ENIAC: 30 ton, 18 000 lamp i narodziny ery komputerów

Obliczenia, które decydowały o życiu i śmierci

Druga wojna światowa była nie tylko konfliktem zbrojnym – była też wojną obliczeń. Artyleria, rakiety, bomby lotnicze: każdy pocisk wymagał precyzyjnych tabel balistycznych opisujących trajektorię lotu przy różnych warunkach atmosferycznych, kątach strzału i masie ładunku. Jeden kompletny zestaw takich tabel obejmował tysiące wartości, a ich ręczne wyliczenie przez matematyków zajmowało wiele tygodni.

W armii USA za obliczenia odpowiadały tak zwane ludzkie komputery – głównie kobiety z wykształceniem matematycznym, które godzinami pracowały na mechanicznych kalkulatorach. Mimo ogromnego wysiłku, Army Ballistic Research Laboratory w Aberdeen nie nadążała z zapotrzebowaniem frontowym. Na każdy nowy typ amunicji czy samolotu trzeba było liczyć od nowa.

Właśnie w tym kontekście John William Mauchly, fizyk i meteorolog, oraz J. Presper Eckert, inżynier elektronik, złożyli w 1943 roku wniosek o finansowanie projektu elektronicznej maszyny liczącej. Armia zaakceptowała propozycję niemal natychmiast. Stawką była przewaga wojskowa, a czas naglił – koszt budowy ustalono na 150 000 dolarów, równowartość ponad 6 milionów dzisiejszych dolarów.

Monstrum z 18 000 lamp próżniowych

ENIAC zajmował powierzchnię 167 metrów kwadratowych – tyle co duże mieszkanie lub całe piętro biurowca. Składał się z 40 modułowych paneli ustawionych w podkowę, każdy wysoki na ponad 2,5 metra. Całość ważyła 30 ton. W środku znajdowało się m.in.:

• 18 000 lamp próżniowych – głównych elementów przełączających, odpowiedników dzisiejszych tranzystorów
• 70 000 rezystorów i 10 000 kondensatorów
• 6 000 przełączników obsługiwanych ręcznie przez operatorów
• ponad 800 kilometrów przewodów połączonych ze sobą wewnątrz paneli

Maszyna pobierała około 150 kilowatów energii elektrycznej – tyle, ile dziś zużywa kilkadziesiąt typowych domów jednorodzinnych jednocześnie. Przez cały czas pracy wydzielała tak dużo ciepła, że wymagała własnego systemu chłodzenia, a temperatura w pomieszczeniu regularnie przekraczała 50 stopni Celsjusza. Lampy przepalały się niemal codziennie – technicy wymieniali ich kilkanaście w ciągu jednej zmiany roboczej.

Oficjalne uruchomienie ENIAC nastąpiło 14 lutego 1946 roku. Na pokaz zaproszono dziennikarzy i generalicję. Ku ich zdumieniu, maszyna wyliczyła trajektorię pocisku artyleryjskiego w ciągu 20 sekund – operacja, która ręcznie zajmowała ponad 20 godzin. Sala wybuchła aplauzem.

Sześć kobiet, które nauczyły ENIAC myśleć

W historiach o ENIAC przez dekady dominowały nazwiska Mauchlyego i Eckerta. Tymczasem za sprawne działanie maszyny odpowiadała szóstka kobiet, znanych dziś jako ENIAC Six: Kay McNulty, Frances Bilas, Betty Jean Jennings, Elizabeth Snyder, Marlyn Wescoff i Ruth Lichterman.

Wszystkie sześć pracowały wcześniej jako ludzkie komputery – ręcznie obliczały tablice balistyczne dla armii, używając mechanicznych kalkulatorów. Gdy wybrano je do obsługi ENIAC, nie dostały żadnej instrukcji obsługi. Musiały same zrozumieć, jak działa maszyna – wyłącznie na podstawie schematów elektrycznych i fizycznej budowy urządzenia.

Programowanie ENIAC nie przypominało niczego ze współczesnego IT. Nie było klawiatury ani monitora. Program tworzono przez fizyczne przepinanie setek kabli między panelami i ustawianie tysięcy przełączników. Każda zmiana algorytmu oznaczała godziny pracy przy tablicach z gniazdami wtykowymi. Kobiety musiały dosłownie ułożyć obliczenie w przestrzeni fizycznej maszyny – jak przestrzenny diagram logiczny z kabli i metalu.

Na słynnej konferencji prasowej w 1946 roku fotografowie skupili się wyłącznie na panach w garniturach. Programistki nie zostały nawet przedstawione publiczności. Wiele z nich dopiero po latach dowiedziało się, że są na zdjęciach, które trafiły na pierwsze strony gazet na całym świecie. Ich wkład doceniono dopiero po dziesięcioleciach, w dużej mierze dzięki badaniom historyczki Kathy Kleiman prowadzonym od lat 80. XX wieku.

Co potrafił ENIAC – i do czego go używano?

Oficjalnie ENIAC miał liczyć tablice balistyczne. Zanim jednak zdążył trafić do użytku wojennego, II wojna światowa się skończyła. Maszyna nie zmarnowała jednak czasu – szybko znalazła nowe, przełomowe zastosowania:

• Obliczenia dla projektu bomby termojądrowej – John von Neumann, matematyk i konsultant projektu, już w 1945 roku użył ENIAC do symulacji wybuchu bomby wodorowej. Maszyna przetworzyła milion kart dziurkowanych z danymi w czasie, który ręcznie zajmowałby lata.
• Pierwsza numeryczna prognoza pogody – w 1950 roku ENIAC wykonał pierwszą w historii komputerową prognozę meteorologiczną dla całych Stanów Zjednoczonych. Obliczenia trwały 24 godziny; prognoza dotyczyła jednego dnia.
• Analiza danych spisu powszechnego – przetwarzanie ogromnych zbiorów danych demograficznych, co wcześniej zajmowało latami całe zespoły urzędników.
• Obliczenia aerodynamiczne – symulacje dla przemysłu lotniczego i rozwijającego się przemysłu rakietowego.

ENIAC mógł wykonywać 5000 dodawań na sekundę – wynik imponujący w 1946 roku, gdy najszybszy człowiek-kalkulator robił to kilka razy na minutę. Maszyna działała nieprzerwanie aż do 2 października 1955 roku, gdy została oficjalnie wyłączona. Szacuje się, że w ciągu 10 lat pracy wykonała więcej obliczeń niż cała ludzkość od początku zapisanej historii.

Od 30 ton do smartfona w kieszeni

Dziś smartfon za kilka tysięcy złotych jest miliard razy szybszy od ENIAC. Nowoczesny chip mobilny wykonuje kilkanaście bilionów operacji na sekundę, zużywa kilka watów energii i mieści się w kieszeni kurtki. ENIAC pobierał 150 000 watów i zajmował budynek.

Ta przepaść to efekt prawa Moorea w akcji – przez 80 lat liczba tranzystorów na chipie podwajała się mniej więcej co dwa lata. Ale ENIAC był punktem zerowym tej rewolucji. Udowodnił, że elektroniczne obliczenia są możliwe i praktycznie użyteczne – i otworzył drogę dla wszystkiego, co nastąpiło potem:

1. Tranzystor (1947) – zastąpił lampy próżniowe, zmniejszając rozmiary i pobór energii o rzędy wielkości
2. Układ scalony (1958–1959) – tysiące, a potem miliony tranzystorów na jednym chipie krzemowym
3. Mikroprocesor Intel 4004 (1971) – cały komputer na jednym układzie wielkości paznokcia
4. IBM PC (1981) – komputer osobisty dostępny dla każdej firmy i każdego domu
5. Smartfon (2007–dziś) – superkomputer w kieszeni, miliard razy potężniejszy od ENIAC

Jeden z oryginalnych modułów ENIAC można dziś zobaczyć w Smithsonian Institution w Waszyngtonie. Drugi stoi na Uniwersytecie Pensylwanii, gdzie wszystko się zaczęło. Reszta – 30 ton żelaza, miedzi i szkła – poszła na złom w drugiej połowie lat 50.

Historia ENIAC to przypomnienie, że każda wielka technologia zaczyna się od odważnego eksperymentu i ludzi gotowych pracować bez instrukcji. Sześć kobiet z kablami w rękach i dwóch inżynierów z wizją – to wystarczyło, by zmienić bieg historii.