Příchod hackerů: příběh profesora Svobody počtvrté

Lukáš Erben 17. 3. 2015

V prvním československém počítačovém „týmu“ se nezrodily jen první tuzemské a (celosvětově) první chybám odolné počítače na světě, ale také nové druhy aritmetických postupů. Ty umožnily urychlit výpočty násobení nebo nasadit zřetězené zpracování instrukcí (pipelining), které je součástí moderních procesorů.

Tým Dr. (později doc.) Svobody nestrávil druhou polovinu padesátých let „pouhou“ stavbou prvního počítače SAPO, jehož mozkem byly tisíce elektromechanických relé z národního podniku Aritma doplněná o stovky elektronek. Na půdě Československé akademie věd probíhal pochopitelně i „primární“ počítačový a matematický výzkum, jehož výsledky byly počínaje prosincem 1951 každoročně představovány na konferenci s mezinárodní účastí, kterou pořádal Ústřední ústav matematický ČSAV. Jejich obsah byl následně publikován ve sbornících – kterých za vedení Antonína Svobody vyšlo celkem 13. Již druhý z nich, vydaný počátkem roku 1953 obsahoval kompletní popis počítače SAPO včetně blokových diagramů a algoritmů.

Podobně jako v předchozích třech dílech, i tentokrát necháme častěji promluvit přes propast hlubokou přes čtvrt století samotného prof. Antonína Svobodu v úryvcích z rozsáhlého rozhovoru, který s ním v jeho domě v oregonském Milwaukee v listopadu 1979 vedla Robina Mapstone z Institutu Charlese Babbage – Centra pro historii zpracování informací při Minnesotské univerzitě.

Je pozoruhodné, že když IBM postavilo o řadu let později slavný systém STRETCH, měl stejně navržené aritmetické jednotky a logické uspořádání – tedy že aritmetika STRETCH byla víceméně identická s tou SAPO – bylo tu 15 paralelních sčítacích jednotek a násobení i dělení probíhalo také naprosto stejně. Je to zajímavé, jak často dva vědci, ve dvou různých zemích a časech, dojdou ke stejnému výsledku, protože chtějí určitou věc urychlit. V případě SAPO šlo o to, že používal relé, a proto jsme hardware navrhli tak, aby měl 15 paralelních binárních sčítacích jednotek, které mohly zpracovat libovolnou operaci – tedy výpočty v plovoucí desetinné čárce, sčítání, odčítání, násobení nebo dělení pomocí pouhých šesti cyklů. Šest operací relé stačilo pro libovolnou operaci. Díky tomu bylo možné řešit i velmi složité problémy pomocí počítače s velmi malou pamětí – pouhých 1024 slov, se kterými jsme přesto byli schopni počítat optické úlohy včetně raytracingu, nebo dělat řečovou analýzu. A to vše jsme publikovali ve sbornících.

Z rozhovoru R. Mapstone s Antonínem Svobodou (1979)

Zrod pipeliningu

Je na místě učinit malou historickou odbočku: Svobodou zmíněný IBM 7030 známý pod označením Stretch byl prvním tranzistorovým superpočítačem. Na počátku projektu stál požadavek jaderného fyzika Dr. Tellera na počítač, který by poskytl dostatečný výkon pro trojrozměrné hydrodynamické výpočty – což znamenalo požadavek na výkon v rozsahu 1–2 milionů instrukcí za vteřinu a cenou kolem 2,5 milionu (tehdejších) dolarů. O zakázku se zajímaly IBM a UNIVAC. IBM ale nakonec ze soutěže vystoupilo, když se rozhodlo postavit pomocí novějších tranzistorů superpočítač 5–10× výkonnější, který byl následně nabídnut za neuvěřitelných 13,5 milionu dolarů jaderným fyzikům z laboratoří v Los Alamos a několika dalším zákazníkům.

Řídicí konzoli superpočítače IBM Stretch můžete spatřit v Musee des Arts et Metiers v Paříži.

Projekt Stretch ale neskončil příliš úspěšně – počítač měl po dokončení jen desetinu předpokládaného výkonu (tedy asi 1,2 MIPS) a jeho cena u již podepsaných kontraktů byla snížena na polovinu, další prodeje byly zastaveny (PC World později označil projekt Stretch za jedno největších manažerských selhání v historii IT).

Přesto byl Stretch v mnoha směrech unikátní a používal řadu konstrukčních prvků, technik a postupů které vůbec poprvé vymysleli a publikovali členové týmu Dr. Svobody o několik let dříve v Praze – mimo jiné také řetězení instrukcí (pipelining), které dnes patří k základním konstrukčním prvkům prakticky všech mikroprocesorů.

Princip řetězení instrukcí, který je dnes běžně používán, byl také objeven v našem ústavu – publikovali jsme jej ve sborníku 3. symposia v roce 1955, což znamená že jsme na něm pracovali v průběhu roku 1954. Dodnes si pamatuji že popis pipeline je na straně 34 a přestože jsme jej nazvali „digestivní aritmetika“, je jasné, že se jedná o popis řetězení. Pojem „digestivní“ jsme použili jako analogii jídla, které je nejdříve nějakou dobu tráveno a živiny jsou následně různou rychlostí vstřebány či spotřebovány různými orgány. Pokud tedy například násobíte, trvá „trávení“ déle než při sčítání. Řetězení umožňuje, aby byly informace na vstupu přijímány v každém pracovním cyklu a nebylo nutné čekat na dokončení předchozích kroků. Díky tomu probíhají výpočty rychleji – navzdory tomu, že se jednalo o stroj z relé (prof. Svoboda zde nehovoří o SAPO, ale o jiném speciálním stroji pro trojrozměrnou Fourierovu syntézu – pozn. aut.), bylo možné zvládnout výpočty mapování hustoty elektronů se 40 atomy v molekule.

Z rozhovoru R. Mapstone s Antonínem Svobodou (1979)

Laboratoř matematických strojů ÚÚM ČSAV přišla i s dalšími nápady, které o řadu let později našly uplatnění například v oblastech jako je počítačová tomografie – jedná se o metody reziduální aritmetiky, které pro využití při stavbě počítačů zpracoval Dr. Valach. Jednalo se ale pouze o teoretické práce.

V té době neexistovaly praktické požadavky na stavbu takového počítače. Proč? Prostě proto, že potřeba extrémně rychlého násobení nebyla tak velká – a stavět počítač, který bude velmi rychle násobit například na úkor rychlosti sčítání, nedávalo smysl. Měl jsem proto pocit, že stačí ukázat, že takový počítač lze postavit. Dnes (rozhovor s prof. Svobodou proběhl v roce 1979 – pozn. aut.) je po počítačích, které rychle násobí, velká poptávka – například v počítačové tomografii. […] Alan Wang ze Standfordské elektronické laboratoře na tamní  univerzitě na toto téma nedávno zpracoval studii. Je zajímavé, že kombinuje právě řetězení instrukcí a reziduální aritmetiku – a odkazuje se na knihu, kterou jsme na toto téma vydali s Dr. Vlachem před lety v SRN. Vysvětluje že pro výpočty jako je 6.71×109 potřebuje 7 miliard aritmetických operací za vteřinu. […] Navíc nejde jen o urychlování výpočtů, tyto postupy jsou důležité i pro testování, kontrolu a prevenci chyb v nich. S Dr. Valachem jsme měli štěstí, že jsme byli v ten správný čas na správném místě.

widgety

Z rozhovoru R. Mapstone s Antonínem Svobodou (1979)

Doc. Svoboda na fotografii (úplně vpravo) s Ing. Oblonským (uprostřed) a Ing. Korvasem (vlevo). Foto – zdroj: VÚMS / Vumscomp.cz

Přichází EPOS

Na přelomu 50. a 60 let stálo před Dr. Svobodou coby vedoucím LMS jeho poslední velké „dílo“ v rodném Československu – návrh a stavba prvního tuzemského elektronického (víceúlohového a víceuživatelského) počítače EPOS (Elektronický POčítací Stroj), jenž využíval již výhradně elektronky. Práce na jeho návrhu započaly ještě před samotným ostrým spuštěním elektromechanického SAPO. Zároveň před Svobodou ale stála i řada úskoků a ústrků – zejména ze strany Jaroslava Kožešníka, který mimo jiné „zařídil“ vyřazení ÚMS z ČSAV a jeho „konverzi“ na Výzkumný Ústav Matematických Strojů (VÚMS), z jehož vedení měl být Svoboda záhy odvolán. Toho tak, společně s rodinou a několika kolegy, čekal po bezmála třiceti letech druhý dobrodružný útěk z Evropy. O tom ale více příště.

Odkazy

Našli jste v článku chybu?
DigiZone.cz: Sony MP-CL1A: miniaturní projektor

Sony MP-CL1A: miniaturní projektor

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: ČRa doplňují seznam

DVB-T2 ověřeno: ČRa doplňují seznam

Podnikatel.cz: Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

DigiZone.cz: Nova opět stahuje „milionáře“

Nova opět stahuje „milionáře“

120na80.cz: Co je padesátkrát sladší než cukr?

Co je padesátkrát sladší než cukr?

DigiZone.cz: Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Podnikatel.cz: EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

Lupa.cz: Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

DigiZone.cz: Na jaká videa se vlastně díváme

Na jaká videa se vlastně díváme

Podnikatel.cz: Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Podnikatel.cz: Takhle se prodávají mražené potraviny

Takhle se prodávají mražené potraviny

DigiZone.cz: Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Podnikatel.cz: Znáte už 5 novinek k #EET

Znáte už 5 novinek k #EET

Lupa.cz: Jak levné procesory změnily svět?

Jak levné procesory změnily svět?

Vitalia.cz: Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Měšec.cz: TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip