Открытые технологии в военных приложениях

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 самолета Global Hawk компании Teledyne Ryan Aeronautical, нашумевший полет 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 серьезном 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 идет, 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 ведется совместными усилиями большого числа конкурирующих компаний: Motorola, HP, IBM, SUN, производящих совместимую серийную технику. Главным фактором начала процесса стандартизации конкретной открытой компьютерной технологии стало ее 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 - серьезный 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 объеме сбыта модульных компонентов в 1,5 млрд. долл. Новые контракты Motorola с ВМФ/ВВС США предусматривают объем 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 все 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/наукоемкостью 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 серьезных финансовых и временных затрат с минимальным или нулевым конечным результатом. В конечном итоге недоучет этого глобального принципа гарантированно приведет 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.

Еще 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 распространенных, 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 (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 определенной операционной системой, может быть использован для реализации самых разнообразных проектов - от тренажера 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 до 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 надежности бортовых, в том числе авиационно-космических и танковых приложениях, в сложных промышленных системах.

Наши реалии

Открытые коммерческие, промышленные и военные компьютерные технологии все более прочно приживаются и на российской почве. Главная причина проста — отечественные производители 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. Все это, в конце концов, неминуемо ведет к ощутимым финансовым потерям. Несоблюдение стандартов всегда наказуемо.

Можно ли проиграть на рынке при соблюдении стандартов? Да, конечно. Можно ли выиграть от их несоблюдения? 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/тренажерных 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.

Алексей Рыбаков (rybakov@rtsoft.msk.ru) — сотрудник компании RTSoft (Москва).