WEIZAC, המחשב הישראלי הראשון – חלק א'

כתב: רן לוי

עשרים ושניים בדצמבר, 2016. אני פוסע בשבילים ובכבישים הצרים של מכון וייצמן שברחובות. למרות שאמצע החורף, בחרתי ביום החם ביותר בחודש האחרון כדי ללכת לאיבוד, ועוד עם תיק מלא בציוד הקלטה. היעד שלי הוא בניין זיסקינד של הפקולטה למדעי המחשב.

למזלי, רגע לפני שאני נמס בשמש, מוצאת אותי אילנה אייזן. אילנה עובדת במכון למעלה מארבעים שנה, והייתה מזכירת המכון במשך שנים ארוכות.  כיום היא מתנדבת במחלקת הדוברות של מכון וייצמן. אילנה לקחה על עצמה את משימת תיעוד ההיסטוריה של המכון, ובדרך לבניין זיסקינד היא מספרת לי על המדענים המרתקים שראיינה ועל אוסף ההקלטות העשיר שהיא שומרת בביתה. פרט לשנינו, היא מספרת לי, יצטרף להקלטה היום גם צלם וידאו מטעם המכון: עדות לחשיבות שרואה מחלקת הדוברות בהזדמנות הנדירה לתעד את אחד הסיפורים הגדולים בתולדות ההיי-טק הישראלי.

סוף סוף אנחנו מגיעים לזיסקינד. מבחוץ, הבניין הנמוך אינו מרשים במיוחד, אבל כשנכנסים פנימה אפשר להרגיש שהוא ממשיך במסורת האדריכלית של האוניברסיטאות האירופיות העתיקות: התקרה גבוהה מאוד, המסדרונות צרים, וגרם מדרגות מתפתל לאורך הקירות אל הקומה השנייה. במבואה, מול פסל של אלברט איינשטיין, עומד ארון גדול – או משהו שנראה כמו ארון גדול, בכל אופן, עד שמסתכלים מקרוב ואפשר לראות שמדובר באוסף של נגדים, קבלים, סלילים ושפופרות ואקום המחוברים זה לזה בהלחמות ובאינספור חוטים זעירים. קשה להאמין, אבל זהו מחשב – ולא סתם מחשב, כי אם המחשב הראשון שפותח בישראל, ואחד המחשבים הראשונים בעולם בכלל. בכניסה לפקולטה אנו פוגשים את אריאל יפה, דוקטורנט למדעי המחשב: הוא זה שיצר עמי את הקשר הראשוני והציע לקיים את הריאיון. למראית עין, אין קשר בין הדוקטורנט הצעיר והמבריק, התגלמותה של תעשיית ההיי-טק הישראלית המשגשגת, למכונה העתיקה והמאובקת שעומדת במבואה. אך למעשה, הראשון לא היה פה אלמלא האחרת.

אילנה מובילה אותי לחדר שבו נקיים את הראיון: סלון גדול, עם ארונות ספרים שמכסים קיר שלם, לוח כתיבה שמכסה את הקיר השני, כמה כורסאות נוחות ושולחן נמוך במרכז. אני יכול לדמיין לעצמי מתמטיקאים יושבים בכורסאות הנוחות האלה ומשוחחים על השערות, תיאוריות והוכחות. אל הסלון מצטרף המרואיין. שמו פרופסור אביעזרי פרנקל, והוא אדם צנוע מאוד.

"[אביעזרי] בקשר להציג את עצמי, אני נזכר שיום אחד כשגם הייתי צריך להציג את עצמי בדצמ' 2006, כאשר היה פה טקס. בא הנשיא של IEEE וגם הנשיא של מכון וייצמן. אני כתבתי ראשי תיבות: סמרחב"ם. הדיקן שלי, שראה את זה לפני זה, הוא ניחש שה- ס' היא בטח Senior. אמרתי לו – איך קלעת למטרה? אם זה היה באנגלית, זה באמת היה Senior. אבל סמרחב"ם היא ראשי תיבות של מילים בעברית, והיא דרגה מיוחדת שהרמטכ"ל העניק לי: סגן מפקד רבע חוליה בלתי מוסמך".

אבל פרופ' אביעזרי רחוק מלהיות 'סגן מפקד רבע חוליה בלתי מוסמך.' הוא פרופ' למתמטיקה, אחד מחלוצי תחום מדעי המחשב בישראל, הוגה פרויקט מחשוב גדול בשם 'פרויקט השו"ת' – או מאגר היהדות הממוחשב, בשמו הרשמי – שזכה בפרס ישראל. והפרט החשוב ביותר לענייננו: הוא היה אחד הברגים המרכזיים בפרויקט ה-WEIZAC, המחשב הישראלי הראשון: פרוייקט שנראה היה בזמנו כרעיון הזוי וחסר היגיון אך בדיעבד, היה זה המהלך שהתניע את תעשיית ההיי-טק הישראלית והמשגשגת של ימינו.

פרופ' אביעזרי בן 88. זקנו הלבין, קולו סדוק וגם השמיעה כבר לא מה שהייתה פעם – אבל מוחו צלול ומבריק כשהיה באותו יום גורלי ב-1954 שבו נתקל במודעה בלתי שגרתית בעיתון.

"[אביעזרי] בקשר לרקע שלי, אם לא תגלה את זה למכון אחרת יפטרו אותי – אני מעולם לא הייתי לא בגן ילדים, ולא בבית ספר תיכון. בבית הספר העממי, אחרי כיתה ח', היה לי כל הזמן אותו המורה ואני לא אהבתי אותו – אז החלטתי שמספיק לימודים. נהפכתי לשוליית חשמלאי. בירושלים הלכתי עם סולם לתקן חשמל בבתים.
אחר כך איזו דודה שכנעה את הורי שכדאי שייצא ממני משהו, אז עשיתי בחינות כניסה לטכניון והתחלתי ללמוד באוק' 1947. אבל היות והייתי חבר הגנה, אז שלחו אותי להגנת צפת ועזבתי את הלימודים. חזרתי בפברואר 1948. אחרי חודש חודשיים סגרו את הטכניון בגלל מלחמת השחרור. וב-1950 הסטודנטים קיבלו שחרור מוקדם ועשו לנו קורס מהיר, שנתיים. שנתיים בטכניון, זה בעצם החינוך שלי. ב-1954, כשהצבא ביקש ממני לחתום הלאה על קבע, ראיתי מודעה בעיתון שבמכון וייצמן מחפשים מהנדסים כדי לבנות מחשב דיגיטלי. זה הדליק את הדמיון שלי. מחשב דיגיטלי?! מה זה היצור הזה?
[רן] מה ידעת על מחשבים אז?
[אביעזרי] כלום. שום דבר. זה הדליק את הדמיון שלי. אני רוצה לדעת מה זה מחשב דיגיטלי."

אין פלא שאביעזרי הצעיר לא ידע דבר וחצי דבר על מחשבים. מחשבים היו עבור רוב הציבור בגדר מדע בדיוני. רק עשר שנים קודם לכן, ב-1946, בנו שני מדענים מוכשרים – ג'ון מאכלי (Mauchly) ופרספר אקרט (Eckert) את המחשב הדיגיטלי הראשון אי פעם, באוניברסיטת פנסילבניה שבפילדלפיה, ארצות הברית – ה- ENIAC, ראשי תיבות של Electronic Numerical Integrator and Computer. ה-ENIAC היה מפלצת: אלף ושמונה מאות שפופרות ואקום שהיו מסוגלות לבצע כחמשת אלפים פעולות בשנייה, ושכנו בתוך עשרות ארונות שכיסו שטח כולל של מאה ושישים מטר רבוע – משהו כמו דירה בינונית בעתלית, או מאה ושישים דירות בתל אביב. פרט ליחידי הסגולה שהיו מעורבים בפיתוח ה-ENIAC ובמחשבים הספורים שנבנו אחריו, רק מעט מאד מהנדסים ומדענים ידעו מה מסוגלת או לא מסוגלת לעשות המכונה האדירה הזו.

חיים פקריס

אבל היה אדם אחד שידע מה יכול – או יותר נכון, יוכל – המחשב לתרום לעולם, ותמונתו תלויה בחדר שבו אני ופרופ' פרנקל יושבים כעת, לצד תמונות רבות של מדענים וחוקרים בולטים אחרים בתולדות הפקולטה למדעי המחשב. זהו פרופ' חיים פקריס.

חיים פקריס נולד בליטא בשנת 1908. בגיל 16 כבר לימד מתמטיקה בבית הספר התיכון וכשהיגר לארצות הברית זכה עד מהרה למלגות לימוד בזכות כשרונו הבולט. פקריס למד מתמטיקה – אבל נמשך בעיקר ליישומיה המעשיים בשדות שונים ומגוונים כגון מטאורולוגיה, אופטיקה וגאופיזיקה. במהלך מלחמת העולם השניה סייע רבות לפיתוח טכנולוגיית הסונאר, ועל השגיו שם זכה בתואר 'אדמירל לשם כבוד' מטעם הצי האמריקני. השגיו הביאו אותו בשנות הארבעים לאחד ממכוני המחקר היוקרתיים ביותר בעולם, אם לא היוקרתי שבהם: המכון ללימודים מתקדמים (IAS) שליד אוניברסיטת פרינסטון. ב-IAS עבדו כמה מהמדענים הגדולים בהיסטוריה של המאה העשרים כדוגמת אלברט איינשטיין, קורט גדל, וולפגנ פאולי ורבים אחרים ששמותיהם בדרך כלל מופיעים לצד מילים כגון 'תורת-' או 'משפט-'.

אהבתו של פקריס ליישומים המעשיים של המתמטיקה הביאה אותו להתעניין במחשב. הוא ראה את הפוטנציאל שהיה טמון במחשב לסייע בפתרון בעיות עתירות חישובים שהיו קשות לפתרון עד אז, והיה מראשוני המדענים שעסקו באופן פעיל בפיתוח שיטות חישוביות לפתרון בעיות פיזיקליות. לנו, שגדלנו לתוך עידן המחשב, התובנה הזו נראית ברורה מאליה – אבל לא כך היה בתקופתו של פקריס. המחשבים הראשונים היו כה גדולים, כה יקרים וכה מסובכים לתפעול עד שקשה היה לתפוס אותם כשימושיים. דמיינו לעצמכם מדען שמציע לכם להתקין כור אטומי קטן כמנוע לרכב: נכון, לכור אטומי יש פוטנציאל נפלא – אפשר יהיה לנסוע שנים ללא תדלוק – אבל מבחינה מעשית, המורכבות של תפעול כור אטומי, על כל הסכנות שלו, הופכת את הרעיון כולו ללא ממש מעשי. אצל מדענים רבים, גם היה הרעיון של שימוש במחשב כדי לפתור בעיות מדעיות כאלה ואחרות נתפס כלא מעשי.

הבעיה של ה-ENIAC

הסיבה העקרונית למורכבות ולקושי של העבודה עם ה-ENIAC הייתה היעדר גמישות. דמיינו את ה-ENIAC כאוסף יחידות חישוב נפרדות אשר מחוברות בכבלי חשמל. בואו נאמר שאנו רוצים לחשב את תוצאת התרגיל (1+2)*3. ב-ENIAC, הספרות אחת ושתיים מוכנסות ליחידת חישוב המבצעת פעולת חיבור, ותוצאת החיבור מועברת בכבל אל יחידת חישוב אחרת שמבצעת את פעולת הכפל. אם צריך לקחת את התוצאה הזו ולחלק אותה במספר שלישי, אז כבל נוסף יוליך מיחידת הכפל אל יחידת החילוק וכן הלאה. במילים אחרות, זוהי מעין 'צנרת' שמוליכה מידע מנקודת התחלה מסוימת, דרך יחידות עיבוד בסדר הנכון – ועד לנקודת סיום. אבל מה קורה אם אנו רוצים לשנות את התרגיל, למשל – 3*2+1? ב-ENIAC, פירוש הדבר היה לנתק את הכבלים ולחבר אותם מחדש בין היחידות השונות – דהיינו, תוצאת הכפל מועברת אל הכניסה ליחידת החיבור וכן הלאה.

זה נשמע די פשוט כשיש לך רק כמה יחידות חישוב וכבל אחד או שניים – אבל ב-ENIAC היו אלפי יחידות חישוב ועשרות אלפי כבלים. שלושה ארונות חשמל גדולים הוקדשו לחיבורים השונים, וכל אחד מהם הכיל אלף ומאתיים מפסקים, ולכל אחד מהם היו עשרה מצבים שונים! אני מוצא את עצמי לפעמים עומד מול לוח החשמל הראשי בבית, זה שיש בו שלושים פיוזים ומפסקים, ולא יודע מאיפה להתחיל. אז איך מתמודדים עם עשרות אלפי מפסקים וכבלים?… כאן המקום, אגב, לתת קרדיט היסטורי חשוב למי שהיו אמונות על המשימה המורכבת הזו. בצוות של ה-ENIAC היו חברות שש נשים שתפקידן היה לחווט את המחשב כדי לבצע את החישובים השונים. כיוון שלמהנדסים ולמדענים שהיו מעורבים בתכנון המחשב לא היה זמן ללמד אותן מה לעשות, הן נטלו יוזמה ולמדו בכוחות עצמן – מסכימות, ומניסוי וטעיה – איך לחווט את ה-ENIAC. בזכות מאמציהן פעל ה-ENIAC, לאחר שהושלם, במשך קרוב לעשור ותרם רבות לחישובים בתחומי חיזוי מזג האוויר, חקר הקרניים הקוסמיות ופיתוח פצצת המימן.

ג'ון פון נוימן

חיים פקריס, כאמור, האמין בפוטנציאל של המחשב. מי ששכנע אותו בפוטנציאל הזה, למרות כל העדויות ההפוכות, היה אחד מעמיתיו ב-IAS, המכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון: ג'ון פון נוימן (Von Neumann). פון נוימן, מתמטיקאי ממוצא הונגרי, נחשב לאחד מהמדענים המבריקים ביותר של המאה העשרים. הוא נודע כאבי תורת המשחקים ותרם תרומות חשובות למגוון שדות מחקר – החל מתורת הקוונטים ועד למתמטיקה טהורה. פון נוימן היה שותף בכמה וכמה ועדות אקדמיות שייעצו לצבא ארצות הברית במהלך מלחמת העולם השנייה, למשל בפרויקט מנהטן לפיתוח פצצת האטום הראשונה.

פון נוימן נכנס לעולם המחשב כמעט במקרה. באחד הימים הוא נסע  פון נוימן ברכבת ועבר דרך פילדפיה. בתחנה, על הרציף, פגש באקראי מכר שלו – מדען שעבד גם הוא בשירות הצבא. פיתוח ה-ENIAC באוניברסיטת פנסילבניה מומן על ידי הצבא האמריקני שקיווה להעזר בו לחישוב מסלולי פגזי ארטילריה, ועמיתו של פון נוימן היה חלק מצוות הפיתוח של פרוספר ומאכלי. הוא סיפר לו על ה-ENIAC ועל העבודה פורצת הדרך שנעשית באוניברסיטה, והזמין את פון נוימן לביקור. פון נוימן הוקסם מהמחשב, והסכים להצטרף לצוות כיועץ. מאוחר יותר, כשכבר היה בפרינסטון, ביקש פון נוימן לבנות מחשב משלו – אך למרות שהיה חבר בולט ב-IAS, עמיתיו במכון לא 'השתגעו', בלשון המעטה, על הרעיון של בניית מחשב. ה-IAS היה מכון ללימודים תיאורטיים, מקום של לוחות וגירים, ניירות ועפרונות. לא היו בו מעבדות ולא סדנאות. פון נוימן אמנם הצליח בסופו של דבר לשכנע את מנהלי המכון לאשר לו לבנות מחשב, אבל המקום שהוקצה לצורך הפרויקט היה הגשמת האימרה – 'רחוק מהעין, רחוק מהלב': אי שם במחשכי המרתף בקומה השנייה מתחת לאדמה. שם, לצד דוודי ההסקה ומכונות הכביסה, עבדו פון נוימן וצוות של שישה מהנדסים על פיתוחו של המחשב החדש, ושם גם נחשף פרופ' חיים פקריס לטכנולוגיה החדשה הזו. השיחות שניהל עם פון נוימן שכנעו אותו שהמחשב עתיד לשנות את העולם.

פקריס עולה לישראל

פרט למתמטיקה יישומית, לחיים פקריס הייתה מטרה נוספת בחייו. יחד עם אנשי עסקים ובעלי ממון אחרים, עסק פקריס באיתור וברכש ציוד צבאי עודף של צבא ארה"ב – נשק וכלים אחרים שנותרו ללא שימוש בתום מלחמת העולם השנייה – והעברתו לידי "ההגנה" בארץ ישראל. פעילותו הציונית הנלהבת הביאה את חיים ויצמן, נשיאה הראשון של מדינת ישראל ובעצמו מדען בעל שם, להציע לפקריס לעלות לישראל ולהצטרף למכון מחקר צעיר שהקים בשם 'מכון זיו' – לימים, מכון וייצמן, על שמו. וייצמן קיווה שפקריס יקים פקולטה חדשה למתמטיקה שימושית. פקריס הסכים לעלות לישראל – ועובדה זו לבדה מעידה על עצמת האמונה הציונית שזרמה בעורקיו. פקריס הסביר את מניעיו בדברים שנשא בשנות השישים:

"הם — הגויים — אומרים שאנחנו היהודים איננו מוכשרים במקצוע ההנדסי, והיו ימים ששמענו מהם אותה טענה ביחס לחקלאות וביחס לשירות צבאי, ובאה התנועה הציונית ושינתה את הדבר… אין להתעלם מהעובדה שכיום קיימת לפנינו משימה ציונית נוספת והיא להחדיר את המקצוע ההנדסי לאינטליגנציה היהודית… היהודים אינם מצליחים בהנדסה משום שאינם מחזיקים במקצוע הזה, ודומני שבימים אלה הבעיה חיונית, חיונית לעצם קיום המדינה, ואולי לכל העם."

דמיינו לעצמכם שחקן כדורגל ישראלי מוערך שנמצא בשיא הקריירה שלו, ומועסק במועדון כדורגל מפואר שאלפי כדורגלנים אחרים משתוקקים לשחק במסגרתו – עוזב הכול כדי לעבור לשחק בכפר סיני נידח, בקושי עשרה מיליון תושבים. אבל הכדורגלן ההיפותטי שלנו אינו עושה זאת תמורת משכורת שמנה אלא מסיבה אחת ויחידה –  הוא רוצה להציב את מועדון הכדורגל של הכפר הסיני הנידח על מפת הכדורגל העולמית. זה הקורבן שהקריב פקריס למען ישראל: הוא הסכים לעזוב את המכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, את איינשטין, פון נוימן וגדל – לטובת מכון מחקר זעיר במדינה ענייה, עמוסה בפליטים ושעצם המשך קיומה מוטל בספק.

ועדה מייעצת בפרינסטון

אבל כדי שיסכים להקריב את הקורבן העצום הזה, הציב פקריס לוייצמן תנאי אחד: מחשב. הוא היה מוכן להשאיר מאחוריו את כל מה שהיה לפרינסטון להציע – פרט למחשב. פקריס חלם על היום שבו ייעזר במוח האלקטרוני כדי לפתור בעיות שאיש לא פתר קודם, ולא הסכים לוותר על החלום הזה.

ויצמן נטה להסכים לתנאי הזה, אבל זה לא היה מספיק. כדי לגייס את המימון הדרוש לבניית המחשב, פקריס היה צריך לשכנע גם את מקבלי ההחלטות ואת קהילת המדענים בישראל שכדאי להשקיע את מה שהיו אז סכומי עתק – עשרים אחוזים מתקציבו השנתי של מכון וייצמן – בהרפתקה טכנולוגית שכזו. מבין שני אלה, המחליטים לעומת המדענים, ההתנגדות הגדולה ביותר הגיעה מכיוון קהילת המדע בישראל דווקא, שבניה נאבקו על כל לירה ולירה של תקציבי מחקר. חלק גדול מהחוקרים באוניברסיטה העברית, בטכניון ובשאר המוסדות האקדמיים לא הבינו מדוע מתעקש פקריס על הגשמת הפנטזיה הפרועה שלו. בכל העולם כולו באותו הזמן היו בקושי עשרים מחשבים, וכמעט כולם בארצות הברית ובבריטניה, שתי מעצמות-על. אפילו מדינות אירופאות מבוססות בעלות עשרות מיליוני תושבים לא ראו צורך בבניית מחשב. כדאי לזכור שבאותם הימים בישראל גם לא הייתה כל תשתית טכנולוגית לבנייתה של מפלצת אלקטרונית שכזו. לא היו כאן מפעלים לייצור קבלים, נגדים, סלילים או מערכות אספקת חשמל. בכל המדינה לא היה מהנדס אחד שבנה מחשב מימיו! ובנוסף, צריך לזכור שאף אחד – אפילו לא ג'ון פון נוימן – לא יכול היה לומר בוודאות גמורה שלמחשב תהיה השפעה מהותית על הקדמה המדעית. פקריס היה אמנם מצויד באמונה יוקדת בפוטנציאל של המחשב, אבל לא היו לו קבלות בשטח.

כדי להרגיע את חששות מתנגדיו ולזכות ברוח גבית חיובית, הקים פקריס בפרינסטון ועדה מייעצת מיוחדת שתסייע בהקמת הפקולטה למתמטיקה שימושית – ובין היתר דנה גם בצורך הפקולטה במחשב אלקטרוני. חמשת החברים בוועדה היו מבכירי המדענים במכון ללימודים מתקדמים, וביניהם רוברט אופנהיימר – אבי פצצת האטום – ג'ון פון נוימן ואלברט איינשטין בכבודו ובעצמו. פקריס קיווה, ללא ספק, שאשרור הצורך במחשב בידי ועדה כה מכובדת תשתיק את המתנגדים לרעיון אחת ולתמיד.

זה לא היה כה פשוט. גם חברי הוועדה, ובמיוחד איינשטין, לא היו משוכנעים בצורך ישראל במחשב. איינשטיין הביע את ספקנותו במשפט שצוטט מאז שוב ושוב – 'מה תעשה מדינה כה זעירה', שאל איינשטיין את פקריס, 'עם מחשב אלקטרוני כל כך גדול?!'. פון ניומן התערב והשיב לאיינשטיין – 'אל תדאג: אם אף אחד אחר לא ישתמש במחשב – פקריס ישתמש בו כל הזמן!' למזלו של חיים פקריס, לפון נוימן היה מוניטין ומשקל אקדמי שלא נפל מזה של הפיזיקאי המפורסם. הוא הצליח לשכנע את שאר חברי הוועדה לתמוך ביוזמת המחשב של פקריס, ומכאן נסללה הדרך לאישור הסופי של הפרויקט.

אבל כאמור, לא היה בישראל אפילו מדען או מהנדס אחד בעל ניסיון בבניית מחשבים – וכדי למלא את החסר פנה פקריס לשניים מאותם מדענים שעמלו במרתף של ה-IAS על פיתוחו של המחשב של פון נוימן: ד"ר ג'רלד (ג'רי) אסטרין (Estrin) ואשתו, תלמה. ג'רי ותלמה – שניהם מהנדסי חשמל בהכשרתם – היו חברים בצוות הפיתוח של פון נוימן, ופקריס שכנע אותם לעלות על ספינה לארץ ישראל ולהצטרף לפקולטה למתמטיקה שימושית במכון וייצמן. ג'רי אסטרין חשב שהוא אמור רק לעזור בבנייתו של המחשב הארץ ישראלי הראשון, אבל עד מהרה הבין שלאף אחד – כולל פקריס – אין שמץ של מושג איך בונים מחשב, והוא יצטרך להוביל את הפרויקט בעצמו. ג'רי פרסם מודעות בעיתונים לגיוס צוות מתאים – וכך פגש גם את אביעזרי פרנקל הצעיר, משוחרר טרי משרות קבע.

"ג'רי אסטרין ראיין אותי, אבל הוא ידע רק אנגלית. ואני לא ידעתי אנגלית כי לא הייתי בתיכון. אז היה קצת שיחה של חרשים. אבל הבנתי שהוא ביקש ממני לתכנן מולטי-ויברטור: אני לא יודע אם אתה יודע מה, זה משהו כמו מחולל אותות שצריך לשם בניה של מחשב. אז על המקום תכננתי את זה, ובביקור הבא שלי ראיתי שבנו כמה עותקים של זה – אז הבנתי שאני בעניין. ככה באתי הנה."

פרט לאביעזרי, ג'רי אסטרין אסף סביבו מדענים ומהנדסים ישראלים נוספים: אפרים פרי, ראש המחלקה לאלקטרוניקה בפקולטה, צבי ריזל, ראש המעבדה לראדארים בצה"ל, מיכה קדם הטכנאי ועוד מספר מצומצם של אנשים שהיוו את גרעין הפרויקט. רבים מהמחשבים שנבנו באותה התקופה כונו בשמות שהמשיכו את המסורת של ה-ENIAC: ה-AVDAC, ILLIAC, Johnniac (על שמו של ג'ון פון נוימן), ואפילו MANIAC. גם המחשב של מכון וייצמן המשיך במסורת: הוא קיבל את השם WEIZAC (ראשי תיבות של Weizmann Automatic Computer).

ארכיטקטורת פון נוימן

כעת עלתה השאלה – על סמך אלו תוכניות בונים מחשב? פקריס לא ראה בבניית המחשב למכון ויצמן 'פרויקט פיתוח', שבו יוצרים טכנולוגיה חדשה שלא הייתה קיימת קודם. זה היה מסובך מדי ומסוכן מדי, במיוחד בהתחשב בעובדה שהתקציב היה מצומצם מאוד וכוח האדם שלו כלל בעיקר אנשים שכמו אביעזרי פרנקל לא ידעו דבר וחצי דבר על מחשבים. הוא הסתפק בלבנות מחשב על סמך תוכניות קיימות, באופן השמרני ביותר. מכיוון שהכיר אישית את פון נוימן, ומכיוון שג'רי אסטרין היה חבר בצוות הפיתוח של פון נוימן בפרינסטון – החליט פקריס לבנות את ה-WEIZAC על סמך התוכניות של מחשב ה-IAS. ברוח החופש האקדמי ששררה במכון, פון נוימן העניק לפרקיס את הסכימאות ההנדסיות של המחשב שלו בשמחה. למעשה, פון נוימן נתן את הסכימאות לעוד חמש עשרה קבוצות פיתוח אחרות ברחבי העולם, מעין 'Open Source' בגרסת שנות החמישים.

החלטתו של פקריס להעתיק את את המחשב שפיתח פון נוימן בפרינסטון הייתה, בדיעבד, החלטה ברת מזל באופן יוצא דופן. מדוע? זיכרו שאותה התקופה לא היה 'תקן' או מבנה סטנדרטי לחומרת מחשב: כל קבוצה שפיתחה מחשב – בין אם בארצות הברית, בריטניה או גרמניה – עשתה זאת באופן ייחודי. אבל במחשב שלו בפרינסטון שילב פון נוימן רעיון מהפכני שעתיד היה לסחוף את עולם המחשב בסערה, רעיון המכונה עד היום 'ארכיטקטורת פון נוימן'.

מהי ארכיטקטורת פון נוימן? ובכן, ג'ון פון נוימן זיהה את הבעיה הטמונה בחוסר הגמישות של ה-ENIAC, והגה דרך להתגבר עליה. הרעיון שלו היה מבוסס על העובדה שבתוך מחשב קיימים שני סוגי מידע. הסוג הראשון הוא המידע שנחוץ לצורך ביצוע החישוב: ה-DATA, באנגלית. לדוגמה, בתרגיל 1+2, הספרות 1 ו-2 הם ה-DATA. הסוג השני הוא "פקודות" שמגדירות את תהליך החישוב עצמו: זהו ה-'+' בדוגמה שלנו, ופקודות אחרות יכולות להיות כפל, חילוק, פעולות לוגיות כ-AND ו-NOT או פקודות בסגנון 'אם תוצאת החישוב היא X, בצע פקודה Y'.

בתוך ה-ENIAC של פקרט ומאכלי, הייתה הפרדה ברורה בין מידע לפקודות. המידע יוצג באמצעות ביטים בזיכרון – אחד ואפס, או 'יש זרם' ו-'אין זרם' – והפקודות יושמו באמצעות החומרה של המחשב: יחידות החישוב והכבלים שחיברו ביניהן. הפקודה '+' הייתה מיושמת באמצעות יחידת מיחשוב שידעה לבצע פעולת חיבור. אם רצית שאחרי החיבור יבוא כפל – חיברת את שתי היחידות, פיזית, באמצעות כבל.

פון נוימן שאל את עצמו אם ההפרדה התאורטית בין מידע לפקודות חייבת להיות גם הפרדה מעשית: במילים אחרות, האם מידע חייב להיות מיוצג רק על ידי ביטים, ופקודות רק על ידי חומרה? והאם הביטים בזיכרון חייבים לייצג רק סוג אחד של מידע? תחשבו עלינו, בני האדם. באולפן, אני רן לוי הקריין שמדבר עם תנועות ידיים מוגזמות ובהתלהבות רבה. בבית, אני רן לוי הבעל והאבא שנצמד לקירות, הולך בשקט ובאופן כללי מנסה להמניך פרופיל אחרת מיד שמים לו סל כביסה ביד, עושים עליו 'דיו', או מבקשים ממנו כסף. מדובר על אותו האדם – אבל התנהגותו ותפקידו שונים, תלוי בהקשר שבו הוא נמצא. באותו האופן, גם הביטים בזיכרון המחשב יכולים למלא תפקידים שונים, בהקשר שבו הם נקראים ומפוענחים. פעם אחת הם מידע, ופעם אחרת – פקודות.

למחשב שראה פון נוימן בעיני רוחו היו שלושה רכיבים עיקריים. הראשון הוא הזיכרון: המקום שבו נשמרים הביטים. השני הוא היחידה האריתמטית-לוגית, המבצעת פעולות כגון חיבור, חיסור, AND, NOT וכו'. היחידה השלישית היא יחידת הבקרה: זו היחידה שאומרת לשאר היחידות מה לעשות – מתי הזמן לבצע חיבור, מתי NOT, מתי לקרוא מהיזכרון ומתי לכתוב אליו בחזרה את תוצאות החישוב. ומי אומר ליחידת הבקרה מה לעשות? מי אומר לה שעכשיו הזמן לבצע חיבור או כפל?  

אז כך זה עובד: המחשב מופעל, ויחידת הבקרה מתעוררת לחיים. היא ניגשת לאזור כלשהו מוגדר וידוע מראש בזיכרון – נקרא לו תא מספר אפס – וקוראת את הביטים השמורים בו. אם, לצורך הדוגמה, התא מכיל את הרצף 1111 – יחידת הבקרה מבינה שעליה לקרוא את תוכן תאים 1 ו-2 ולסכום אותם. אם התא היה מכיל רצף אחר, למשל 0101 – הפקודה שונה: למשל, הכפל את תוכן התאים 1 ו- 2. שימו לב שאין הבדל עקרוני בין תאים 0,1 ו-2. כולם תאי זיכרון זהים, כמו מגירות בארון. השוני ביניהם מתבטא באופן שבו מתייחסת אליהם יחידת הבקרה: יחידת הבקרה מפענחת את תוכן תא אפס כ'פקודה' ואת תוכן תאים 1 ו-2 כ'מידע' או DATA.

ומדוע זה חשוב? היזכרו ב-ENIAC, ומה היו צריכות לעשות אותן נשים שרצו לשנות את פעולות החישוב שביצע המחשב: להוציא ולהחליף אלפי כבלים, לשנות אלפי מפסקים… זו משימה מורכבת, כמו לפתור תשבץ סודוקו ענק או לבנות פאזל של אלף חלקים. זה קורה כיוון שב-ENIAC, הפקודות מיוצגות על ידי חומרה וכדי לשנות אותן צריך לשנות את החומרה, פיזית: לנתק כבלים וללחוץ על מפסקים. במחשב של פון נוימן, הפקודות מיוצגות על ידי ביטים בזיכרון וכדי לשנות אותן, כל שצריך לעשות הוא לשנות את הביטים. אם, לצורך הדוגמה, נחליף את תוכן תא אפס של הזיכרון מ-1111 ל- 0101, הפכנו את התרגיל מחיבור לכפל. קל הרבה יותר לשנות תוכן של תא זיכרון זעיר ואלקטרוני, מאשר לנתק או לחבר אלפי כבלים שתופסים עשרות ארונות חשמל. במילים אחרות, פון נוימן המציא את מושג ה'תוכנה': הרעיון שלפיו אוסף פקודות שמיוצגות על ידי ביטים בזיכרון, הוא זה שקובע את פעולת המחשב. אקרט, מאכלי וכל שאר המדענים שפיתחו מחשבים בעשורים הראשונים של המאה העשרים חשבו כמו מהנדסי חומרה: אם צריך לחבר משהו אחד למשהו אחר, בואו נלחים אותם זה לזה – או, אם אי אפשר להלחים אותם אז לפחות נחבר אותם בכבל. פון נוימן חשב כמו מתכנת: מידע אינו ייצור גשמי, אלא רעיון מופשט שיכול להיות מיוצג בדרכים שונות – באותו האופן שבו 'פודקאסטר' ו-'אבא' יכולים להיות מיוצגים על ידי אותו האדם, בהקשרים שונים. התוצאה הייתה מחשב שהיה קטן יותר פיזית – שהרי אין צורך בכבלים ובמפסקים רבים כל כך – בעל ביצועים מהירים יותר, והחשוב ביותר: קל יותר לתכנות, כך שניתן להיעזר בו במגוון יישומים גדול הרבה יותר.

ג'ון פון נוימן תיאר את העקרונות הבסיסיים האלה במאמר חשוב שפרסם ב-1946, וגישה עקרונית זו לתכנון מחשבים מכונה כיום 'ארכיטקטורת פון נוימן' על שמו. אבל הכינוי הזה מטעה. פון נוימן לא היה הראשון שחשב עליו, והרעיון לא עלה במוחו 'יש מאין': הוא נבע משיחות שקיים עם שאר המדענים שעסקו אז בתכנון מחשבים והעלו, כל אחד, כיווני מחשבה שונים. אף על פי כן, יתרונותיה של ארכיטקטורת פון נוימן, בשילוב העובדה שפון נוימן לא רשם פטנט על הפיתוח אלא חילק את התכנונים ההנדסיים של המחשב לכל מדען שהיה מעוניין בכך, הביאה לכך שהרעיונות שלו תפסו אחיזה וכיום הארכיטקטורה שלו היא הבסיס המשותף לכמעט כל המחשבים של ימינו. במילים אחרות, הפרויקט שעליו עמלו חיים פקריס, ג'רי אסטרין, אביעזרי פרנקל ושאר החבורה הקטנה במכון וייצמן ושנועד במקור לסייע בחישובים מדעיים כאלה ואחרים – היה עתיד, למעשה, להכניס את ישראל לחבורה המצומצת מאוד של מדינות שאנשיהן נחשפו בשלב מוקדם ביותר לארכיטקטורת פון נוימן. לחשיפה הזו, כפי שנגלה בפרק הבא, הייתה השפעה אדירה על התפתחות תעשיית ההיי-טק בישראל.

בפרק הבא של עושים היסטוריה נמשיך את סיפור בנייתו של ה-WEIZAC. פרופ' אביעזרי פרנקל יספר לנו על אחד האתגרים הגדולים של הפרויקט – תכנון מחדש של מערכת הבקרה המרכזית – ועל טקס ההשקה של ה-WEIZAC שהסתיים בכך שכל המוזמנים נמלטו מהאולם בפאניקה. נשמע על המעורבות של דוד בן גוריון בפוליטיקה שסביב הפעלת המחשב, ועל תחילתה של תעשיית התוכנה הישראלית. כל זאת ועוד – בפרק הבא.