Системные уровни в системной инженерии. Пример вычислительной техники. ​

В современной вычислительной технике легко насчитать десяток системных уровней. Вот пример выделения этих уровней от нижних к верхним для классических компьютеров (их больше, тут приведён только пример мышления об этих уровнях, разные производители могут выделять их по-разному для разных проектов):

1. Чистые материалы (кремний и тщательно дозированные его «загрязнения», дающие эффект полупроводимости).
2. Части транзистора (исток-сток-затвор).
3. Полевой транзистор и межтранзисторные соединения.
4. Логические элементы (состоят из нескольких связанных транзисторов).
5. Арифметически-логические устройство/вычислительное ядро, память и прочие части процессоров и разных видов памяти.
6. Процессоры/чипы: общего назначения (CPU), графических/матричных вычислений (GPU), сетевой коммутации между процессорами, оперативной памяти.
7. Компьютерные платы с процессорами и памятью, внешними устройствами (например, твердотельными накопителями).
8. Компьютерный рэк с несколькими компьютерными платами, связным оборудованием ввода-вывода, системой питания и охлаждения. Связные кабели.
9. Серверная стойка для нескольких компьютерных рэков с питанием и охлаждением.
10. Поды (pods) из нескольких связанных друг с другом серверных стоек.
11. Датацентр из нескольких «подов», в его состав может входить даже робот телеприсутствия с видеокамерой для наблюдения ночью. Суперкомпьютер уровня датацентра (по состоянию на июнь 2020 седьмой в мире по мощности) мог быть уже несколько лет назад собран за 3.5 недели всего 6 инженерами^[1].

Чистые материалы в масштабах частей транзистора имеют размеры, сравнимые с размерами атомов (ориентир в 2023 году был 1 нанометр для выпуска к 2030 году, хотя речь идёт не совсем о физических размерах транзисторов^[2]). Датацентры с суперкомпьютерами сегодня --- это десятки тонн оборудования, сотни кубометров по объёму. Инженеры организуют своё мышление вокруг системных уровней: системы на каждом из этих уровней состоят из частей нижележащего уровня и сами являются частью систем более высокого уровня. Системы каждого из системных уровней разрабатываются инженерами, умеющими решать проблемы этих уровней. Вместе все эти уровни дают мощность вычислений, которую нельзя получить, используя редукционистский подход, «суперкомпьютер прямо из чистых материалов» и даже «суперкомпьютер из транзисторов».

Совершенно необязательно называть системы на всех этих уровнях«система», «система транзистор», «система серверная стойка».Система --- это тип объекта. Мы можем «приговаривать» к каждому слову его тип, но это будет звучать странно. Мы не говорим«процесс летит система самолёт», мы говорим «летит самолёт».Мы не говорим «система центральный процессор в составе системы компьютера», мы говорим «центральный процессор в компьютере». Это не убирает факта, что мышление инженеров вычислительной техники системно, их деятельность организована вокруг системных уровней вычислительной техники, этих системных уровней много, только в нашем сверхупрощённом примере этих уровней одиннадцать.

Приём опускания типа «система» (включая разнообразие видов систем --- целевая, надсистема, подсистема, система в окружении, далее будет ещё и система создания) важен, если вы разговариваете с людьми, не знакомыми с системным мышлением. Для коллеги, который знаком со стандартами системной инженерии и менеджмента, или хотя бы проходил наш курс, будет уместно сказать «X --- это целевая система», что эквивалентно X::«целевая система». Для других людей лучше сказать «X» или «целевой X» или даже «важно учитывать X», но слово «система» как принадлежность к типу лучше произнести в уме, если собеседник незнаком с этими типами. А вот для собственного мышления принадлежность к типу нужно отслеживать обязательно!

Успехи сегодняшней вычислительной техники достигаются именно многоуровневой организацией компьютеров --- как от уровня компьютерного чипа вплоть до частей транзистора, так и от уровня «компьютера в сборе» (рэка для датацентра) до уровня датацентра в целом. Это ровно тот же рост сложности, какой происходит в биологической эволюции, и он регулируется теми же закономерностями^[3]. Успехи электроэнергетики, ракетостроения, транспортного машиностроения, вообще инженерии в целом --- они достигаются точно так же, многоуровневой организацией их целевых систем, а также многоуровневой организацией систем-создателей (скажем, завода по производству полупроводниковых чипов, завода по производству ракет и т.д.).

Разделение труда людей проходит по линии разных видов систем, но ещё и разных системных уровней одного вида систем, ибо системы разных уровней создаются/construct/enabling разными «методами работы»/«видами практик»/«содержанием труда» самых разных создателей/constructors/«enabling systems»/ «систем создания» в самых разных ролях.

Инженер, разрабатывающий и производящий чистые материалы для полупроводниковой промышленности, существенно отличается по своим знаниям от знаний инженера по производству полупроводниковых чипов методом литографии. Ещё и мастерство разработки и производства будут различаться настолько, что ими будут заниматься разные предприятия (одни только разрабатывают, другие только производят --- и специализация людей-инженеров этих предприятий разная). Это и есть разделение труда. Мастерство этих инженеров, выпускающих чистые материалы, инженеров, которые выпускают из них чипы (интегральные микросхемы) существенно отличается от мастерства инженеров, проектирующих компьютерные рэки и производящих эти рэки. Но все эти разные виды инженеров-технарей и менеджеров как инженеров организаций договариваются друг с другом о том, как из систем более низкого системного уровня изготавливаются системы более высокого, более сложного уровня --- включая организацию менеджерами предприятий, которые всем этим займутся.

Системное мышление позволяет не потерять внимание в этих сложных коллективных переговорах по поводу создания и модификации многоуровневых инженерных систем и сложной сети предприятий, которая эти системы производит. Не будет забыт ни один сток транзистора, ни один вентилятор в рэке, ни один кабель в датацентре, ни одно подразделение, этими системами занимающееся, ни один вид оборудования в этих подразделениях, ни одна категория клиентов, ни одна категория поставщиков, ни один закон тех обществ, где всё это должно заработать и наносить непоправимую пользу самым разным агентам-собственникам самых разных систем.