Abriss zur Entstehung des Einheitssystems der EDVA  (V. K. Lewin , Akademiemitglied der RAdW)

Über die Zweckmäßigkeit der Arbeit nach ausländischen Prototypen

Diese Thematik ist noch immer Gegenstand heftiger Diskussionen und Vorwürfe. Wir wollen uns daher einiger Fakten erinnern:   

Auf Ebene einer Regierungsvereinbarung wurde 1969 beschlossen, ein Einheitssystem der elektronischen Rechentechnik unter Nutzung der «Operationsprinzipien des Systems /360» von IBM zu entwickeln, die damals zweifelsohne weltweit die Nr. 1 unter den Universal-EDVA darstellte.  Diese «Operationsprinzipien» stellten damals den führenden Stand einer modernen EDV-Architektur dar und ihre Auswahl vermied langwierigen und inhaltsleeren akademischen Streit in den Ländern und zwischen denen, sie ermöglichte  die Einsparung großer Finanzmittel für eigene Arbeiten und ermöglichte besonders große Zeitersparnis. . Die Nutzung der /360- Architektur stellte keinerlei Verletzung von intellektuellen Schutzrechten dar, umso mehr, als von Anfang an die Arbeiten alle technischen Standards der Konstruktion den UdSSR/ RGW- Normen entsprechen mussten und die Bauelementebasis aus Aufkommen der RGW- Länder sein musste.  

 Von Beginn der Arbeiten an wurde es als prinzipiell wichtige betrachtet, alle Möglichkeiten einer weltweiten Kooperation zu nutzen, auch unter dem Aspekt des Importes eines breiten Spektrums von Geräten und Software. Es wurde auf einen weltweiten „Systemverbund“ mit dem „Westen“ orientiert – durchaus auch im Sinne normaler Kooperationsbeziehungen. Viele Jahre lang wurde dieser Ansatz bekanntlich durch die Embargorestriktionen weitgehend blockiert, erst nach 1990 kam dieser Aspekt, wie wir noch darstellen werden, dann unter unerwarteten Umständen zum Tragen.

Die Termine für Import- Einkäufe lagen praktisch 4-5 Jahre vor dem eigenen Entwicklungs- Ende, d.h. etwa um eine Generation früher. Importe dienten praktisch als „Vergleichs- Etalon“ zwecks Kontrolle der exakten Einhaltung der Programm-Kompatibilität und der Peripherie-Interfaces , sowie der zeitweiligen Systemkomplettierung bei Fehlen eigener Geräte oder Programme. 

Im Zuge der Arbeiten an drei Generationen des ESER  dienten die vorauslaufenden System- Entwicklungen des Prototyps eindeutig als Orientierung für den weiteren Systemweg des ESER und bewahrten vor langwierigen und teuren Irrwegen. Eine etwas andere Situation ergab sich für die Arbeiten an Betriebssystemen (OC) des ESER, letztlich dem «Hirn» der Systeme. Wie bekannt liefert IBM seine Systeme mit konfigurierten (compilierten)  Betriebssystemen .Für die Arbeiten im ESER wurde jedoch der sog. Quellcode benötigt. Daher war eine Art Rück- Compilierung erforderlich- als Grundlage für eine nachfolgende arbeitsaufwendige Entwicklungsarbeit. Die Bereitstellung aktueller Prototyp- Unterlagen durch Dienste der technischen Auslandsaufklärung war eine zweite „Linie“ der Unterstützung der Arbeiten, eine wirksame und unverzichtbare Unterstützung der Arbeiten. (Details hier) . Allerdings sind Vorstellungen  oder Behauptungen darüber , dass die Betriebssysteme des ESER einfache Kopien des Originals waren , zeugen von vollständiger Inkompetenz deren , die derartiges verbreiten. Auch dazu hat sich V.V. Prschijalkowskij eindeutig in seinem einschlägigen Artikel geäußert. 

Die Struktur der Gerätetechnik, sowie spezifische Forderungen an die eigenen Betriebssysteme erforderten umfangreiche Änderungen und Ergänzungen der Funktionsmoduln. Die Entwickler mussten zwecks der vollständigen Eignung für die breite kommerzielle Nutzung darüber hinaus garantieren, dass keinerlei « Schad-Code »  unter Millionen von «lines of code» verborgen war. In der UdSSR wurden außerdem Systeme mit spezifischen erhöhten Forderungen bzgl. abgesicherter Zugriffsrechte und Datensicherheit entwickelt. Die Entwicklung der Dokumentation, die Organisation eines vollwertigen Kundendienstes und die qualitative Betreuung der Nutzer erforderten ein vollständiges Verständnis aller Details der Ausgangsunterlagen. Auf Grundlage der Analyse des Prototyp- Materials wurden auch Systeme entwickelt, die sich von jeglichem Prototyp- Konzept unterschieden.Ein zusätzlicher Nutz-Aspekt der vollständigen Systemkompatibilität mit den IBM- Lösungen zeigte sich Anfang der 90-er, als in Russland in massenhafter Weise «second hand» IBM-Systeme und Peripherie gekauft wurden . In „Ostdeutschland“ machte die IBM und ihre Vertriebspartner Millionen- Geschäfte mit Originaltechnik, (die in der regel aus dem Topf "Deutsche Einheit" finanziert wurden ). Die vorhandenen spezifischen Anwendungssysteme und Ausrüstungen bei den Käufern wurden von ESER- Spezialisten in die importierten Systeme ohne  Aufwand integriert oder portiert. Alle Mitwirkenden und Experten schätzten diese Kompatibilitäts- Eigenschaften hoch ein. Für die ESER- Entwickler implizierte das viele Aufträge…. 

Wenn man heute die zurückgelegten Etappen der Entwicklung der Architektur der «Groß- Rechner » vom Moment der Ankündigung der IBM/360- Architektur (1964) bis zur Periode der Systeme  IBM-Z Enterprise196—Z196 (2010) betrachtet, wird eine enge Korrelation  zwischen einer optimalen Nutzung der verfügbaren Gerätetechnik- hauptsächlich des bestmöglichen Integrations-Levels der Mikroelektronik einerseits und andererseits der IT- Architektur deutlich. Als Spezifik der CISC- Architektur bestand eine stringente Minimierung  teurer Gerätetechnik beim gleichzeitigem Versuch der Erreichung hoher Leistungsparameter trotz wenig entwickelter Elektronik bzw. µ-Elektronik und daher  eine Korrelation des Charakters der Maschinenbefehle mit der Struktur der Geräte- Moduln (z.B. entsprechend der «Harward-Architektur»). Gleichzeitig ändert sich die  Programmier-Philosophie, incl. der Nutzung verschiedener Programmiersprachen /- niveaus.

Die Struktur der Betriebssysteme und der Mehrzahl der Anwenderprogramme veränderte sich im Fahrwasser der Veränderungen von CISC zu RISC – Konzepten, von Rechnernetzen und anderer «Architektur- Besonderheiten ». Es vollzog sich parallel eine enge Wechselwirkung zwischen Architektur und Prozessorstrukturen.. 

Die Verbreitung und die Optimierung von RISC- Rechnern Bzw.-Prozessoren begannen, als der Integrationsgrad stark anstieg. Gleichzeitig wurden die Steuerung der Verarbeitungs- Prozesse in die Compiler und die RISC- Prozessoren integriert,  z. B. entstanden Strukturen zur Listenverarbeitung.

Die wichtigsten  technologischen Hebel für den Aufstieg der RISC Architektur waren die Verfügbarkeit  von billigen und leistungsfähigen  Arbeitsspeichern, die im Computer vor allem für die Optimierung der Programme wirken. Die Programme wurden sogar ungeachtet des längeren RISC-Kodes und der Vergrößerung der Zahl der Programm- Zyklen effektiver. Ein Ziel dieser Periode war vorrangig  die Nutzung der maximal möglichen Parameter  der Halbleiter, vor allem der Struktur- Größen der Chips zur Erreichung einer  maximalen Produktivität nach Zahl der Befehle (!), bei Beachtung der Beschränkungen der Technologie bei den Kontakt- Zahlen der Chips und der ihrer Verlustleistung  (!). Daher kurze Befehle, schmale Adress-Breiten u.a. Alles wurde dafür getan, damit man die Prozessor- Strukturen auf einem Silizium-Chip platzieren und folglich mit hoher Taktfrequenz arbeiten konnte, ohne überflüssige Signalleitungs-Zeiten. Gleichzeitig  war auch die  Assembler- Programmierung nicht mehr ausreichend produktiv.

Viele Groß- Anbieter  im Computergeschäft begannen in dieser Periode die Entwicklung firmenspezifischer RISC- Prozessoren. Derartige Rechner erreichten große Verbreitung in Anwendungsbereichen, wo bislang Computer wirtschaftlich uneffektiv waren.

Die Orientierungsänderung auf RISC- Architekturen erfolgte in der UdSSR und der DDR mit dem bekannten zeitlichen Abstand der Halbleiter- Technologie und dem damit zusammenhängenden Rückstand bei der  Performance  der Rechner. In der UdSSR nutzte die Elektronik- Industrie ihre Chancen und begann auf dem verfügbaren (relativ niedrigen) technologischen Niveau mit der Massenfertigung eigener Computer ( mit DEC- Architektur) . In der DDR war infolge der einheitlichen Leitung durch das Ministerium für Elektrotechnik und Elektronik eine derartige „Eigeninitiative“ nicht denkbar. 

Die sozialistischen Staaten waren bestrebt, schnellstmögliche Produktivitätsfortschritte zu erzielen. Im Zusammenhang mit dem ca. 10 Jahre betragendem Rückstand beim SK- Technologie- Niveau gerieten sie wie ein Kurzsichtiger in eine offensichtliche Sackgasse und sahen nicht, dass am Horizont bereits eine universelle Massenarchitektur von INTEL entstanden war , die damals schon etwa eine gleiche Performance erreichte, aber sich dank ihrer „Economy of Scale“ lawinenartig in immer neue Anwendungsbereiche ausbreiten konnte. 

Viele Rechentechnik –Experten gaben damals einen strategischen Ratschlag- sie empfahlen angesichts der verfügbaren Kapazitäten und der technologischen Lage der µ-Elektronik , die VAX- Architektur nicht selbst zu entwickeln und den dringenden Bedarf für Entwurfsarbeiten zu importieren und sich anstelle dessen auf die Mikroprozessorlinie für Personal Computer, auf ESER-Mainframes und Computernetzwerke zu konzentrieren. Sie ernteten dafür aber nur vernichtende Kritik! 

Die 32-Bit Welle mit VAX- Architektur erreichte in der UdSSR und der DDR in den 80-ern ihren Höhepunkt. Im Westen erschien der Intel 8086 – Mikroprozessor im Jahre 1978 auf dem Markt. Der sowjetische Analog- Typ KP1810BM86 war ca. Jahre später in der Fertigung. In der DDR wurde die zweite Generation der Mikroprozessoren der INTEL- Linie—MMEU80601 —in Serie ab 1989/1990 gefertigt  (Intel 80286 und andere  286-kompatible SK   U80606; U80608 und  U80610.). Ihr Einsatz war  neben Systemen für Werkzeugmaschinen- Steuerungen oder  Textilmaschinenbau vor allem auch für  Personalcomputer der zweiten Generation , den ESER- PC  ЕС-1835 vorbereitet. Im EC 1835 kamen auch die ersten CMOS- Master-slice SK auf Basis U5300 zum Einsatz, die dafür speziell entwickelt wurden 

Den Fachleuten und vielen Funktionären war klar, dass die Mikroelektronik- Technologie  gewaltige Effekte verspricht. Aber es gab nur Wenige, die sich öffentlich mit der Schlussfolgerung äußerten, dass man nicht versuchen sollte, „auf allen Hochzeiten zu tanzen“ . Es gab kaum Jemanden, der den Einfluss und die Kompetenz gehabt hätte, eine Fokussierung auf Hauptlinien der µ-Elektronik durchzusetzen. Das Leben in der DDR  zeigte 1989-90  allerdings, dass eine enorme Nachfrage aus vielen Bereichen nach IBM- kompatiblen ESER- PC bestand, während aus dem Politbüro-Umfeld in Berlin immer noch hohe Produktionszahlen nicht systemkompatibler PC gefordert wurden.
Es sei hier noch einmal betont- das ESER wurde auf Grundlage der „Operationsprinzipien /360“ der Firma IBM entwickelt. (Überblicksvortrag). Dieser Konzern investierte dafür gewaltige Mittel und machte dieses System zu einem Quasi- Industrie-Standard. Als Folge entstand für die Systeme /360, /370, /390 eine gewaltige Menge an Anwendungssoftware und Peripheriegeräte , während  zur gleichen Zeit vor allem in der UdSSR hochrangige Akademiemitglieder darüber sprachen, dass es  notwendig ist, derartige Mittel zu entwickeln.

Grundlage der IBM/360 -/390  Architektur ist ein CISC- Design (Complex Instruction Set), für  Rechner mit sehr komplexen Befehlssätzen. Diese Maschinenbefehle zeichnen sich durch leistungsfähige  Operationsanweisungen aus, die weitgehend zeitparallele unabhängige Abläufe in den verschiedenen Moduln definieren und für eine komplexe Hardware- Struktur optimiert sind.  CISC- Rechner wurden lange Zeit mit Mikrogrammsteuerung entwickelt, d.h. es erfolgen mit einem Mikroprogramm- Befehl verschiedenartige Anweisungen, z.B. zur getrennten Steuerung von E/A- Moduln ( „Kanäle“). Dieser Ansatz entsprach –neben den IBM- Besonderheiten- der 1964 verfügbaren (langsamen und niedrig integrierten) Bauelemente- Basis und war auf die Stapelverarbeitung kommerzieller Daten orientiert. Gleichzeitig wurde der Bedarf an (sehr teurer und aufwendiger) Hauptspeicherkapazität extrem minimiert. Charakteristisch war auch die ständig wachsende Komplexität der Befehle , um sehr aufwendige arithmetische Befehle in einem Maschinenbefehl und schnell ausführen zu können.  Die Mikroprogrammierung der Prozessoren führte zu einer wachsenden Erhöhung des Kompliziertheitsgrades und führte in der Folge zu zusätzlichen Schwierigkeiten bei der Implementierung in LSI/ VLSI- Strukturen. 

Man sollte hier nicht unerwähnt lassen, dass auch IBM wegen technologischer Gründe in der Phase der Produktion der Serie  IBM /308X sich in einer schwierigen Phase befand- als die Anforderungen an starke Leistungserhöhungen dazu führten, dass eine massive Erhöhung der Packungsdichte der Elektronik- Strukturen unumgänglich wurde. Ein harter Zwang dazu ist bekanntlich mit dem physikalischen Phänomen der Leitgeschwindigkeit elektrischer Signale zwischen den Konstruktionsebenen  verbunden, sowie mit der großen Wärmeemission von ECL- Logik. Diese Physik betrifft bekanntlich alle schnellen elektronischen Geräte, wenn allerdings die Verarbeitungsstrukturen an bestimmte Operationsprinzipien gebunden sind, wirken diese Einschränkungen besonders.

Heute dominiert die CMOS- Technologie weltweit und erreicht sub- Nanometer-  Strukturen und damit gewaltige Integrationsdichten. Daher  ist deren Wärmeableitung durch aufwendige Kühlung anspruchsvoll.

Im NIZEWT hatte man sich entschieden, die Schwierigkeiten des Logik- Entwurfes der neuen Architektur (Reihe 4/390), d.h. ohne wesentliche Iterationsschleifen auszukommen,  dadurch zu bewältigen , indem man ein Muster des Logikentwurfes  mit üblichen ECL- Schaltkreisen  aufbaute (Konzept: eine Steckeinheit wird ein  LSI – SK. (wie erst wesentlich später bekannt wurde, hat das  NIZEWT derartige Ansätze, wie TCM 100, nicht verfolgt.) Für die Realisierung des Konzeptes „Reihe 4“  wählte man das System I-300  (И-300).

Die erforderlichen I-300 - Basis- Matrix –Kristalle sollten von einem Mikroelektronik- Werk in Selenograd geliefert werden, die Herstellung der Metallisierungsebenen zur logischen „Programmierung“ war in einem speziellen Bereich des NIZEWT geplant. Wie bereits oben erwähnt, wurden diese Pläne von Ministeriums- Entscheidungen  durchkreuzt. 

In der DDR lag die CMOS–Technologie (die perspektivische Hautrichtung der DDR-µE) dem Konzept für das ESER-4 zugrunde. CMOS war für verschiedene Projekte wichtig, wie z.B. für das Speicherprogramm. Als kompakte und schnelle Logik für das ESER 4- den Rechner EC1150- war der Einsatz von U5300 Master-slice Schaltkreisen geplant. Dem ersten EC1150-Logik-Entwurf  lagen  ca. 50  Logik- Typen auf zwei Basis- Matrix zugrunde. Für eine stabile Serienfertigung der U5300- Technologie war allerdings 1989 noch kein Entwicklungsabschluß  erreicht. Der Generalkonstrukteur des ESER V.V. Prschijalkowskij war über diese Pläne und Zeitaspekte gut informiert. Letztlich befanden sich die UdSSR und die DDR, was die Termine des Starts für ESER-4 Rechner betrifft, etwa in der gleichen Lage. Allerdings wollte das in Berlin offiziell  niemand zur Kenntnis nehmen und prognostizierte  den ESER- Entwicklern den drohenden Verlust des Exportmarktes UdSSR.

Die Geschichte  zeigte dann, dass alles anders kam:  Russland hatte zum Entwicklungsabschluß  1993 (!) keinen Markt für eigene Rechner, in der neuen Bundesrepublik herrschten IBM und Siemens. (Und der einzige  in die UdSSR verkaufte 32- Bit DDR- Rechner wurde ab 1990 nie in Betreib genommen.)     

Noch einmal zur Zeit vor 1990 in der DDR: In der DDR hatte man die Errichtung einer analogen Fertigungsstätte für die Metallisierung von U5300 – SK in Karl-Marx- Stadt, direkt  neben dem ESER- Entwicklungszentrum , beschlossen und mit dessen Bau begonnen. Neben dem Fertigungsbedarf für EC 1150 war die Herstellung von U5300 – SK für verschiedene Projekte des Werkzeugmaschinen- und Textilmaschinen- Baus geplant. Das war eine Initiative dieses leistungsfähigsten Industriezentrums der DDR. Das U5300- Fertigungszentrum wurde 1990 im Rohbau fertiggestellt, aber nach 1990 brauchte in Deutschland niemand mehr Masterslice -SK und keine ESER- Rechner. Der Stahlbeton- Bau des Fertigungszentrums stand bis 2014 im Zentrum von Chemnitz. 

Es ist allgemein bekannt, dass auch die Firma Siemens, Bereich  Datenverarbeitung, sich seit 1956 intensiv mit Rechnerentwicklungen befasste. Die letzten Mainframes aus dem Werk in Augsburg mit /390- Architektur waren die Rechner H90/H100 mit dem  Betriebssystem BS2000. Die Arbeiten an der Nachfolgegeneration konnten nicht  weitergeführt werden, da die Kosten für den Übergang auf eine spezialisierte VLSI- Basis und eine superkompakte Konstruktion wirtschaftlich nicht darstellbar waren und für die Vorlaufarbeiten zur EC 1150 der DDR interessierte sich n Augsburg niemand. Wegen der großen technologischen Herausforderungen an die zukünftigen Entwicklungen wurde beschlossen, nach  H90 /H100 die eigenen  Arbeiten einzustellen. Siemens  verfolgte als letzter europäischer Produzent noch bis Mitte 2005 die eigene Entwicklung und Produktion von Personalcomputern und Servern (Intel- Basis). 

Wenige Zeilen zum Thema der RISC- Rechner :

Nachdem der Fortschritt der µ-Elektronik –Technologien die Möglichkeit geschaffen hatte, anspruchsvolle komplexe Prozessorstrukturen auf einem Chip ( Si- Kristall) zu platzieren, incl. der Gestaltung des Kontaktsystems und der Kühlung , eröffneten sich wesentlich neue Formen eines Architekturkonzeptes – der RISC- Computer  (Reduced Instruction Set). Das RISC-Design distanziert sich deutlich von komplizierten Befehlsstrukturen zugunsten eines höheren Taktes und eines geringeren Steueraufwandes der Befehlsausführung, es orientiert auf eine geringe Datenbreite und eine Befehlslänge von 32 Bit. Daher wurde es in einer Etappe von 10-15 Jahren zur favorisierten Lösung zur Integration von komplexer Strukturen (Prozessoren ) auf einem Chip. Eine 32-Bit RISC - Architektur kann man natürlich wesentlich effektiver unterbringen ( und dabei alle weiteren Vorzüge der Miniaturisierung ausnutzen). Auch die Kühlung der Chips ist einfacher. Einige Jahre später führte der weitere Fortschritt der Halbleitertechnologie , der Vorstoß der Technologie- Giganten in den Sub- Nanometer - Bereich dazu, dass Rechner- Firmen , die eigene RISC- Chips einsetzten, gezwungen waren , den Wettlauf mit den modernen Mikroprozessoren der Firmen Intel und AMD und deren universellen Möglichkeiten aufzugeben..Diese µ-Prozessoren haben bekanntlich eine externe Architektur nach einem CISC- Modell, jedoch die interne Struktur nutzt die wesentlichsten Vorzüge des RISC- Design. Beginnend bei Pentium Pro haben die Intel- Prozessoren eine eingebettete Funktionsgruppe, welche den RISC- Kern mit einer CISC- Emulation. Beispiele sind  I-8086, I-80386, Motorola  68000 und der Zentralrechner des Systems Z von IBM.  

Laut Wikipedia, werden klassische oder der RISC- Philosophie nahestehende Prozessoren heute in Universal- Rechnern in der Regel nicht mehr verwendet. Moderne Mainframe- Rechner nutzen fast ausschließlich Intel x/86 Mikroprozessoren Die dominante Position von Intel am Markt mit deren Massenanwendungen machen kleine Serien von firmeneigenen RISC- Chips unrentabel. Die massenhafte Verbreitung der Marktführer ermöglicht äußert günstige Kosten- Parameter. Intel und AMD kündigen ca. aller 2 Jahre neue Mikroprozessoren an , oftmals unter Nutzung neuer oder verbesserter  „Sub- Nanotechnologien“ mit Strukturgrößen bis 16 nm -. Deren Umsatz erreicht Dutzende Milliarden US $ jährlich und somit sind ausreichend Mittel für immer neue führende Lösungen verfügbar. Auch die Entwickler und Produzenten der dafür erforderlichen höchstanspruchsvollen technologischen  Ausrüstungen und Materialien sind in der Lage , diesen hohen Tempi zu folgen und ihre Kosten finanziert zu erhalten.  Firmen mit eigenen RISC- Prozessoren waren  außerstande, einen derartigen Wettlauf zu überstehen. Die Produktion von  DEC Альфа, HPPA-RISC, Sun SPARC wurde eingestellt, nur IBM fertigt PowerPC- Chips,  XScale, MIPS и StrongARM sind sehr selten geworden oder ganz aus universellen EDVA verschwunden.

Wir sehen am Beispiel der Geschichte der Mikroprozessoren von Intel, dass man erst auf dem Niveau von „Subnanostrukturen“[ Prozessorserie Core i7 in 32 bzw. 22 nm-Fertigung ] komplexe 64- Bit CISC- Strukturen in einem Chip realisieren kann. Dabei sind bekanntlich neben vielen anderen Hürden die Gestaltung einer beherrschbaren Zahl von äußeren Kontakten und die Beherrschung einer nicht unerheblichen Wärmemenge wichtig.

Die gewaltigen Investitionen, die einhergingen mit den skizzierten Veränderungen der Architektur, hatten in der gesamten Weltwirtschaft großen Einfluss und hatten in wichtigen Wirtschaftszweigen wesentliche Änderungen der technischen Politik und der Wirtschaftsgrundlagen zur Folge.

Es drängten sich aktuelle Konsequenz nicht nur für Staaten mit Nachholbedarf in der µ-Elektronik-Industrie, wie Russland,  sondern auch für  viele europäische Firmen auf: die eigene Mikroelektronik- Industrie wird auf spezifische Produktsegmente orientiert, wo die Kosten und der Mehr- Wert der Intelligenz-Leistungen die Nachteile der Leistungsfähigkeit der Mikroelektronik – Industrie deutlich überwiegen. Als Beispiel können hier Steuergeräte für komplizierte Objekte, wie Flugzeuge oder moderne  KFZ, Ausrüstungen zum Datenschutz, Sicherheits- Moduln usw. dienen. Dagegen ist es vorteilhaft bzw. wirtschaftlich zwingend, für Hochleistungsstrukturen, wie Supercomputer, Mikroprozessoren aus dem Sortiment von Marktführen einzusetzen.  Standard- Technik, wie Server, Router oder PC sind ohnehin nur vom Weltmarkt  wirtschaftlich sinnvoll zu kaufen.  

Die Rolle von Supercomputern in der modernen Welt ist gewaltig. Die Entwicklung moderner Supercomputer ist ein Arbeitsgebiet, wo die Anteil und Wert der intelligenten Arbeit dominiert und wo durch deren Einsatz größte Effekte im Bereich der Simulation komplizierter Prozesse , der Auswertung großer Datenpools , der Bearbeitung  anspruchsvoller mathematischer Modelle usw. erzielbar sind.   Der Großteil dieser Superrechner wird mit Mikroprozessoren aufgebaut, deren Architektur- Eigenschaften die Parallelarbeit von zehntausenden und Hunderttausenden Prozessorkernen in Form von Pipelines, Matrixstrukturen oder anderer Verfahren  effektiv unterstützen.. Die überwiegende Zahl der Supercomputer aus den TOP500 sind x64 – kompatible «CISC» Prozessoren  (76%: Intel Xeon und  AMD Opteron). Unter den «RISC» Prozessoren steht der BlueGene (PPC) mit 18% im Rating. Die stärksten System leisten heute bis zu 93,014.6 TFlop/s . Nr. 1und 2 der Liste von 6/2016 belegen chinesische Komplexe . Der leistungsstärkste deutsche Supercomputer steht auf Platz 9 (HLZ Stuttgart) ,  Auch bei  TOP 500 sind interessante Angaben zu finden. Der stärkste russische S- Computer „Lomonosow“ nahm 2015 in der Weltrangliste Platz 95 ein.   

Bzgl. der Geschichte des NIZEWT sei hier angemerkt, dass  auf diesem Gebiet auch die Spezialisten  der „AO Wissenschaftliches Zentrum der elektronischen Rechentechnik“ (ehemals . NIZEWT) arbeiten . Sie bieten die  „Hochleistungs- Plattform EC 1740.0001 mit einer Spitzenleistung von 640 GFlops  auf Basis des AMD Opteron 6200 (6300) an.  

Der Weg der IBM war über Jahrzehnte auf eine Architektur orientiert, die eine unangefochtene Position in der Spitze moderner Anwendungssystem zur Datenverarbeitung sichern konnte und auf eine technische Politik, die gleichzeitig den Bedürfnissen ihrer Großkunden entsprach und ihnen einen Weg in eine erfolgreiche IT- Zukunft sicherte. Im Kontext des Architektur- Hauptthemas dieses Artikels – sei noch ein Blick auf die moderne Architektur-„Schöpfung“ der IBM – Universalrechner das System „Z“ (früher „Serie „Z“ oder System Z) gerichtet.

Im Vergleich mit der vorangegangen Architektur S/390 unterscheidet sich das Sysem Z vor allem durch eine 64-Bit Adressierung. Ältere Programme mit 31 Bit- oder 24 Bit- Adressen werden ebenfalls unterstützt. „Z“ ist das Synonym für «Zero Downtime», alle Komponenten sind redundant, sind besonders gesichert vor Absturz oder Crash, daher ist das System extrem zuverlässig.  Moderne Modelle  IBM z13 können parallel arbeiten und eine Leistung bis 85 LPARS beim Betrieb mit verschiedenen Betriebssystemen erreichen. 

Dass IBM auch heute noch an der Spitze IT- Mainframe- Innovationen führend ist, kann man aus den letzten Informationen zur neuen Mainframe-Generation z13 erkennen.  

Thomas Cloer /  computerwoche.de schreibt dazu:

Der neue Großrechner  hat laut IBM-Ankündigung den schnellsten Prozessor der Welt und gegenüber dem Vorgänger "zEC12" 300 Prozent mehr Arbeitsspeicher und 100 Prozent mehr Bandbreite .Die neue Prozessorgeneration mit acht Kernen wird in einem 22-Nanometer-Prozess gefertigt. .. der Chip erzielt die .. Mehrleistung gegenüber dem zEC12 nicht über eine höhere Taktfrequenz, sondern über Verbesserungen der Mikroarchitektur, wie mehr Parallelisierung von Befehlen, simultanes Multi-Threading (SMT) für Linux und zIIP, Vektorverarbeitung im SIMD-Modell (Single Instruction, Multiple Data), On-Chip-Koprozessoren für Kryptografie und Kompression sowie … eine neu designte eDRAM-Cache-Architektur….

 Die technologische Weltarena mit  direktem Bezug zur IT- Technik hat eine gewaltige Vielfalt. Oben haben wir den untrennbaren Zusammenhang zwischen den Charakteristika und der Entwicklung der Computer- Architektur und dem Stand der Mikroelektronik- Industrie skizziert. Die Entwicklung von Plattenspeichern, Netztechnologien, die explosionsartige Entwicklung mobiler Techniken und das gewaltige Wachstum des privaten Marktes , sowie viele andere Bereiche ändern sich unter dem Einfluss kompliziertester Technologien, die den Weltmarkt mit seinem gewaltigen Potential erobern. Die Rolle der Computernetze, die Digitalisierung der gesamten Geschäftswelt steht erst am Anfang.       

In letzter Zeit sind deutliche Fortschritte bei der Weiterentwicklung der künstlichen Intelligenz zu beobachten, hier sicher in erster Linie der Algorithmen, denen sicher spezielle Architektur- Features folgen werden. Es etablieren sich immer stärker neue Business- Modelle und  Firmen auf Grundlage neuer Plattformen, wie Apple, Google, Alibaba, PAYPAL .. 

Generell liegt der Weg  des wirtschaftlichen Erfolges eines Unternehmens in der Fähigkeit, die Tendenzen und Reaktionen des Marktes so zu nutzen, dass sich für ein Geschäftskonzept ein stabiler und sich erweiternder Reproduktionszyklus entwickelt und  dafür moderne Technologie und Finanzierung bereitzustellen. Die Digitalisierung unserer Welt setzt immer neue Akzente.  

Aus o.a. Ausführungen wurde ein übriges Mal die gewaltige Rolle des Weltmarktes und des Handels auf gleichberechtigter Grundlage deutlich.

Welche Ziele heute die Administration der USA und die Hardliner im Pentagon zusammen mit ihren NATO- Vasallen verfolgen, indem sie als „Ultima Ratio“ wieder  ein Embargo gegen Russland verhängen? Die Antwort ist klar: Russland ist für diese Kreise nach wie vor der strategische Gegner, der die Ausbreitung ihres Machtbereiches blockiert. Die „Erfolgsformel“ der Vergangenheit veranlasst diese Herren, das alte Werkzeug des Embargo wieder auszugraben und der Waffenindustrie mit Lügenszenarien zusätzliche hunderte Milliarden Steuergeld zuzuschanzen, während das Bildungs- und  Gesundheitswesen, Forschung und digitale Infrastruktur usw. unter extremen  Finanzierungsmangel leiden!

Zur Entwicklung der Computer- Architekturen

•  Die Anfangsphase des Weges der Computer-Architekturen im Verlaufe der letzten ca. 50 Jahre war von der Dominanz von CISC-Architekturen bestimmt, basierend auf relativ einfachen elektronischen Bauelementen. Mit dem Fortschreiten der Mikroelektronik- Basis begann die Etappe der RISC- Strukturen mit einer explosionsartigen Verbreitung und mit überzogenen Bewertungen der Vorteile dieses Architekturkonzeptes. Später kam die CISC- Architektur in einer Art Renaissance auf der folgenden Ebene der Entwicklungsspirale der Mikroprozessoren zurück

• Nur eine geringe Zahl führender westlicher Unternehmen konnten im Umfeld der Entwicklung der Mikroelektronik- Technologien und der wachsenden Globalisierung dem Druck des Mitbewerbs wirtschaftlich überleben, die große Mehrheit selbst etablierter Firmen  musste in diesem „Architektur- und Technologie- Wettlauf“ ihre Produktlinien aufgeben. Die Globalisierungs-Effekte beschleunigen diesen Wettlauf.

• Die außerordentlichen Eigenschaften moderner Mikroprozessoren erlauben uns heute (2016) - aus der Sicht der Anwender-Eigenschaften der Mainframe- Rechner - keine besondere Aufmerksamkeit auf  Architektur- Unterschiede der Prozessorkerne, wie CISC oder RISC, zu richten . Diese Unterschiede  betreffen in erster Linie die interne Struktur und haben beim  Vergleich bzw. der Analyse  der Leistungsfähigkeit der IT- Architektur einer EDVA  kein wesentliches Gewicht.

• Aktuell gewinnen die „externen“ Architektur- Merkmale der Mikroprozessoren – wie z.B. die Möglichkeit des Entwurfes einer „Modellreihe“ unterschiedlicher Leistung, die Möglichkeit des Baus von Pipeline- Strukturen, des Entwurfes hochparalleler lokaler oder auch Netz- orientierter  Strukturen oder anderer Hochleistungskonzepte an Bedeutung.

• Hochintegrierte Mikroprozessoren sind heute dank der extremen Entwicklung ihrer sub-nano–Strukturen, gemeinsam mit der Weiterentwicklung von Komplex- Architekturen auf dem Gebiet von Supercomputern und Computer- Netzen, die Grundlage der Entwicklung moderner IT- Systeme. Man muss davon ausgehen,  dass die künftigen Entwicklungen auf dem IT- Gebiet, was Rechnerstrukturen zur Datenverarbeitung  betrifft, für lange Zeit eng mit universellen Mikroprozessoren aus der Massenfertigung verknüpft sein wird. Die Verarbeitungsalgorithmen werden dabei dank der enormen Flexibilität der Software neue Anforderungen nahezu optimal abbilden und den verfügbaren Hardware- Leistungsüberschuss dafür ausnutzen. 

• Das Gewicht des „Mensch- Maschine Interface“ verschiebt die Bedeutung einer effektiven internen Architektur von Prozessoren immer weiter in den Hintergrund.  Sofern für derartige „Soft- Technologie“   allerdings „spezialisierte Hardware-Power“, z.B. für neuronale Strukturen erforderlich ist, werden  daraus offensichtlich auch spezialisierte µ-Prozessoren eine Renaissance erleben  

• Eine gewaltig Bedeutung haben aktuell die Prozesse der Daten-Gewinnung und deren „Analyse“, sowohl personengebundener Daten, , als auch verschiedenster kommerziell orientierter . Diese Entwicklungen sind verknüpft mit dem Entstehen neuartiger Software- Produkte ; sowie neuer Super- Strukturen , sowohl für ihre zentralisierte hochsichere Speicherung, für das Entstehen von verteilten Serverstrukturen , Suchmaschinen und komplexen Daten-Analysatoren ( mit gewaltigen Transaktionsraten …)

• Solche neuen Arbeitsrichtungen , die auf den Gesetzen der Quantenphysik basieren , oder die digitale optische Datenverarbeitung und –Speicherung , werden wohl noch längere Zeit am Rande der Mainstream – Ökonomie bleiben , sofern deren Nutzen keine extremen wirtschaftlichen Vorzüge bietet; solche strategische Spitzenforschung braucht  strategische Investitionen .

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Der Autor dankt mit großer Anerkennung Herrn Vladimir Viktorowitsch Prschijalkowskij für dessen wesentliche Unterstützung bei der textlichen Bearbeitung der russischen Fassung dieses Artikels und für dessen wertvolle inhaltliche Hinweise.

Leser, die den Artikel in Russisch lesen möchten ,finden diesen hier. 

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H.-Georg  Jungnickel  (Chefkonstrukteur  der DDR im ESER,  1981  bis 1990 . )http://www.eser-ddr.de/

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