原标题:俄罗斯为何死撑CPU研发
//作者 | 陈辰
1939年,二战爆发时,鲍里斯•巴贝扬年仅6岁。当时,他与家人居住在高加索山脉之下的阿塞拜疆。尽管纳粹德国入侵苏联的残暴铁蹄没有延伸到那里,但是据巴贝扬回忆,“当时的情势非常、非常不妙”。
比如学校的小伙伴们不仅没有足够的食物来充饥,也没有做功课用的纸张。因此,他们只能在废旧报纸的空白处,潦草地记下一些事实和数据。虽然条件艰苦,但巴贝扬克服困难、勤奋学习,并保持着优异的成绩。
十二年后,巴贝扬随家人搬到莫斯科居住,而且进入莫斯科物理技术学院创新中心读书。在这里,他成为全苏联第一个学习计算机科学的学生。但他所学的专业名似乎没跟上时代,叫做“机器数学”。
在读书期间,巴贝扬表现出计算机技术天赋,发明了“进位保存算法”。这种算法是计算机的一种基础运算方法,一直延用至今。经过一年学习后,巴贝扬成了苏联精确力学和计算机技术研究所的一名实习生。
这个研究所曾在冷战背景下成立,所长名叫谢尔盖·列别捷夫,正是他在1958年发明了BESM-2计算机。这台计算机能计算卫星轨道及第一次抵达月球表面的火箭轨道,而且成为中国第一台计算机104机的蓝本。
毕业后,巴贝扬因表现良好被列别捷夫点名留下。后来,他多次主导了苏联早期计算机与超级电脑的研发工作。其中,他领衔开发出的CPU领先美国达十五年。另外,他还间接把英特尔的CPU送上了世界之巅。
01
领先美国十五年
巴贝扬是个资深登山爱好者,从1952年开始登山一直保持二十多年。然而,1976年,正值苏联“铁幕时期”,他的活动范围因此被局限在苏联境内。而行动受限的原因,是巴贝扬承担了研制苏联超级电脑的重任。
没法世界各地登山,巴贝扬就埋头攻坚。1978年,他率领团队研究出全球第一台超标量计算机Elbrus-1。毫不意外,计算机取名自厄尔布鲁士(Elbrus)峰。这座山位于大高加索山脉,海拔5642米,是苏联及欧洲最高峰。
苏联研制Elbrus-1的主要目的是服务军事工业,比如开发飞弹系统、核武器和太空计划等。相关记载资料显示,“…实时控制与高性能计算能力的结合绝对不同以往,因为需要兼顾高性能、高稳定性并且易于编程。”
而Elbrus-1采用的超标量处理器,在运行时会将连续的符号转换为并行符号加速执行,因此能在相同主频下实现更高的CPU吞吐率。这一技术直到十五年后,才在美国IBM公司研发的PowerPC 601上得以应用。
紧接着,巴贝扬又开始主导第二代产品的设计开发工作。1987年,Elbrus-2研制成功,不仅拥有超标量体系架构,而且还支持高级程序语言的新技术。另外,这台计算机有10个处理器,每秒运算达1.25亿次。
俄罗斯计算机历史博物馆展示的Elbrus 2代CPU
鉴于对Elbrus-2及乱序超标量体系架构的巨大贡献,巴贝扬当年获得政府颁发的“列宁勋章”。这是苏联的最高荣誉。但他绝不愿“功成身退”,而是继续在计算机领域探索,率队开发第三代Elbrus计算机。
这一次,巴贝扬想出采用更新的超长指令字(VLIW)架构,即通过一个编译器来确保指令同时在不同的处理器上被执行。因此,Elbrus-3总共应用了16个处理器,效能达到美国当时最强大通用计算机系统CRAY Y-MP的两倍。
然而,Elbrus-3于1991年研制成功后,始终没有投入量产。其中原因是,苏联的政治体制和经济体系遭遇剧变,项目的研究经费突然中断。为改善局面,巴贝扬1992年成立了MCST公司,专注开发VLIW架构的处理器Elbrus 2000。
苏联解体后,美国人对老对手的计算机技术表现出浓厚兴趣,纷纷来找巴贝扬合作。首先找上门的是惠普,那时惠普和英特尔正展开IA-64指令集与Itanium(安腾)处理器研发的竞争。但巴贝扬拒绝了惠普的好意。
因为在三年前,Sun公司的创始人已经来“拜访”过巴贝扬了。基于此,巴贝扬与Sun公司在莫斯科联合建立了SPARC技术中心,共同研发处理器架构、操作系统、编译器与多媒体函式库。这促成了Sun后来的崛起。
02
为英特尔所用
时下关于计算机处理器架构的主流历史,以及各地学校课堂上使用的教科书,都在宣扬CPU核心技术源自美国。但很少有人知道,英特尔Pentium(奔腾)等处理器技术,或多或少来自于苏联的Elbrus超级电脑及工程师。
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