Академик В. М. Глушков – пионер кибернетики - Деркач В.П. Страница 17
Известно, что изготовляемые с субмикронными размерами элементов большие (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) весьма сложны, составление программ их производства “ручным” способом непосильно для человека. Потребовалось решение задач автоматизации проектирования таких изделий. С появлением больших и сверхбольших интегральных схем как устройств ЭВМ Виктор Михайлович сразу же вовлекся в решение проблемы автоматизации их проектирования. Он раньше других понял, что создание системы автоматизации проектирования СБИС и построение архитектуры машин, схемная структура которых включает в себя сотни тысяч и миллионы транзисторов на кристалле, возможно только с помощью математиков, обладающих знаниями в области элементной базы и ее технологии. И при этом он учитывал, что на основе сверхбольших ИС можно создавать принципиально новые архитектуры вычислительных систем, с распределением и расширением функций, использовать распараллеливание обработки данных, повышать надежность за счет размещения на кристалле схем коррекции и резервирования и т.п.
В. М. Глушковым и его сотрудниками была развита описанная выше теория цифровых автоматов, создан новый математический аппарат, позволивший формализовать описание схем, разработана алгебра алгоритмов для эквивалентных преобразований описаний проектируемых устройств и решения задач их анализа, синтеза и оптимизации, создан язык для описания алгоритмов и структур ЭВМ и разработана методика проектирования машин, включающая понятие единства описания данных на всех этапах этого процесса. Это позволило автоматизировать процесс внесения изменений в проект, формализовать средства общения между разработчиками. Система математического обеспечения автоматизации проектирования ЭВМ прошла развитие от программ в 3 тысячи команд до системы в 2 млн. команд (от автоматического синтеза цифрового автомата со схемой в 100 элементов к схеме ЭЦВМ в несколько сот тысяч элементов).
Была построена действующая система автоматизации проектирования “Проект-1” и “Проект-2” (на основе машин М-220 и БЭСМ-6), способная настраиваться на разные методы проектирования, разные классы проектируемых устройств, расширять состав алгоритмов и средств программирования, осуществлять совместное проектирование схемной и программной частей ЭВМ. Это была уникальная система, которая позволила впервые в мире автоматизировать процесс алгоритмического проектирования. В 1969 г. межведомственная комиссия приняла первую очередь системы “ПРОЕКТ”. Работа получила мировое признание. О ней писали в американской серии “Успехи компьютерных и системных наук”. “ПРОЕКТ” стал прообразом большого количества использовавшихся в СССР систем автоматического проектирования электронно-вычислительных машин (САПР ЭВМ) и больших интегральных схем (САПР БИС). Материалы исследований в этой области обобщены в монографии “Автоматизация проектирования вычислительных машин”, вышедшей в 1975 г. (В. М. Глушков, Ю. В. Капитонова, А. А. Летичевский).
Для системы “Проект – Киев-70” представляла конечное звено, объединяющее проектирование и изготовление в единый процесс. В. М. Глушков уже на ранних этапах разработки системы “Проект” в качестве ее конечного звена предусматривал использование средств автоматизированного управления реальными технологическими процессами. Наиболее выгодными и прогрессивными такими процессами оказались электроннолучевые и ионнолучевые, которые в то время только зарождались.
На системе “Проект – Киев-70” были созданы разнообразные топологические структуры. Впервые в мире, например, спроектированы и изготовлены тексты с плотностью 110 тысяч букв в квадратном миллиметре (30 томов Большой Советской Энциклопедии с такой плотностью разместились бы на площади циферблата ручных часов), что впервые продемонстрировало качественно новые возможности упаковки текстовой информации для крупных хранилищ, автоматизации занесения ее на носители, поиска и доставки пользователям.
В 1972 г. АН СССР поручила В. М. Глушкову координировать научные исследования по проблеме “Автоматизация проектирования больших интегральных схем” в рамках всей страны. В Институте кибернетики проведено три всесоюзных координационных совещания с участием представителей НИИ и промышленных предприятий, на которых выступал координатор. Были обсуждены различные подходы к решению задач автоматизированного проектирования на всех этапах этого процесса. Наиболее интересные и значимые доклады впоследствии опубликованы в журналах и научных сборниках. На ряде крупных предприятий микроэлектроники, в том числе и в Зеленограде, Виктор Михайлович выступал со специальными докладами на эту тему, в результате чего возникали и в дальнейшем развивались плодотворные творческие связи между Институтом кибернетики и этими предприятиями. Так, после посещения Глушковым НИИ “Исток” началась совместная разработка основ вакуумной микроэлектроники, позволяющей создавать сверхбыстродействующие интегральные устройства. Совместно с этим НИИ и Запорожским машиностроительным институтом разработаны начала вакуумной СВЧ-микросхемотехники. Обобщающие результаты этих исследований направлены в ведущие организации страны в виде методических рекомендаций.
По поручению АН СССР Институт кибернетики как ведущая организация также координировал в стране научно-исследовательские работы по электронной литографии. Было проведено несколько координационных совещаний, решения которых, по отзывам участников, способствовали развитию этого направления.
Теоретические работы, на основе которых создана система “Проект – Киев-70”, методы автоматизации проектирования ЭВМ и их компонентов, нашедшие широкое практическое применение, удостоены Государственной премии СССР 1977 г.
В плане создания новой, более эффективной элементно-технологической базы для развития вычислительной техники в институте выполнены и другие значимые исследовательские работы. Только в одном отделе физико-технологических основ кибернетики найдено более 200 оригинальных решений на уровне изобретений.
Совместно с НИИМП, например, разработана технология самосовмещенных затворов КМОП структур на основе силицида кобальта, выявлены электрофизические свойства пленок этого состава и контактов на их основе. Изучена твердофазная реакция этого материала как пригодного для формирования скрытых высокопроводящих слоев, предназначенных для повышения плотности компоновки элементов, степени интеграции и увеличения процента выхода годных БИС. Построены и проанализированы математическая модель силицидообразования, позволяющая связать основные параметры процесса формирования монокристаллических пленок дисилицидов металлов с кинетикой роста этих пленок, и модель плазмохимического травления материалов. Предложены новые типы интегральных схем, полупроводниковых материалов, переключателей, оптических логических элементов, оптоэлектронные дешифраторы, постоянные и полупостоянные запоминающие устройства, структуры многопроцессорных ЭВМ и много других устройств и технологических процессов. Изучены и обобщены в монографии технологические методы повышения параметров БИС (В. П. Деркач, Г. Ф. Кияшко, М. С. Кухарчук).
Выполнен большой комплекс работ в области низкотемпературной электроники (И. Д. Войтович). Получены первые в стране криотроны, изучены импульсные логические элементы на джозефсоновских гистерезисных криотронах, а также на интерференционных и безгистерезисных переходах. Показана возможность построения надежных логических элементов, работающих на долях кванта магнитного поля (субквантроны), предложены конструкции двух и трехконтактных сквидов, обладающих свойствами самоэкранирования от магнитных помех и др.
Помимо упомянутых выше электролюминесцентных устройств в области отображения информации нами сделан детальный анализ возможностей использования для этой цели жидких кристаллов и других физических явлений и эффектов, которые впоследствии нашли широкое применение в мировой практике при построении твердотельных