«Открытые системы» , № 04, 2000 814 прочтений

Открытые технологии в военных приложениях

Эффективное развитие экономики России трудно сегодня представить без соответствующего развития военных секторов экономики и как элементов сохранения научно-технического и производственного потенциала страны, и как элемента защиты ...

Алексей Рыбаков

Эффективное развитие экономики России трудно сегодня представить без соответствующего развития военных секторов экономики и как элементов сохранения научно-технического и производственного потенциала страны, и как элемента защиты государственных интересов. Эволюция современных вооружений немыслима без использования достижений компьютерной индустрии, а принципиальный ответ на вопрос, какими будут технологические и бизнес тенденции развития средств вычислительной техники в военных приложениях в ближайшие 15-20 лет, представляется чрезвычайно важным и интересным.

Успешный старт беспилотного самолёта Global Hawk компании Teledyne Ryan Aeronautical, нашумевший полёт на Марс автоматического космического аппарата «Pathfinder», практика реализации сложных высокопрофильных военных проектов типа M1M2 Abrams, Bradley M2A3, F/A 18, Tornado, подводных лодок класса Трайдент и Лос Анжелес, систем управления ПВО, стационарных и подвижных РЛС и многих других проектов, связанных с разработкой и производством современных военных систем, позволяют говорить о серьёзном прорыве в традиционных подходах к формированию технической и бизнес-политики создания компьютерных бортовых или наземных управляющих спецсистем. Почему?

С точки зрения боевых компьютерных технологий названные проекты объединяет одно - для их создания широко использованы готовые аппаратные и программные технологии открытого типа, ранее широко апробированные и/или стандартизованные на рынке общепромышленных гражданских приложений. Это так называемые COTS-технологии (Commercial Off-The-Shelf - «готовые к использованию»). Речь идёт, в частности, об использовании в бортовых приложениях высоконадежной открытой магистрально-модульной компьютерной архитектуры для систем реального времени VME (МЭК 821, IEEE/ANSI 1014). В качестве примера открытых COTS-технологий системного уровня для приложений повышенной надежности можно указать ряд стандартных магистрально-модульных шинных интерфейсов: VMEbus, CompactPCI , PCI, IndustryPack, PMC, PC-MIP, PC-104, сетевые и коммуникационные интерфейсы: Ethernet, FDDI, RMN, MIL1553, RS422/485, ARINC 429/629, E1 и т.д.

Нормативная база COTS-технологий развивается и поддерживается как в рамках международных (IEC/МЭК, ISO) и национальных (ANSI, DIN, IEEE, ГОСТ) организаций по стандартизации, так и в рамках крупных профессиональных международных консорциумов (ARINC, PCISIG, VITA, PICMG, GroupIPC и т.д.) Стандартизация ведётся совместными усилиями большого числа конкурирующих компаний: Motorola, HP, IBM, SUN, производящих совместимую серийную технику. Главным фактором начала процесса стандартизации конкретной открытой компьютерной технологии стало её широкое признание рынком - большим числом фирм-производителей и потребителей, работающих в различных вертикальных и горизонтальных секторах: промышленных системах, телекоммуникации, машиностроении и робототехнике, стационарных и бортовых военных встраиваемых системах и т.д.

С полным правом открытой COTS-технологией можно назвать и ту, которая является стандартом де-факто - широко распространена на различных целевых рынках и/или генерируется мощным производителем. В качестве примера можно назвать ряд ОС общего назначения: Windows NT, UNIX, AIX, Solaris и встраиваемых ОС РВ: VxWorks, OS9, pSOS+, VRTX, QNX, OSE, LynxOS и, соответственно, широкий класс инструментальных технологий разработки в рамках названных операционных систем: C/C++, ADA и т.п.

Под эгиду COTS попадают архитектуры процессоров, сетей, графики; инструментальные программные технологии, ОС, прикладное и инструментальное ПО, полупроводниковые технологии и т.д., вплоть до идеологии (алгоритмы, методология, архитектуры) продуктов. Поскольку сегодня даже апробированная, доказанная широким рынком идеология коммерческого продукта стоит очень дорого. Попробуйте, в целях уточнения базового определения, ответить на вопросы: «сколько стоит для конкретного военного проекта заново, «с нуля», разработать и оттестировать такие «глобальные» COTS-продукты, как Windows NT, VxWorks, OS-9, OSE, AIX? Разработать «с нуля» и «проверить» архитектуру (включая полупроводниковое и механическое производство) PCI/VME/CompactPCI? Разработать «под спецзадачу» архитектуру и освоить производство процессоров класса Pentium II, AMD K7, PowerPC 750, MIPS 10000, SHARC, TMS320C6701...?

Таким образом, сегодня для реализации систем специального назначения в подавляющем большинстве случаев ставится вопрос о выборе и АДАПТАЦИИ, если необходимо, ряда конкретных компьютерных COTS-технологий, а не вопрос генерации НОВОЙ технологии.

В действие вступает популярный принцип NDE (Non-Developmental Item) — использование «неразрабатываемых заново технологий». Это не технический принцип. Это принцип менеджмента и бизнеса.

Таких примеров подхода к производству «техники специального назначения» можно привести немало. Этот подход, имея подчас видимые недостатки (например, вполне возможна некая «избыточность» конкретной боевой компьютерной системы), с лихвой себя окупает в большинстве военных приложений за счет сокращения инвестиций в новые разработки, сокращения сроков создания системы и сокращения уже воспринимаемого в России параметра «Время вывода готового продукта на рынок». Грубо говоря, это означает, насколько быстро конечное изделие, например «С-300», появится на рынке, насколько долог его доходоприносящий жизненный цикл. Это основополагающее понятие рынка сегодня работает и у нас, в военной сфере: Россия - серьёзный и полноправный конкурент на глобальном мировом рынке вооружений.

Масштабы внедрения COTS-технологий на различных рынках встраиваемых систем можно проиллюстрировать на небольшом примере фрагментации VMEbus: военные системы - 30%, коммуникационные - 29%, промышленные - 24% при общем объёме сбыта модульных компонентов в 1,5 млрд. долл. Новые контракты Motorola с ВМФ/ВВС США предусматривают объём поставки модульных встраиваемых COTS-компонентов на сумму более 1 млрд. долл. до 2001 года. Весьма динамично растет сектор спецприложений и для новой архитектуры повышенной надежности - CompactPCI. Это прежде всего, приложения, связанные с различными системами связи и телеметрии, ввода/вывода и обработки изображений, с реализацией операторских функций.

Отметим основные мотивы и тенденции, характеризующие процессы формирования современной технической и бизнес-политики на рынке компьютерных технологий военного назначения:

снижение военных бюджетов стран-производителей и потребителей;
усиливающаяся локальная и международная конкуренция между поставщиками за военные заказы, приводящая, в частности, к требованию ускорения выхода на рынок с готовым продуктом и снижению цен;
подавляющее преимущество в темпах и качестве технологического развития общегражданских компьютерных технологий над военными, приводящее к перетоку производительного капитала с военного рынка на гражданский. За последние 10-12 лет, по разным оценкам, доля глобального рынка военных полупроводниковых электронных компонентов упала с 17% до менее чем 3%;
усиление рыночных процессов диверсификации производства, приводящих к специализации и развитию конкурентных преимуществ поставщика в конкретной нише рынка с развитием соответствующей локальной и/или международной кооперации с независимыми специализированными производителями всё более сложных базовых OEM-комплектующих или поставщиками специализированных услуг;
ориентация независимых производителей базового программного (встраиваемые операционные системы реального времени и общего назначения, инструментальные средства разработки прикладного программного обеспечения) и базового модульного аппаратного обеспечения (модульные компоненты в различных магистрально-модульных стандартах) не только на рынок военных ОЕМ-потребителей, но и на рынок промышленных, научных, медицинских, коммуникационных и тому подобных гражданских приложений;
увеличение общего количества приложений компьютерных технологий для решения задач в военной сфере, наряду с резко возрастающей сложностью/наукоёмкостью и информационной насыщенностью боевой техники;
уменьшение затратной доли аппаратного обеспечения в стоимости новых боевых компьютерных систем и возрастание долей проектного менеджмента/инжиниринга, прикладного программного обеспечения и доли «стоимости владения», определяющей стоимость сопровождения и модернизации сложной аппаратно-программной среды.

Эти факторы диктуют главный вывод:

время, когда «военные компьютерные технологии» определяли как с финансовой, так и с технологической точки зрения лицо всего компьютерного мира, прошло. Сегодня «гражданский рынок» средств вычислительной техники, как наиболее финансо-содержащий, диктует свои общие технологические, организационные и бизнес-правила жизни рынку «военному».

Это основополагающий «глобальный» принцип и ключевая тенденция в развитии современных военных компьютерных технологий. Его непонимание или недооценка имеют только одно последствие: ускоряющееся отставание на фоне серьёзных финансовых и временных затрат с минимальным или нулевым конечным результатом. В конечном итоге недоучёт этого глобального принципа гарантированно приведёт к потере имеющихся основных конкурентных преимуществ и, как следствие, уходу страны с рынка.

Важно подчеркнуть, что формулировка этого принципа не имеет «национальной» окраски и в общем смысле он равно применим к любой стране.

Ещё один важный вывод, прямо следующий из предыдущего:

абсолютное большинство новейших «военных» компьютерных систем сегодня отражают лучшие технологические достижения, устойчивые стандарты де-факто и де-юре из мира общегражданских, общепромышленных аппаратных и программных технологий. В перспективе эта тенденция будет только усиливаться.

Сложность современных военных компьютерных систем, их разнообразие, необходимость сокращения прямых и косвенных инвестиций, требования интенсификации процесса создания новых поколений техники, развитие кооперационной инфраструктуры по производству-продаже-сопровождению, в том числе и с зарубежными компаниями объективно заставляют военных аналитиков вставать на путь использования наиболее распространённых, открытых, стандартизованных компьютерных технологий, адаптированных на уровне международных стандартов для создания широкого спектра законченных приложений, в том числе жесткого военного исполнения.

Одной из первых идеологию NDI сформулировала около 10 лет назад английская компания Radstone, крупный поставщик базового модульного VMEbus-оборудования общепромышленного и военного назначения. Упрощенно говоря, NDI означает следующее.

Рис. 1. Пример совместимых модулей в разном механическом исполнении

Правительство (читай Министерство Обороны) не обязано всякий раз заново финансировать разработки модульных аппаратных и программных компонентов и, тем более, технологии их создания, что значительно дороже. Один и тот же компонент, например одноплатный компьютер с определённой операционной системой, может быть использован для реализации самых разнообразных проектов - от тренажёра до управления РЛС, от сонара до системы АСУ ПВО или управления огнем.
Преимущественное, с целью удешевления, использование стандартных и совместимых, серийно выпускаемых аппаратных модульных компонентов соответствующего исполнения для создания военной техники.
Полная программная совместимость модулей коммерческого, промышленного и военного исполнения, что позволяет минимизировать стоимость процесса по созданию конечного боевого изделия в целом (рис. 1).

Сегодня концепция NDI стала основой формирования технической политики по созданию современных систем военного назначения, принятой подавляющим большинством крупных подрядчиков, создающих конечные системы в интересах различных родов войск зарубежных стран. Например, только компания DY4 обслуживает около 80 крупных промышленных и военных заказчиков-интеграторов в 14 странах мира, а западногерманская компания PEP Modular Computers порядка 25% своих модульных VME-компонентов формата 3U поставляет для военных заказчиков США и Европы в статусе официального поставщика NATO. Концепция NDI находит все большее понимание не только у сугубо профессиональных компьютерных компаний, но и у аналитиков военных ведомств, отвечающих за формирование долгосрочных программ и генерацию соответствующей технической политики.

Классификация техники различного исполнения

Концепция NDI подразумевает наличие различного, если говорить об аппаратном обеспечении, механического исполнения модульных компонентов, используемых в военных встраиваемых системах. В специальной профессиональной литературе на сегодня существует общепринятая аббревиатура, позволяющая ввести соответствующие градации для техники различного исполнения, применяемой в военной области. В отношении современных базовых модульных, например VME и CompactPCI-компонентов, она выглядит следующим образом.

Линия изделий COTS. «Готовые к применению модули коммерческого исполнения» (Commercial Off-The-Shelf). Температурный диапазон 0?? 70?С. Модули выполняются с использованием полупроводниковых компонентов коммерческого исполнения и предусматривают конвекционное охлаждение в соответствии со стандартом IEEE1101.1. Как правило, это стационарная техника стоечного или настольного исполнения. Может использоваться в передвижных системах с соответствующим демпфированием.

Рис. 2. Одноплатный компьютер CP302 в стандарте CompactPCI на основе процессора Intel Pentium III Mobile. Ориентирован для работы в жестких условиях эксплуатации как в стандартном, так и в расширенном температурном диапазоне

Линия изделий ROTS. ROTS - «готовые к применению модули повышенной надежности» (Rugged-Off-The-Shelf). Температурный диапазон -от -40? до +85?С. Модули выполняются с использованием полупроводниковых компонентов повышенной надежности, предусматривают конвекционное охлаждение в соответствии с IEEE 1101.1 с металлизацией поверхности плат и более жесткими механическими характеристиками. Эти модули также находят широкое применение во многих наружных и бортовых приложениях. Пример наиболее современного модульного компонента такого типа показан на рис. 2.

Линия изделий MOTS. «Готовые к применению модули военного исполнения» (Military-Off-The-Shelf). Номинальный температурный диапазон -55? ?105?С. Модули предусматривают контактное охлаждение «на корпус» в соответствии с IEEE 1101.2. Отличаются наиболее жесткими механическими характеристиками. Как правило, эти модули находят широкое применение в критичных к надёжности бортовых, в том числе авиационно-космических и танковых приложениях, в сложных промышленных системах.

Наши реалии

Открытые коммерческие, промышленные и военные компьютерные технологии всё более прочно приживаются и на российской почве. Главная причина проста - отечественные производители всё чаще сталкиваются с рыночными законами генерации новых поколений конечных спецсистем, с необходимостью сокращения инвестиций в разработку новых нормативных внутрифирменных стандартов, с необходимостью создания новых современных, в том числе международных, коопераций для организации производства и сопровождения новой техники, с необходимостью сокращения сроков выхода готового изделия на рынок.

К сожалению, время от времени, ложно понимаемый конкретным производителем принцип так называемых «российских» условий или понятное желание сделать компьютерную спецтехнику «дешевле», и «модернизировать» известные архитектуры, скажем, магистрально-модульных систем, приводит к созданию ни с чем не совместимых компьютерных спецплатформ. Что в свою очередь означает сложность модернизации, малый выбор модульных аппаратных и программных компонентов и «монопольный», отражающийся и в цене, характер работы производителя со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями для потребителей. Всё это, в конце концов, неминуемо ведёт к ощутимым финансовым потерям. Несоблюдение стандартов всегда наказуемо.

Можно ли проиграть на рынке при соблюдении стандартов? Да, конечно. Можно ли выиграть от их несоблюдения? Тоже - да. Но вероятность выиграть при соблюдении стандартов (особенно если «игрок» не имеет оборотных средств как у INTEL, IBM, Motorola и т.п.) гораздо выше, чем выиграть при отказе от них.

Современные аппаратные и программные COTS-технологии - это тот самый реальный базис, вокруг которого сегодня и строится здание «двойных» технологий, способных эффективно работать как в промышленных, коммуникационных и стендовых/тренажёрных системах, так и в жестких военных приложениях при использовании единого программного инструментария. COTS-технологии - это серийные базовые аппаратные и программные компоненты, предназначенные как для интеграции единичных заказных целевых систем, так и для комплектования собственного серийного производства оригинального целевого оборудования. Это инструмент создания систем, некая технологическая основа, а не конечная система. Они позволяют использовать огромный парк готовых покупных аппаратных и программных компонентов, при необходимости разрабатывать и производить собственные оригинальные модули и программное обеспечение, концентрируясь на самом главном и дорогом: системотехнике, менеджменте, инжиниринге, внедрении и сопровождении собственной целевой системы, разработке прикладного ПО и реализации своего технологического ноу-хау в минимальные сроки. А это как раз те компоненты бизнеса, где отечественные специалисты, создающие военные системы самого различного назначения, очень сильны.