А так же об импортных контрафактных микросхемах, угрожающих национальной безопасности России, и о разработке патентно-чистых помехоустойчивых «микропроцессоров Фибоначчи» как элементной базы высоконадежных информационно-вычислительных комплексов бортовых систем управления ракетами и как основы информационных технологий будущего

Пока гром не грянет, поп не перекрестится.

Народная пословица

1. О выводах комиссии Роскомоса по поводу причин аварии при запуске межпланетной станции «Фобос-Грунт»

Я уже высказывал свои соображения по поводу участившихся аварий при запуске российских ракет. Статья [1] написана под впечатлением сообщения об очередном аварийном запуске космического аппарата связи «Меридиан». Но до этого подобные аварийные запуски происходили и ранее (при запуске спутников "Глобалстар"). В этой статье я высказал следующую гипотезу:

«Одной из возможных причин ... могут быть «сбои» в цифровой системе управления двигателями. По странному совпадению, аварии начались после усовершенствования системы управления и ее переводе на цифровую технику. И вот в этом, возможно, и «зарыта собака». Дело в том, что цифровые системы управления, основанные на современных микропроцессорах, обладают очень низкой информационной надежностью по сравнению с аналоговыми системами. Иногда достаточно сбоя одного электронного элемента (триггера) в микропроцессоре системы управления для того, чтобы система начала выполнять ложную команду, что может стать причиной аварии. Сбой цифровой системы управления вызывается как внутренними, так и внешними факторами. Сбой может возникнуть, например, в результате мощного внешнего электромагнитного воздействия на ракету-носитель в период запуска (электромагнитный терроризм)».

Я оказался прав, хотя некоторые исследователи тогда скептически отнеслись к этой гипотезе. Недавно в СМИ опубликована информация о причинах аварий при запуске межпланетной станции «Фобос-Грунт». Цитирую:

«При создании автоматической межпланетной станции "Фобос-Грунт" использовались некондиционные импортные микросхемы, это могло привести к нештатной ситуации с аппаратом, заявил глава Роскосмоса Владимир Поповкин, пишет РИА Новости.

"Там микросхемы, которые были применены, в отличие от тех микросхем, которые раньше применялись на "Фрегате", они меньше по типономиналу. Там вместо 200 нанометров где-то 90 нанометров. Но это импортная компонентная база, и, конечно, вот причина, наверное, в этом", - сказал Поповкин на совещании по развитию отечественной космонавтики.

"Применение импортных микросхем - это болезнь не только наша, но и целые разборки идут в последнее время и в НАСА, и Минобороны США по контрафакту этой продукции", - заявил глава Роскосмоса.

Таким образом, впервые Роскомос официально признал, что причиной аварии является применение импортных микросхем, что является «головной болью» не только Роскомоса, но и НАСА и Минобороны США.

2. Импортные микросхемы как угроза национальной безопасности России

Мне кажется, что специалистам Роскосмоса давно надо было бы прислушаться к мнению выдающегося российского ученого академика Я.А. Хетагурова, высказанному еще в 2009 г.:

«Применение микропроцессоров, контроллеров и программного обеспечения вычислительных средств (ВС) иностранного производства для решения задач в системах реального времени (СРВ) военного, административного и финансового назначения таит в себе большие проблемы. Это своего рода «троянский конь», роль которого только стала проявляться. Потери и вред от их использования могут существенно повлиять на национальную безопасность России... Отсутствие в иностранных вычислительных средствах широкого профиля контроля, необходимого для обеспечения требуемой достоверности выдаваемых данных в СРВ, приводит либо к использованию программных методов контроля, которые увеличивают быстродействие в 1,5-2,5 раза и потребление электроэнергии либо применению мажоритарного метода контроля, использующего 3 вычислительных устройства ШП, что повышает требования к быстродействию на 10-15%, однако увеличивает объём аппаратуры ВС в среднем в 3,3 раза и потребление электроэнергии в 3,4 раза».

Таким образом, на примере катастроф российских ракет (и не только российских) человечество впервые столкнулось с ситуацией, когда сбои в микросхеме могут повлиять на национальную безопасность страны. И в дальнейшем этот фактор будет оказывать все большее влияние на национальную безопасность страны. Как известно, разработка микросхем (особенно зарубежных) всегда велась под двумя флагами: повышение быстродействия и микроминиатюризация. Это было главным требованием так называемого «ширпотреба». Сбои в iPhone и iPod практически никак не влияют на технические характеристики этих устройств. В гонке за «быстродействием» и «наноэлектронными размерами» упускалась из виду еще одна характеристика микропроцессоров – их помехоустойчивость. Известно, что микроминиатюризация находится в противоречии с помехоустойчивостью. Глава Роскосмоса Владимир Поповкин обращает внимание на то, что «там вместо 200 нанометров где-то 90 нанометров. Но это импортная компонентная база, и, конечно, вот причина, наверное, в этом". То есть, использование, казалось бы, более совершенных импортных микросхем с размером элементов в 90 нанометров стало возможной причиной аварии.

Возвращаясь к высказыванию академика Хетагурова, хочу еще раз подчеркнуть, что использование импортных микросхем является «троянским конем», «роль которого только стала проявляться». И для того, чтобы решить эту «национальную проблему», необходимо решительно отказаться от использования импортных микросхем в российских разработках специального назначения и сконцентрировать усилия и ресурсы на разработке отечественных микросхем и микропроцессоров, поставив в главу угла требование их ВЫСОКОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ.

3. Какой выход из создавшегося положения?

Свои предложения по этому поводу я изложил в статье «Микропроцессоры Фибоначчи - как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем» [2].

Основываясь на своем 40-летнем опыте работы в этой области, полученных научных и инженерных результатах, в этой статье я сделал следующее необычное заключение, которое может повлиять на ход развития всей компьютерной технологии будущего:

1. В течение многих десятилетий в микроэлектронике, компьютерных технологиях и цифровой метрологии доминировало «двоичное отношение» и «двоичная система». Это привело к беспрецедентным по своим масштабам темпам развития информационной технологии. К сожалению, двоичная система обладает НУЛЕВОЙ ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ, и в ней отсутствует механизмы для обнаружения и исправления ошибок, которые неизбежно (с большей или меньшей вероятностью) могут возникнуть в элементах электронных систем под влиянием различных внешних и внутренних факторов (радиация, электромагнитные воздействия, помехи в шинах питания и т.д.). Поэтому дальнейшее развитие микропроцессорной техники и компьютерной технологии на основе классической двоичной системы счисления следует признать тупиковым направлением. Двоичная система не может служить информационной и арифметической основой специализированных компьютерных и измерительных систем (космос, управление транспортом и сложными технологическими объектами), включая наноэлектронные системы, где проблемы надежности, помехоустойчивости, контролеспособности, стабильности, живучести систем выходят на передний план.
2. Настало время заменить «двоичное отношение» и двоичную систему на «золотое отношение», фибоначчиеву и «золотую» системы счисления. Альтернативы для кодов Фибоначчи и «золотых» кодов среди существующих позиционных систем счисления и избыточных кодов при создании высоконадежных микропроцессоров и специализированных компьютерных и измерительных систем, включая наноэлектронные системы, не существует! Микропроцессоры Фибоначчи открывают новую эру в развитии микропроцессоров и, в перспективе, нанопроцессоров!
3. Фибоначчиевая и «золотая» арифметика, микропроцессоры Фибоначчи, «золотые» аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, «золотая» троичная зеркально-симметричная арифметика, новая теория корректирующих кодов, основанная на «матицах Фибоначчи» и другие идеи и концепции, возникшие в рамках «математики гармонии», могут стать началом «золотой» компьютерной технологии.
4. Использование "золотого сечения" в современных информационных технологиях означает возврат к Пифагору, Платону и Евклиду. Это означает использование «естественных законов природы» для улучшения информационных технологий.

Важно подчеркнуть, что это направление родилось в Советском Союзе (Таганрогский радиотехнический институт и Винницкий политехнический институт). 65 зарубежных патентов США, Японии, Великобритании, Франции, Германии, Канады и других стран в области "компьютеров Фибоначчи" являются свидетельством мирового приоритета советской науки (и автора настоящей статьи) в этой важной области информатики.

4. История направления

Впервые исследования по избыточным способам позиционного представления чисел были проведены мною в начале 70-х годов 20 в. в Таганрогском радиотехническом институте (ТРТИ) (1971-1977) и затем продолжены в Винницком политехническом институте (1977-1996). Эти исследования привели к разработке новой компьютерной арифметики, основанной на так называемых кодах Фибоначчи и золотой пропорции. Основы теории этих кодов и новой компьютерной арифметики изложены в моих книгах [3-6].

В 1976 г. в течение двух месяцев я стажировался в Венском техническом университете (Австрия). На заключительной стадии пребывания в Австрии я выступил с обширным докладом «Алгоритмическая теория измерения и основания компьютерной арифметики» на объединенном заседании Компьютерного и Кибернетического обществ Австрии. Доклад вызвал огромный интерес австрийских ученых. В связи с этим посол СССР в Австрии Ефремов написал письмо в Государственный комитет СССР по науке и технике письмо, которое содержало следующее предложение:

С учетом выраженного интереса у австрийских ученых к изобретению проф. Стахова А.П. по вопросу создания новой системы исчисления на основе "фибоначчиевых" чисел (создание само контролирующихся ЦВМ) считали бы целесообразным ускорить процесс оформления его заявок на изобретение, что позволит также сохранить приоритет советской науки и, возможно, получить экономический эффект.

Предложение Посла в Австрии было вынесено на государственный уровень и, начиная с 1976 г., во всех ведущих странах-продуцентах компьютерной техники (США, Япония, Англия, Франция, Германия, Канада и др. страны) было начато беспрецедентное по своим масштабам патентование изобретений по направлению «компьютеры Фибоначчи». Результаты патентования превысили все ожидания. 65 зарубежных патентов ведущих стран мира защитили приоритет советской науки (и мой приоритет) в этом важном компьютерном направлении. Большинство из технических решений, защищаемых этими патентами, были признаны изобретениями пионерного характера.

Таким образом, уникальность этого патентования состояла в том, что, возможно впервые в истории науки удалось защитить 65 зарубежными патентами целое научное направление в области компьютеров («компьютеры Фибоначчи»), то есть, в 80-е годы 20-го столетия советская наука получила реальный шанс стать лидером в определенной области компьютерной и измерительной техники.

Хочу обратить внимание на тот факт, что первые патенты (8 патентов) были получены на пионерное изобретение «Устройство приведения р-кодов Фибоначчи к минимальной форме». Описание заявки на это изобретение по своему объему представляло собой книгу средних размеров, так как содержало свыше 200 страниц текстового материала, около 100 рисунков (операционные устройства и их элементы), а многозвенная формула изобретения состояла из 85 пунктов. Это означало, что на патентование выдвигалось 85 технических решений, то есть, многозвенная формула изобретения по существу содержала в себе 85 изобретений.

5. Инженерные разработки в области «компьютеров Фибоначчи»

В связи с успешным патентованием изобретений в области «компьютеров Фибоначчи» в прошлом веке к этому направлению было привлечено внимание научных, промышленных и даже партийных кругов СССР. По инициативе Минобщемаша (Антуфьев О.Ф.) и оборонного отдела ЦК Компартии Украины (Горбулин В.П.) согласно специальному Постановлению ЦК КПСС и Совмина СССР в 1986 г. на развитие этого направления были выделены довольно значительные средства (эквивалентные 15 млн. долларов). Под это направление было переориентировано Специальное конструкторско-технологическое бюро «Модуль» Винницкого политехнического института. В 1986 г. я был назначен директором этого КБ и проработал в этой должности с 1986 по 1989 гг.

Главной задачей, поставленной Минобщемашем перед нами, было создание помехоустойчивой вычислительной и измерительной аппаратуры, предназначенной для использования в бортовых системах управления ракетами. Предполагалось, что основным результатом этих исследований станет разработка помехоустойчивого процессора Фибоначчи, в котором обнаруживалось 99,9% всех ошибок, возникающих в результате сбоев электронных элементов. При возникновении ошибки блокировались все информационные выходы микропроцессора и «ложная команда» не выполнялась. Исправление ошибки осуществлялось путем повторения микрооперации.

В этом КБ под моим руководством были выполнены уникальные разработки, которые по своим параметрам превышали на тот период мировой уровень. Эти разработки описаны в брошюре [6].

В июне 1989 г. это направление было обсуждено на специальном заседании Президиума Академии наук Украины. Инициатором этого обсуждения стал Президент АНУ Борис Евгеньевич Патон, который оказал огромную помощь в развитии этого направления.

К сожалению, «горбачевская перестройка» и последовавший за этим развал Советского Союза нанесли непоправимый удар по развитию этого направления. Начиная с 1989 г., финансирование этих разработок резко сократилось, а затем и полностью прекратилось. Научный коллектив, созданный в СКТБ «Модуль», распался, а само КБ было расформировано.

Но это не означает, что концепция «компьютеров Фибоначчи» устарела. Наоборот, на современном этапе развития компьютерной технологии эта концепция стала еще более актуальной в новейшей области компьютерной техники – микропроцессорной технике.

6. Шанс для России и мои предложения

Таким образом, у России есть шанс, основываясь на этом направлении и 65 зарубежных патентах, которые принадлежат России, как правопреемнику СССР, стать мировым лидером в области создания высоконадежной микропроцессорной техники и высоконадежных бортовых вычислительных и измерительных комплексов.

1. Для ускорения развития этого направления в России я предлагаю возродить исследования по теме «Компьютеры Фибоначчи» в одном из научных центров РФ. При этом, однако, не следует ожидать, что «микропроцессоры Фибоначчи» появятся через 2-3 месяца. Потребуются многолетние теоретические исследования в этой области. Конечная цель этих исследований – это создание новой элементной базы современных компьютеров, основанной на новых позиционных представлениях чисел и новой компьютерной арифметике. Для этого необходимо возвратиться к истокам компьютерной техники и все начать с начала. При этом главным требованием к такой элементной базе является ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ. Новая элементная база, основанная на системах счисления с иррациональными основаниями (коды Фибоначчи и золотой пропорции), потребует разработки нового программного обеспечения компьютеров. Это – революция в области информационных технологий, которая приведет к созданию высоконадежной компьютерной техники. И, несмотря на колоссальный объем предстоящих исследований, эти разработки все равно надо когда-то начинать. К сожалению, «гром уже грянул» и технологические катастрофы, связанные с ненадежностью современных микропроцессоров, только начинаются! Эти исследования необходимо начинать с изучения моих книг и брошюр [3-6].
2. Срочно опубликовать мою книгу The Mathematics of Harmony. From Euclid to Contemporary Mathematics and Computer Science [3] на русском языке. Сейчас сложилась парадоксальная ситуация. Западные студенты и исследователи имеют прямой доступ к фундаментальной научной теории, созданной славянским ученым, российские студенты и исследователи такой возможности не имеют. Пока ни одно российское издательство не проявило инициативы о переводе этой книги [3] на русский язык.

Мнение профессора Сергея Абачиева

По поводу развития этого направления хорошо написал проф. Сергей Абачиев (Москва), один из лучших российских специалистов по логике и методологии науки [7]:

«Открытие 12-летним вундеркиндом Дж. Бергманом «золотой» иррациональной системы счисления никак не предопределялось такими законами. Оно могло быть сделано и на много десятилетий раньше, а могло и не быть сделано по сей день. Но уже в 1957 г., когда оно реально было сделано, раскручивался маховик индустрии цифровых информационных технологий на основе статистической теории информации К. Шеннона и двоичного кода Дж. фон Неймана. И уж в полной мере этот маховик был раскручен к началу 70-х гг., когда А. П. Стахов впервые по достоинству оценил «золотую» систему счисления в роли арифметической первоосновы цифровых информационных технологий.

Выбор фон Нейманом двоичного кода со всеми его недостатками по сравнению с избыточными кодами золотой пропорции не должен расцениваться как исторически неудачный и ошибочный. В конце 40-х гг. ему просто не было никаких альтернатив. В принципе, любительское открытие Бергмана, датируемое 1957-м годом, могло быть сделано кем-то другим на полвека раньше. Попади тогда первая «золотая» система счисления в поле зрения Хартли, Шеннона и фон Неймана, история цифровых информационных технологий могла бы начаться сразу же с кодов золотой пропорции. Но реальная история Мировой науки и техники распорядилась по-иному. Первым восприемником и профессиональным разработчиком этого любительского открытия стал А. П. Стахов в условиях раскрученного маховика информационных технологий на основе двоичного кода ...

Проученное горьким опытом былых гонений на генетику и кибернетику, Советское государство на этот раз быстро осознало, что отечественная наука обретает стратегически прорывные позиции на всеопределяющем направлении научно-технического прогресса. Свидетельством тому стало беспрецедентное патентование первых информационных технологий А. П. Стахова на качественно новой арифметической первооснове в СССР, на Западе и в Японии ... Тем не менее, такие технологии объективно не могли тогда быстро вытеснить безраздельно господствовавшие технологии на основе двоичного кода. В любом случае их экспансия была бы процессом сугубо поэтапным, длительностью во много десятилетий.

И в 80-х гг. этот естественный процесс в нашей тогда ещё единой стране начал осуществляться со сравнительно узкой области бортовой электроники военных самолётов и космических аппаратов, в которой экономические критерии эффективности техники отходят на задние планы по сравнению с функциональными .... При нормальном развитии к настоящему времени он позволил бы России и Украине быть Мировыми «законодателями» и производителями, по крайней мере, уникально надёжной авионики. Но катастрофический финал «перестройки» 1985–1991 гг. пресёк в начальной фазе этот процесс поэтапного отвоёвывания нашей страной ведущих Мировых позиций в области технической кибернетики и информационных технологий».

Абачиев Сергей Константнович Кандидат философских наук, профессор кафедры философии и мировоззренческой безопасности в Институте государственного управления, права и инновационных технологий (Москва). Области исследовательских интересов – традиционная формальная логика и эволюционная теория познания, гносеологические аспекты труда и техники, современное научно-методологическое и духовное самопознание философии, православно ориентированные религиоведение и историософия.

Мнение академика Бориса Патона

В июне 1989 г. это направление было обсуждено на специальном заседании Президиума Академии наук Украины. Инициатором этого обсуждения стал Президент АНУ Борис Евгеньевич Патон, который оказал огромную помощь в развитии этого направления.

Борис Евгеньевич Патон (род. 27 ноября 1918, Киев) — учёный в области металлургии и технологии металлов, профессор, доктор технических наук, Дважды Герой Социалистического Труда, первый в истории Герой Украины.

Президент Национальной академии наук Украины, академик Национальной Академии Наук Украины (с 1958 года), академик АН СССР — ныне РАН (с 1962 года), президент Международной ассоциации академий наук, почётный член Римского клуба.

В своем отзыве на это научное направление он написал:

Научные достижения ученых Украины широко известны во всем мире. Одним из ярких представителей украинской науки является профессор Винницкого государственного технического университета доктор технических наук Алексей Стахов. Его научные достижения в области чисел Фибоначчи, золотого сечения и их приложений, в частности, в теории гармонии систем, компьютерной и измерительной технике, могут стать основой для революционных преобразований современной науки, создания новых математических теорий естествознания, принципиально новых средств компьютерной и измерительной техники. Исследования, проведенные в руководимой профессором Стаховым  Лаборатории отказоустойчивых систем Национальной академии наук Украины, показали, что на основе так называемых кодов Фибоначчи  и золотой пропорции могут быть созданы конкурентно-способные средства измерительной и компьютерной техники, значительно превышающие по своим надежностным параметрам современный уровень, которые могут найти широкое применение в тех областях, где требования к их надежности являются определяющими (системы управления технологическими, энергетическими, транспортными и другими объектами).

Письмо известных научных и государственных деятелей СССР в Госплан СССР (1989)

В Госплан СССР

Специальное конструкторско-технологическое бюро "Модуль" при Винницком политехническом институте в содружестве с АН УССР проводит в интересах Минобщемаша научно-исследовательские работы по созданию высоконадежных бортовых процессоров, электронных вычислительных машин, измерительных и управляющих систем на основе кодов Фибоначчи.

Данное научное направление получило широкое всесоюзное и международное признание, защищено 100 авторскими свидетельствами СССР и 62 зарубежными патентами, относится к разряду приоритетных научных направлений и ставит целью выведения отдельных направлений цифровой вычислительной техники на мировой уровень.

Направление обсуждено на НТС Минобщемаша и Госкомизобретений, в АН УССР на Ученом совете Института кибернетики АН УССР им. В.М. Глушкова и получило полное одобрение.

В СКТБ "Модуль" создан высококвалифицированный коллектив разработчиков, способный выполнять научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы на высоком научном уровне.

Широкому внедрению данного направления в производство препятствует отсутствие микроэлектронной элементной базы вычислительных и измерительных систем, выполняющих операции в кодах Фибоначчи. Создание элементной базы на основе БИС большого уровня интеграции возможно только с использованием современных САПР микросхем и новейшей вычислительной техники.

Учитывая достигнутые в СКТБ "Модуль" научно-технические и практические результаты, наличие высококвалифицированных  научных кадров, с целью ускорения внедрения в производство перспективного направления по созданию высоконадежных отказоустойчивых, само-контролирующихся и самокорректирующихся средств вычислительной и измерительной техники, что  позволит резко повысить надежность систем управления космическими аппаратами, технологическими и энергетическими объектами, работающими в экстремальных условиях, Министерство высшего и среднего специального образования УССР, Академия Наук УССР, Министерство общего машиностроения СССР и Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ходатайствуют о выделении в 1990 г. целевым назначением СКТБ "Модуль" валютных ассигнований в объеме 1 млн. рублей для приобретения САПР на базе ЭВМ VAX-11/780."

Президент Академии наук УССР Б.Е. Патон
Министр высшего и среднего образования УССР В.Д. Пархоменко
Министр общего машиностроения СССР В.Х. Догужиев
Председатель Госкомизобретений СССР И.С. Наяшков

Цитированная литература:

1. А.П. Стахов, О возможной причине участившихся аварий при выводе российских спутников // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.17146, 26.12.2011
2. А.П. Стахов, Микропроцессоры Фибоначчи - как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.16759, 16.08.2011
3. A.P. Stakhov. The Mathematics of Harmony. From Euclid to Contemporary Mathematics and Computer Science. World Scientific, 2009 http://www.worldscibooks.com/mathematics/6635.html
4. Стахов А.П. Введение в алгоритмическую теорию измерения / А.П. Стахов. М.: Советское Радио, 1977. – 288 с.
5. Cтахов А.П. Коды золотой пропорции / А.П. Стахов. М.: Радио и связь, 1984. 152 с.
6. Помехоустойчивые коды: Компьютер Фибоначчи / отв. редактор А.П. Стахов. М.: Знание, серия «Радиоэлектроника и связь», вып.6, 1989. – 64 с.
7. Абачиев С.К. Математика гармонии глазами историка и методолога науки / С.К. Абачиев // «Академия Тринитаризма». - 2010. - Эл № 77-6567, публ.15991.