", работала геотермальная электростанция питавшая энергией комплекс. Подземелья очень нравились "горностаям" и благодаря их "настойчивому лоббированию" старые подземелья постепенно возрождались как функциональный комплекс. Мастерские, лаборатории, подземные "фермы", электрический свет... Но в один самый обычный день все неожиданно изменилось. Группа программистов и техников, которая вместе с Яшмой занималась рутинным анализом собираемых с систем инопланетного космического корабля - достигла успеха. Пазл сложился и структура данных начала раскрываться. Сначала специалисты даже не поверили своей удаче и только через неделю проверок, в том числе и проверок безопасности - не решит ли "управляющая машина" корабля сделать какую гадость, о сделанном открытии было доложено Главе Клана. Так, без лишнего шума, пыли и помпы начиналась новая эра...