Параметрон: как Япония в 1954 году создала компьютер без ламп и транзисторов

IEEE Engineering and Technology History Wiki (ETHW) опубликовала текст официальной исторической памятной таблички (IEEE Milestone) об изобретении параметрона. Речь о логическом элементе, который в 1954 году придумал Эйити Гото, тогда аспирант физико-математического направления Токийского университета. Параметрон использует не лампы и не транзисторы, а два одинаковых ферритовых кольца и явление параметрического возбуждения (нелинейный отклик феррита на переменный ток).

Причина изобретения, деньги. По собственному рассказу Гото в журнальном интервью, лампа тогда стоила 1000 иен, транзистор, 8000 иен, а ферритовое кольцо, всего 5 иен; к тому же лампы быстро изнашивались, а ранние точечно-контактные транзисторы были нестабильны. Лаборатория его научного руководителя Такахаси в Токийском университете не могла позволить себе строить компьютер на лампах или транзисторах в нужном количестве, поэтому Гото и Такахаси искали дешёвую альтернативу и остановились на феррите. По воспоминаниям Такахаси, собранный узел на параметронах продавался за 500 иен, тогда как аналогичный узел на лампах обошёлся бы дороже 10 000 иен, а вариант на транзисторах университетская лаборатория вообще не потянула бы по деньгам.

С 1957 года Гото возглавил разработку компьютера PC-1, на 4200 параметронах. Машина заработала 26 марта 1958 года и в том же году стала самым быстрым компьютером в Японии. Команда Гото и Такахаси проектировала архитектуру PC-1, изучая машины вроде британского EDSAC; в частности, в PC-1 реализовали схему сложения с ускоренным переносом, где перенос распространяется за O(log N) шагов (N, разрядность числа), а в 1959 году добавили функцию прерываний, одну из самых ранних подобных реализаций, позволившую совмещать основную программу с обработкой ввода-вывода.

Технология вышла за пределы одной лаборатории: несколько японских компаний начали выпускать на параметронах серийные компьютеры и калькуляторы, и некоторые модели разошлись тиражом больше 700 экземпляров. Изобретение защитили американскими патентами (US 2,948,818 и 2,948,819). Гото получил за него премию Асахи в 1959 году, а в 1961 году, премию Browder J. Thompson Memorial Prize Института радиоинженеров (IRE) за статью 1959 года о параметроне как элементе цифровых вычислений. Сам Гото прожил 1931, 2005 годы. В память об изобретении на здании физического факультета Токийского университета установили мемориальную табличку IEEE Milestone.

Ключевые факты

Параметрон изобрёл в 1954 году Эйити Гото, тогда аспирант Токийского университета: логический элемент на двух ферритовых кольцах, использующий параметрическое возбуждение вместо ламп и транзисторов
По словам самого Гото, лампа стоила 1000 иен, транзистор, 8000 иен, а ферритовое кольцо, всего 5 иен; собранный узел на параметронах продавался за 500 иен против более 10 000 иен за аналог на лампах
Компьютер PC-1 на 4200 параметронах, разработку которого Гото возглавил с 1957 года, заработал 26 марта 1958 года и в том же году стал самым быстрым компьютером в Японии
В PC-1 реализовали перенос разрядов за O(log N) шагов и в 1959 году, одну из первых в мире функций прерываний; коммерческие параметронные машины некоторых моделей разошлись тиражом более 700 штук
За параметрон Гото получил премию Асахи (1959) и премию IRE Browder J. Thompson Memorial Prize (1961); изобретение защищено двумя патентами США, а на физфаке Токийского университета в его честь установлена табличка IEEE Milestone

Почему это важно

Параметрон, редкий пример вычислительной техники, которая обошла и лампы, и транзисторы своего времени не за счёт превосходства в скорости, а за счёт дешевизны и надёжности: ферритовое кольцо стоило в 200 раз меньше лампы и не изнашивалось так, как она. Именно эта экономика позволила Токийскому университету в условиях ограниченного бюджета построить полноценный программируемый компьютер PC-1 и на несколько лет вперёд задать темп послевоенной японской вычислительной техники.

Кому это важно

Историкам вычислительной техники и инженерам, которым интересны альтернативные пути развития компьютерного «железа» до победы транзистора; тем, кто изучает послевоенное восстановление японской науки и промышленности; посетителям Токийского университета, мемориальная табличка IEEE Milestone установлена в открытом для свободного посещения здании физфака.

Как это применить

Практического применения у параметрона сегодня нет, технологию давно вытеснили транзисторы и интегральные схемы. Ценность истории в другом: она показывает инженерный приём, актуальный и сейчас, при нехватке денег и надёжных компонентов искать не более быстрое, а принципиально более дешёвое и простое решение, даже если оно кажется нишевым.

Можно ли доверять

Источник, официальная историческая справка IEEE Engineering and Technology History Wiki, которая сопровождает присвоение объекту статуса IEEE Milestone; текст ссылается на патенты США, статью Гото в Proceedings of the IRE 1959 года и на прямую цитату самого Гото из журнального интервью. Это делает фактуру проверяемой, но сама цитата про цены приведена в переводе автора текста, а не в оригинале.

Риски и подводные камни

Автор справки сам оговаривается, что цифра в 1000 иен за лампу, по памяти Гото, вероятно, лишь приблизительная ("ballpark figure"), хотя порядок разницы с ценой феррита, по его мнению, всё равно велик. PC-1 был первым программируемым компьютером именно при японском университете, но не первым в Японии вообще: вакуумно-ламповый FUJIC и транзисторный ETL Mark III заработали ещё в 1956 году, на два года раньше PC-1, просто не в университете. Названия компаний, выпускавших серийные параметронные машины, в тексте не приводятся, упоминается лишь неопубликованное приложение к оригинальному документу.

«Тогда лампы стоили по 1000 иен, а транзисторы, по 8000 иен. К тому же лампы быстро изнашивались, а транзисторы были ещё нестабильны. Ферритовые кольца, давно знакомые, например, по радиосхемам, стоили всего по 5 иен. Вот я и подумал: почему бы не взять за основу ферритовые кольца?»

— Эйити Гото, из интервью японскому журналу (перевод автора справки IEEE Milestone)