Ovo je prvi tekst trodelne mini-serije o sovjetskoj kibernetici, računarstvu i projektima koji su u mnogo čemu bili ispred svog vremena. Ideja nije samo da se vratimo u istoriju tehnologije, već da kroz te pionirske projekte pokušamo da bolje razumemo sadašnji trenutak ubrzanog razvoja informacionih tehnologija, veštačke inteligencije i mogućnosti da neke nekada futurističke vizije konačno postanu tehnički ostvarive.
Jer istorija računarstva nije bila pravolinijska.
Neke ideje pobedile su zato što su bile bolje. Druge zato što su bile jeftinije, jednostavnije za proizvodnju ili su se u pravom trenutku našle unutar snažnijeg industrijskog ekosistema.
A neke su možda jednostavno stigle prerano.
Jedna od njih zvala se Setunj.
⚙️ Kibernetika iza Gvozdene zavese
Dok je na Zapadu kibernetika već pravila prve velike korake, u Sovjetskom Savezu početak pedesetih godina bio je veoma nepovoljan za ovu oblast.
U kasnom staljinističkom periodu kibernetika je u zvaničnim filozofskim i popularnim publikacijama označavana kao „buržoaska pseudonauka“ i deo zapadne ideološke propagande. Istovremeno, važno je napraviti jednu razliku: sovjetska država nije zbog toga prestala da razvija računare. Računarska tehnika je imala veliki vojni i naučni značaj, pa su rani sovjetski računari razvijani čak i dok je sama kibernetika bila ideološki sumnjiva.
Posle Staljinove smrti i tokom Hruščovljevog „otopljavanja“, odnos prema kibernetici počeo je brzo da se menja. Ono što je samo nekoliko godina ranije bilo proglašavano pseudonaukom postalo je krajem pedesetih i početkom šezdesetih jedna od oblasti od kojih se očekivalo da modernizuju sovjetsku nauku, industriju i upravljanje.
Hladni rat je u tome imao važnu ulogu.
Računari više nisu bili samo neobične matematičke mašine. Postajali su strateška infrastruktura za nuklearne proračune, balistiku, svemirski program, automatizaciju proizvodnje i obradu sve većih količina informacija.
Ako je Sovjetski Savez želeo da zadrži tehnološki paritet sa Zapadom, morao je da razvije sopstvenu računarsku školu.
I upravo u toj atmosferi nastaje jedna veoma neobična ideja.
🔢 Zašto baš tri?
Danas smo toliko navikli na binarnu logiku da nam se čini gotovo prirodnim da računar poznaje samo dva stanja:
0 i 1.
Međutim, sa matematičkog stanovišta ne postoji nikakav fundamentalni zakon prirode koji zahteva da digitalni računar mora biti binaran.
Moguće su i druge baze.
Jedna od matematički posebno zanimljivih jeste baza 3.
Postoji klasičan argument iz takozvane radix economy: kada se posmatra odnos između broja potrebnih cifara i broja stanja koje svaka cifra može da nosi, kontinuirani optimum pojavljuje se kod baze e (približno 2.718).
Pošto računar praktično mora da koristi ceo broj diskretnih stanja, broj 3 se nalazi najbliže tom matematičkom optimumu.
To ne znači da je ternarni računar univerzalno „bolji“ od binarnog. Stvarna efikasnost zavisi od fizičke realizacije, arhitekture, memorije, logičkih elemenata, proizvodnog procesa i algoritama.
Ali ternarni sistem ima neke veoma elegantne osobine. Posebno kada se koristi uravnoteženi ternarni sistem (balanced ternary). Umesto cifara 0, 1 i 2, koriste se tri simetrične vrednosti:
-1, 0 i +1
koje možemo označiti kao negativno, neutralno i pozitivno stanje.
Ta simetrija daje vrlo prirodan način predstavljanja pozitivnih i negativnih brojeva. Nije potreban poseban bit za znak niti dodatna reprezentacija poput komplementa dvojke koja je standardna u binarnim računarima. Znak broja proizilazi iz same strukture reprezentacije. Matematika postaje iznenađujuće elegantna.
🧮 Soboljev, Brusencov i računar Setunj
Godine 1956. poznati sovjetski matematičar Sergej Lavrentjevič Soboljev, tada na Moskovskom državnom univerzitetu, pokrenuo je inicijativu za razvoj malog, pouzdanog i relativno jeftinog računara koji bi mogao da se koristi na univerzitetima, u laboratorijama, konstrukcionim biroima i industriji.
Formirana je mala grupa mladih inženjera i matematičara, a centralnu tehničku ulogu dobio je Nikolaj Petrovič Brusencov.
Umesto da naprave još jedan binarni računar, odlučili su da krenu drugim putem.
Tako je nastao Setunj, nazvan po maloj reci Setunj koja protiče u blizini Moskovskog državnog univerziteta. Prvi funkcionalni primerak završen je krajem 1958. godine.
Bila je to jedna od retkih praktično realizovanih ternarnih računarskih arhitektura u istoriji. Setunj je radio u uravnoteženom ternarnom sistemu i koristio je vrednosti (-1,0,+1). To nije bila akademska igra.
Arhitektura je donosila konkretne pogodnosti: jednostavnije operacije sa znakom, veoma elegantno zaokruživanje, manji broj određenih uslovnih instrukcija i prirodnije izvođenje nekih aritmetičkih operacija. Sami konstruktori kasnije su tvrdili da je ternarna realizacija omogućavala manju količinu opreme i manju potrošnju energije u odnosu na odgovarajuće binarne elemente tog vremena.
🧲 Računar bez tranzistora koji su mu bili potrebni
Posebno zanimljiva bila je hardverska realizacija Setunja.
Sovjetski inženjeri tada nisu raspolagali stabilnom i masovno dostupnom tranzistorskom tehnologijom kakva se ubrzano razvijala na Zapadu. Vakuumske cevi bile su glomazne i relativno nepouzdane, a tranzistori nisu bili dovoljno dostupni za projekat kakav su želeli da naprave.
Brusencovljev tim zato je razvio logičke elemente zasnovane na minijaturnim feritnim jezgrima i poluprovodničkim diodama.
Feritna jezgra funkcionisala su kao kontrolisani magnetni elementi i omogućila realizaciju takozvane threshold logike, uključujući i njenu ternarnu varijantu.
Drugim rečima, nedostatak standardnih komponenti nije ih samo ograničio. Naterao ih je da razmišljaju drugačije.
To je jedna od lepših lekcija istorije tehnologije: ograničenje ponekad nije samo prepreka inovaciji. Ponekad je njen uzrok.
Setunj je pri tome pokazao iznenađujuću pouzdanost. Zvanična testiranja 1960. godine pokazala su stabilan rad u širokom opsegu napona napajanja i temperature, a mašina je ocenjena kao jednostavna za proizvodnju, održavanje i korišćenje.
🏭 Zašto onda Setunj nije postao standard?
Ako je sistem radio, bio pouzdan i imao određene matematičke i hardverske prednosti, prirodno je postaviti pitanje:
Zašto danas nemamo ternarne računare?
Odgovor nije samo tehnički. Setunj je proizveden u ograničenoj seriji — desetak do petnaest mašina godišnje, ukupno približno pedesetak primeraka — iako su postojale dodatne porudžbine. Proizvodnja je zaustavljena sredinom šezdesetih.
Prema svedočenjima konstruktora, deo problema ležao je u neprijateljstvu administracije prema projektu koji je nastao izvan dominantnih industrijskih planova i standarda. Ali postojao je i mnogo širi problem.
Svet računarske industrije već je izabrao binarnu logiku. Tranzistori, memorija, logička kola, programski jezici, standardi i kasnije integrisana kola razvijali su se oko dva stabilna fizička stanja.
Jednom kada industrijski ekosistem dostigne dovoljnu veličinu, njegove prednosti postaju veće od prednosti pojedinačne alternativne arhitekture. To poznajemo i iz drugih oblasti tehnologije. Najbolji standard ne mora uvek da pobedi. Često pobedi standard koji prvi izgradi dovoljno veliki ekosistem.
Sovjetska računarska industrija će se kasnije u velikoj meri okrenuti kompatibilnosti sa zapadnim binarnim arhitekturama, uključujući porodicu ES EVM, zasnovanu na IBM System/360 i System/370 konceptima.
Setunj je ostao zanimljiva slepa grana. Barem je tako izgledalo.
🤖 A onda je došao AI
Više od šezdeset godina kasnije računarska industrija suočava se sa problemom koji pioniri Setunja nisu mogli da predvide u današnjem obliku.
Veštačka inteligencija zahteva ogromne količine računanja.
Veliki jezički modeli koriste milijarde, a ponekad i stotine milijardi parametara. Njihovo treniranje i izvršavanje zahtevaju ogromnu memorijsku propusnost, računarsku snagu i električnu energiju. Zbog toga se industrija ponovo vraća pitanju koje je dugo izgledalo rešeno:
Da li nam zaista treba tolika numerička preciznost?
Jedan od zanimljivijih odgovora pojavio se kroz arhitekturu BitNet b1.58.
Kod nje se težine neuronske mreže ograničavaju na samo tri vrednosti:
{-1,0,+1}.
Naziv 1.58 dolazi od približne vrednosti za logaritma broja 3 za osnovu dva, odnosno količine informacije potrebne za predstavljanje tri moguća stanja.
Objavljeni rezultati pokazuju da ternarne težine mogu da zadrže konkurentne performanse u odnosu na klasične modele više preciznosti, uz znatno povoljnije karakteristike memorije, kašnjenja, propusnosti i energetske potrošnje. Autori eksplicitno ukazuju i na mogućnost razvoja posebnog hardvera optimizovanog za ovu vrstu modela.
I tu istorija počinje da dobija neobičan obrt.
AI softver ponovo otkriva skup: {-1,0,+1}. Isti onaj koji je Brusencov koristio 1958.
🇨🇳 Huawei i nova ternarna logika
Priča postaje još zanimljivija kada napustimo softver i vratimo se hardveru.
Huawei je poslednjih godina podneo patente koji opisuju ternarna logička kola, računarske sklopove i čipove zasnovane na trovalentnoj logici.
U patentnoj dokumentaciji navode se mogućnost smanjenja broja tranzistora, niža potrošnja energije i povećanje efikasnosti računanja.
U kineskim industrijskim i tehnološkim izvorima pojavljuju se i mnogo optimističnije procene: desetine procenata manje komponenti, znatno niža potrošnja energije i povećanje brzine računanja.
Takve brojke treba posmatrati kao projektovane ciljeve i razvojne procene, a ne kao nezavisno potvrđene performanse gotovih serijskih procesora.
Ali sama činjenica da se ternarna logika ponovo ozbiljno razmatra dovoljno je zanimljiva.
Pogotovo zato što se sada pojavljuje u potpuno drugačijem tehnološkom okruženju.
⚛️ CNTFET: drugačiji tranzistor za tri stanja?
Jedan od istorijskih problema ternarne logike bio je fizički veoma jednostavan. Mnogo je lakše napraviti tranzistor koji pouzdano razlikuje:
uključeno / isključeno
nego element koji mora stabilno da razlikuje tri naponska ili strujna nivoa. Što su nivoi bliži jedan drugom, manja je tolerancija na šum, temperaturne promene i varijacije proizvodnog procesa. Zato binarna logika ima ogromnu fizičku prednost.
Međutim, nove poluprovodničke tehnologije ponovo otvaraju prostor za drugačiji pristup.
Jedan od kandidata su CNTFET tranzistori — Carbon Nanotube Field-Effect Transistors. Njihove karakteristike mogu se menjati izborom geometrije i strukture ugljenične nanocevi, što omogućava projektovanje različitih pragova provođenja.
U teoriji, takvi elementi mogu biti mnogo prirodnija osnova za višestepenu logiku nego klasični silicijumski CMOS.
Huawei u svojoj patentnoj dokumentaciji razmatra upravo ternarna logička kola realizovana pomoću ovakvih elemenata.
To još nije dokaz da ćemo za nekoliko godina imati ternarne AI procesore.
Ali pokazuje da ideja više nije samo istorijska kuriozitetska fusnota.
🌐 Novi tehnološki hladni rat
Postoji još jedna paralela koju je teško ignorisati.
Setunj je nastao tokom prvog Hladnog rata. Njegova savremena reinkarnacija pojavljuje se tokom novog tehnološkog nadmetanja između Sjedinjenih Država i Kine.
Ograničenja pristupa najnaprednijoj litografskoj i poluprovodničkoj tehnologiji podstiču kineske kompanije i istraživačke institucije da traže alternativne načine povećanja računarske efikasnosti.
To ne znači da je ternarna logika nastala kao direktna posledica sankcija niti da ona sama predstavlja odgovor na problem tehnoloških ograničenja. Ali kontekst je važan. Kada više ne možete jednostavno da nastavite istim putem, počinjete ozbiljnije da istražujete druge puteve.
I ponovo se vraćamo Setunju.
⏳ Ideja koja je stigla prerano?
Možda ternarni računari nikada neće zameniti binarne.
Industrijska infrastruktura izgrađena oko CMOS tehnologije, binarne memorije i decenija optimizovanog softvera predstavlja ogromnu prednost koju nije lako nadoknaditi.
Moguće je i da će ternarne arhitekture ostati ograničene na vrlo specifične namene — na primer, na određene AI akceleratore u kojima se prirodno koriste težine (-1,0,+1).
Ali to bi već bilo dovoljno da promeni naš pogled na Setunj. Jer tada više ne bismo gledali samo neobičan sovjetski računar iz 1958. godine.
Gledali bismo jednu arhitektonsku ideju koja je čekala više od pola veka da se pojavi problem za koji bi ponovo mogla da bude korisna. Istorija tehnologije često se predstavlja kao niz pobednika i gubitnika.
Tranzistor je pobedio vakuumsku cev. Integrisano kolo diskretne komponente. Binarna logika ternarnu. Tehnološka ideja ne mora biti pogrešna da bi izgubila. Ponekad jednostavno nastane u pogrešnom trenutku, sa pogrešnim proizvodnim procesom i bez ekosistema koji bi je podržao.
Setunj je možda bio upravo takav slučaj.
Računar koji nije zakasnio za budućnost. Računar koji je u budućnost stigao prerano.
U sledećem nastavku ove mini-serije možemo otići korak dalje: od jednog računara ka pokušaju da se čitava ekonomija posmatra kao kibernetički sistem.
Tu nas čeka Viktor Gluškov i njegov mnogo ambiciozniji projekat: OGAS.
Оставите одговор