CC BY
29
ВИКТОР ИЛЬИЧ ВАРШАВСКИЙ
(1933-2005)
3 января 2005 года ушел из жизни доктор технических наук, профессор Виктор Ильич Варшавский. Поэт Лонгфелло как-то заметил: «Мы оцениваем самих себя по ощущениям того, на что мы способны, тогда как другие судят о нас по тому, что мы сделали». Виктора Ильича нет больше с нами, поэтому нам - его коллегам, ученикам, друзьям и всему научному сообществу - необходимо осознать, что им было сделано, каково его наследие.
На первом этапе своей творческой жизни В. И. Варшавский занимался проблемами междисциплинарных исследований (математика, биология, теория автоматов, коллективное поведение, распознавание образов, вычислительная техника, передача информации и др.), уже тогда гениально предугадав их ценность для развития кибернетики и исследований в области искусственного интеллекта. Позже В. И. Варшавский увлекся новой, малоисследованной тогда проблематикой -созданием асинхронных электронных устройств и систем.
По-видимому, асинхроника проистекает из основополагающей работы Д. Хаффмена (1954)1, который предложил модель асинхронного конечного автомата. Д. Гильберт утверждал, что всякая физическая или математическая теория проходит три фазы развития: наивную, формальную и критическую. Работа Д. Хаффмена знаменовала начало формальной стадии асинхроники, которая стартовала после скрытой от нас наивной фазы, и родила тысячи работ, посвященных противого-ночному кодированию автоматов и расширениям модели. Между тем все известные модели асинхронных автоматов базируются на допущении, что инициатором перехода автомата в следующее состояние является изменение входного символа, а новый входной символ может быть подан лишь после завершения переходных процессов предыдущего такта. В противном случае будут иметь место сбои. Другим существенным ограничением моделей хаффменовского типа является жесткая дисциплина смены входных сигналов, ужесточающая механизм взаимодействия автомата с внешней средой (обычно - соседние переходы). Это ограничение ставило под вопрос возможность композиции асинхронных автоматов и в конце концов стало тормозом на пути широкого практического использования подхода. Неясным оставался также вопрос, как парировать последствия нестабильности элементов реализаций автоматов (равным
1 Huffman D. A. The synthesis of sequential switching circuits. - J. Franklin inst., - 1954. - Vol. 257. N 3-4.
образом не решенный и для синхронных реализаций).
Решающим для формальной фазы асинхронной науки надо, очевидно, признать 1959 год, когда Д. Е. Маллер и У. С. Бартки опубликовали статью2, в которой впервые предложили подход, связанный со схемами, поведение которых не зависит от задержек элементов, сейчас чаще называемых асинхронными или самосинхронными («speed-independent» , «quasi delay insensitive», или «self-timed») схемами. P. E. Миллер во втором томе своей книги3 пытался привлечь внимание к маллеров-скому подходу, но особого успеха не добился. Чрезмерное увлечение формалистикой в этом подходе оттолкнуло практиков, не увидевших изящных схемных решений. Неудачей окончилась и попытка Маллера воплотить свои идеи в рамках проекта Illiac II, по-видимому, из-за недостаточно высокого уровня технологической базы того времени и слабой проработки схемотехники базовых узлов.
В начале 1970-х годов В. И. Варшавский, имевший за плечами богатый опыт теоретических и прикладных исследований в таких областях, как пороговая и мажоритарная логики, коллективное поведение автоматов, и смежных областях, по стечению обстоятельств пытался вместе с одним из своих аспирантов разобраться в казалось бы тривиальном вопросе - как формально синтезировать схему асинхронного триггера, известного как Гарвардский триггер. Странно, но тогда они не сумели этого сделать (это было сделано несколько позже). В то время Виктор Ильич, его коллеги и ученики не имели абсолютно никакого представления о работах, инициированных Маллером. Единственным выходом из затруднения для В. И. Варшавского была идея перехода из формальной стадии назад, в наивную фазу (что, как нам кажется, послужило одновременно началом критической стадии асинхронной науки). Он занялся изобретательством, что часто помогало ему в жизни. Его неимоверно развитая инженерная интуиция была тем волшебным паровозиком, который толкал его к теоретическому осмыслению решаемых задач.
Покрыв сотни листов бумаги схемами, кубиками (которые он любил использовать для представления и минимизации булевых функций) и форму-
2 Muller D. E., Bartky W. S. A theory of asynchronous circuits// In Proceedings of an International Symposium on the Theory of Switching. - Harvard University Press. - 1959. -P. 204-243.
3 Miller R. Switching theory. - Vol. 2. - Wiley, New York, 1967.
лами, В. И. Варшавский самостоятельно пришел к мысли о необходимости расщепления входных последовательностей на две фазы - активную (рабочую) и неактивную (спейсер), - тогда все переходы в последовательностях становятся монотонными. Он предложил конструкцию простейшего триггера с индикацией моментов окончания переходных процессов, названную триггероидом, который работает правильно независимо от реальных задержек его элементов. Триггероид не способен хранить записанную в него информацию при некоторых значениях входов, но в совокупности с двумя дополнительными триггероидами (без индикаторов) его использование решало задачу создания самосинхронного счетного триггера.
Виктор Ильич продолжал развивать свою идею и инициировал тотальный поиск литературы по асинхронике, в который погрузились все члены его команды. К 1975 году был не только сделан скрупулезный анализ результатов западных ученых, но и развит общий подход к построению самосинх-ронных схем и устройств, интегрирующий все известные результаты. Практически были созданы основы общей теории самосинхронизации, интегрирующей известные фрагментарные подходы. В 1976 году под редакцией В. И. Варшавского на русском языке вышла в свет книга1, в которой систематически изложены проблемы и решения в области самосинхронизации. В то время на Западе эта книга не была замечена и не могла быть замечена, поскольку асинхронного сообщества как такового еще не существовало, а книга не была переведена на английский язык.
На фоне некоторого запустения теории автоматов в 60-е годы появилась и стала интенсивно развиваться новая научная дисциплина - теория сетей Петри. Развитие этой теории было относительно самостоятельным, но фактически не было автономным. Скорее всего, она должна рассматриваться как ветвь общей теории автоматов, которая занимает ранее неисследованную нишу между конечными автоматами и машинами Тьюринга. Подавляющая часть работ по сетям Петри «обслуживает» проблематику общей теории систем и параллельного программирования. Тем не менее, идейная сторона вопросов, связанных с выделением подкласса живых и безопасных сетей Петри и их исследованием, весьма близка к проблемам самосинхронизации. В первой книге1 была продемонстрирована возможность прямой трансляции сети Петри из указанного подкласса к асинхронной схеме в обход процедуры противогоночного кодирования состояний автомата.
Дальнейшие исследования в области управления асинхронными процессами в команде В. И. Варшавского нашли отражение во второй книге2, законченной в 1984 году и изданной в 1986 году под несколько скучным названием, навязанным редакцией. В 1990 году перевод этой книги на анг-
1 Апериодические автоматы/ Под ред. В. И. Варшавского. - М.: Наука, 1976. - 424 с.
2 Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах/ Под ред. В. И. Варшавского. - М.: Наука, 1986. - 308 с
лийский3 стал доступен асинхронному сообществу, и она явилась предметом детального изучения в двух ведущих научных группах университетов Беркли и Стэнфорда.
В 1987 году Хельсинским технологическим университетом был опубликован цикл лекций Варшавского4, прочитанный им в 1982-1983 годах. К сожалению, это издание малодоступно. Наконец, изданная в 1994 году последняя книга с участием Варшавского5 более ориентирована на формальные модели описания, проверки и синтеза управляющих асинхронных устройств. Разработанные авторами идеи нашли применение в системе FORCAGE - работающей системе автоматизированного проектирования для практического анализа и синтеза самосинхронных схем.
В. И. Варшавский был уникальным схемотехником и изобретателем. Если внимательно проанализировать многие асинхронные блоки, нашедшие сейчас практическое применение, то в них можно увидеть прототипы схем, изобретенных Виктором Ильичем.
Как ему удавалось синтезировать изящные базисные, типовые схемы в стандартном базисе - такие, как триггеры, полусумматоры, автомат повторного вхождения, счетчики, буферные устройства и т. п. - это загадка. Применение формальных методов в подавляющем большинстве случаев не позволяло воспроизвести оригинал даже при одинаковой начальной спецификации. В. И. Варшавского не интересовали «некрасивые» схемы -он оттачивал их до блеска. Асинхронный фольклор донес до нас историю создания С-элемента Маллера (в нашем окружении он назывался гис-терезисным триггером, или Г-триггером). Оказывается, первые две попытки Маллера (А и В) были неудачными, и только на букве С он остановился. Если пользоваться таким же подходом, то Варшавскому определенно не хватило бы множества больших и малых букв латинского алфавита и кириллицы. Во время посещения Советского Союза Нобелевский лауреат Поль Дирак прочел лекцию по философии физики, в ходе которой подошел к доске и написал: «Физические законы должны быть математически красивыми и простыми». Ту же мысль он высказал ранее в одной из своих лекций в Пристоне: « Вся моя жизнь - это написание красивых формул». Перефразируя, можно сказать, что разработка элегантных схем, наверное, являлась главной в творчестве Виктора Ильича.
В. И. Варшавский внес фундаментальный вклад во многие направления асинхроники. Многие его результаты приоритетны. Нам представляется разумным обратить внимание научного сооб-
3 Self-timed control of concurrent processes: The design of aperiodic logical circuits in computers and discrete systems, V. I. Varshavsky, Ed. Kluwer. - Academic Publishers, 1990.-408 p.
4 Varshavsky V. I. Hardware support of parallel asynchronous processes. - Helsinki, Finland: Digital Systems Laboratory. University of Technology. Series A: Research Report. N 2. 1987. - 236 p.
5 Kishinevsky M., Kondratyev A., Taubin A., Varshavsky V. Concurrent hardware. The theory and practice of selftimed design. - J.Wiley, 1994. - 368 p.
щества на вклад В. И. Варшавского и предупредить, что терминология, использованная в первоисточниках, часто отличается от современной. Одна из причин этого состоит в использовании разных языков, а другая - в желании многих авторов использовать собственную терминологию и почувствовать себя первооткрывателями.
Перечислим важнейшие результаты В. И. Варшавского в асинхронике.
• Самосинхронная реализация комбинационных логических схем и конечных автоматов (па-рафазная и четырехфазная с встроенными индикаторами), 1976.
• Прямая трансляция управляющих спецификаций (типа параллельных асинхронных блок-схем алгоритмов и сетей Петри) в асинхронные схемы управления, 1976.
• Работы по самосинхронным кодам и реализации кодов в изменениях, 1981.
• Самосинхронные интерфейсы, использующие двух- и трехстабильные линии с избыточным кодированием или временную избыточность,1981-1988.
• Надежные самотестируемые и саморемонтиру-емые архитектуры, 1982-1986.
• Конструктивное доказательство функциональной полноты двухвходовых элементов в классе полумодулярных схем, 1981-1986.
• Десинхронизация синхронных реализаций посредством замены синхронных часов асинхронным управляющим автоматом для улучшения временных свойств схем, 1994-1998.
• Асинхронные реализации ИГО-структур и схем памяти, 1988-1993.
• Проектирование асинхронных схем на основе квантовых устройств (квантовых точек, одноэлектронных транзисторов), 1995-1996.
• Инициация работ по программной поддержке методов проектирования (синтеза и верификации) асинхронных схем, 1979-1993.
• Схемы, нечувствительные к задержкам в транзисторах и проводах, 1987.
• Проектирование конвейерного управления и конвейерных схем с разной плотностью заполнения информацией (неплотных, полуплотных и плотных), 1979-1986.
• Мостиковые транзисторные реализации (в том числе двух- и трехвходовых С-элементов), 1988.
Вне асинхроники достаточно упомянуть ставшими классическими результаты в следующих областях:
• пороговая логика и искусственные нейроны, которыми Варшавский занимался в начале своей научной карьеры и вернулся в последние годы1;
• коллективное поведение автоматов, ставшее темой докторской диссертации Виктора Ильича2.
1 Avedillo М. J. VLSI implementation of threshold logic: a comprehensive survey. - IEEE Trans. Neural Networks, 14(5), Sept. 2003.
2 Варшавский В. И. Коллективное поведение автоматов. - М.: Наука, 1973. - 408 с. (German edition: Warshawski W. I. Kollektives Verhalten von Automaten. -Akademie-Verlag-Berlin, 1978).
Варшавский В. И., Поспелов Д. А. Оркестр играет без дирижера. - М.: Наука, 1984 (English edition: Varshavsky V., Pospelov D. Puppets without strings. - Moscow: Mir Publishers, 1988. - 294 p.)
Интересно заметить, что в последнее время заметно вырос интерес к поведению стохастических автоматов с переменной структурой3.
Удивительной была способность В. И. Варшавского сколачивать команду. Его окружение работало как хорошо отлаженный механизм, который никогда не давал катастрофических отказов, хотя отдельные зависания и тупики,-конечно, случались. Виктор Ильич никого не отпускал в автономное плавание - он выдавал задания, обсуждал возможные пути их решения и постоянно был в курсе их выполнения. Такой контроль не вызывал обычно отрицательных реакций, потому что он осуществлялся по-дружески, без дистанции, обычно существующей между боссом и подчиненными. Матерые сотрудники иногда втихомолку роптали -у них были собственные идеи, но прессинг они считали нормальным, потому что репутация босса была хорошим прикрытием от неприятных внешних воздействий.
На всех этапах своей жизни Варшавский не переставал учиться и учить. Во многом его мировоззрение сформировалось на зимних школах под Ленинградом, которые он сам создал в начале 1960-х годов. Ему удалось привлечь к сотрудничеству в этих школах таких выдающихся ученых и мыслителей, работающих в разных областях науки, как М. Л. Цетлин, М. М. Бонгард, Л. И. Ро-зоноер, В. С. Гурфинкель, С. М. Осовец, Д. А. Поспелов, Я. А. Альтман и др. Школа питала мыслями и идеями всех ее участников более 10 лет.
В. И. Варшавский принимал активное участие в работе школ М. А. Гаврилова, общепризнанного пионера в области теории автоматов в России, который всегда активно поддерживал работы команды В. И. Варшавского.
Ему редко представлялась возможность побывать и поработать за границей в условиях железного занавеса. Но иногда это удавалась. Иностранные гости АН СССР, работающие в области теории автоматов, обязательно включали в программы своих поездок посещение В. И. Варшавского. Ему принадлежит и инициатива объединения «могучей кучки» эстонских ученых. Ежегодные зимние совместные семинары с участием ленинградской команды были названы «встречами на Эльби» по имени местечка под Пярну, где они проводились. Варшавский был ключевой фигурой и в подготовке ядра эстонских национальных кадров высшей квалификации в области теории автоматов и ее приложений. Можно упомянуть также множество постоянно действующих семинаров, которыми он руководил.
В. И. Варшавский был экстраординарной фигурой и в общечеловеческом плане. Он имел громадное количество друзей и знакомых, которые любили и почитали его. Он охотно поддерживал контакты и был всегда готов помочь советом или действом.
3 Economides A. A., Kehagias A. The STAR automaton: expediency and optimality properties. - IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part B. - Vol. 32. № 6. Dec. 2002. - P. 723-737).
Никто и не пытался сосчитать число его аспирантов, число защит, на которых он с блеском выступал в качестве оппонента, или число статей и книг, которые он отрецензировал (часто - с сарказмом и сногсшибательной критикой).
В. И. Варшавский обладал неистребимым чувством юмора. Анекдоты хлестали из него, как из пожарного брандспойта. Его розыгрыши, мгновенная реакция на происходящее, острые ремарки, убийственно меткие характеристики людей и событий вошли в научный фольклор. Он был незаменимым тамадой на банкетах, и многие его друзья, которые сами по себе были замечательными спич-мейкерами, в его присутствии слегка сникали.
При полном отсутствии музыкального слуха, Виктор Ильич очень любил петь, причем, будучи человеком самобытным, он предлагал свои собственные интерпретации песен, основанные не столько на мелодике, сколько на рваном ритме (может быть, поэтому он пришел в асинхронику?). Интересно, что его хоровое исполнение всегда вызывало катастрофические отказы - соисполнители сначала сбивались, а потом выбывали из хора. Правда, Виктора Ильича это нисколько не смущало... Виктор Ильич с детства в полной мере впитал в себя колорит ленинградского послевоенного фольклора и знал огромное количество дворовых песенок и уникальных вариантов всенародно известных песен, например «Раскинулось море широко».
В студенческие годы Виктор Ильич занимался классической борьбой и достиг значительных успехов, став кандидатом в мастера спорта. Начав работать, он забросил борьбу, но сохранил неистребимое желание выигрывать. Спортивные интересы переместились не только в область работы, но и в область шахмат. Он не занимался ими серьезно, но обожал блиц, часто доводя коллег до отчаяния, потому что любой разговор начинался и кончался десятком партий.
К сожалению, Виктор Ильич всю жизнь, с раннего детства, курил, дымя как паровоз, а в короткие промежутки времени, когда он под прессингом своей жены Натальи пытался завязать с курением, всегда сосал сигарету, засунутую в рот нештатным концом. Наверное, именно курение оборвало его яркую жизнь, но работать столь эффективно без сигарет он вряд ли бы смог.
В. И. Варшавский никогда не был карьеристом. Он, естественно, не мог недооценивать себя, но никогда не рвался к власти. Позиции профессора
и заведующего лабораторией его вполне устраивали, поскольку ему не хотелось тратить свою жизнь на дело, с его точки зрения, пустое... Его призванием была работа, и он явно относился к разряду трудоголиков. Того же он требовал от своего окружения.
Может показаться странным, но во многом интуитивный отбор кадров в подавляющем большинстве случаев не подводил его. Он не всегда с первого захода принимал результаты и мнения своих коллег и учеников. Его надо было сломить или, по крайней мере, выждать некоторое время. Возможно, это происходило оттого, что он беспрестанно генерировал новые и новые идеи, развитием которых хотел озадачить свое окружение.
В. И. Варшавский оставил множество последователей, которые развили его идеи и обогатили науку и практику новыми идеями и разработками. Если ранее они работали только в пределах советской России и коммунистических странах Восточной Европы, то к настоящему времени многие из них иммигрировали в более дальние страны и с честью влились в асинхронное сообщество, которое, по нашему общему мнению, в основном продолжает пребывать в формальной фазе своего развития. Критическая фаза по-прежнему только начинается, в чем она проявится и чем завершится - остается только ждать. Возможно, В. И. Варшавский наметил некоторые пути развития критической стадии асинхроники как любимого его детища, которые заложены в идеях, связанных с построением схем, нечувствительных к задержкам как в транзисторах, так и проводах, а особенно в десинхронизации. 20-25 лет тому назад казалось, что асинхроника должна вот-вот победить синхронный подход. Этого не произошло, наверное, потому, что синхронная компьютерная технология развивалась куда более быстрыми темпами, чем асинхроника. Комбинация обоих подходов, возможно, станет реально продуктивной.
Мы выражаем благодарность журналу «Инфор-мационно-управляющие системы» за предоставленную возможность опубликовать неизвестные в России статьи В. И. Варшавского.
Память о нашем друге, учителе, коллеге навсегда останется в наших сердцах.
Л. Розенблюм, М. Кишиневский, А. Кондратьев, О. Маевский, Ю. Мамруков, В. Мараховский, Н. Стародубцев, А. Таубин,
А. Яковлев, А. Шалыто
