Соединительная машина

( Connection Machine CM ) — член серии с массовым параллелизмом суперкомпьютеров , которые выросли из докторских исследований альтернатив традиционной фон Неймана архитектуре компьютеров , проведенных Дэнни Хиллисом в Массачусетском технологическом институте (MIT) в начале 1980-х годов. Начиная с CM-1, машины изначально предназначались для приложений в области искусственного интеллекта (ИИ) и обработки символов, но более поздние версии нашли больший успех в области вычислительной науки .

Происхождение идеи

Дэнни Хиллис и Шерил Хэндлер основали Thinking Machines Corporation (TMC) в Уолтеме, штат Массачусетс , в 1983 году, а в 1984 году переехали в Кембридж, штат Массачусетс. В TMC Хиллис собрал команду для разработки того, что впоследствии стало Соединительной машиной CM-1, проектом массово-параллельной на основе гиперкуба компоновки тысяч микропроцессоров , возникшей в результате его работы над докторской диссертацией в Массачусетском технологическом институте по электротехнике и информатике (1985). ). ^{[ 1 ]} Диссертация получила премию ACM за выдающуюся диссертацию в 1985 году. ^{[ 2 ]} и был представлен в виде монографии, в которой были рассмотрены философия, архитектура и программное обеспечение первой соединительной машины, включая информацию о маршрутизации данных между узлами центрального процессора (ЦП), обработке памяти и языке программирования Lisp, применяемом в параллельной машине. . ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} Самые ранние концепции предполагали чуть более миллиона процессоров, каждый из которых был соединен в 20-мерный гиперкуб. ^{[ 4 ]} который позже был уменьшен.

Дизайны

мыслительных машин Модели машин для подключения
	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991		1992	1993	1994
	Нестандартная архитектура								На базе RISC ( SPARC )
Вход	—				СМ-2а				—
Мейнстрим	—	СМ-1		СМ-2			—		СМ-5		СМ-5Е
Привет-конец	—				СМ-200				СМ-5		СМ-5Е
расширения
Хранилище	—			хранилище данных						—

Каждый микропроцессор CM-1 имеет свои собственные 4 килобита ( оперативной памяти ОЗУ), а гиперкуба их массив на основе был разработан для выполнения одной и той же операции над несколькими точками данных одновременно, т. е. для выполнения задач в одной инструкции, нескольких мода данных ( SIMD ). CM-1, в зависимости от конфигурации, имеет до 65 536 отдельных процессоров, каждый из которых чрезвычайно прост и обрабатывает по одному биту за раз. CM-1 и его преемник CM-2 имеют форму куба со стороной 1,5 метра, разделенного поровну на восемь меньших кубов. Каждый субкуб содержит 16 печатных плат и главный процессор, называемый секвенсором. Каждая плата содержит 32 микросхемы. Каждый чип содержит маршрутизатор , 16 процессоров и 16 ОЗУ. CM-1 в целом имеет 12-мерную гиперкуба на основе сеть маршрутизации (соединяющую 2 ¹² микросхемы), основное ОЗУ и процессор ввода-вывода (контроллер каналов) . Каждый маршрутизатор содержит пять буферов для хранения передаваемых данных, когда свободный канал недоступен. Первоначально инженеры рассчитали, что потребуется семь буферов на чип, но это сделало чип слишком большим для сборки. Лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман ранее рассчитал, что пяти буферов будет достаточно, используя дифференциальное уравнение, включающее среднее количество 1 бит в адресе. Они повторно представили проект чипа только с пятью буферами, и когда они собрали машину, она работала нормально. Каждый чип подключен к коммутационному устройству, называемому нексусом. CM-1 использует алгоритм Фейнмана для вычисления логарифмов, который он разработал в Лос-Аламосской национальной лаборатории для Манхэттенского проекта . Он хорошо подходит для CM-1, поскольку использует только сдвиг и сложение с небольшой таблицей, общей для всех процессоров. Фейнман также обнаружил, что CM-1 может вычислять диаграммы Фейнмана для квантовая хромодинамика (КХД) производит вычисления быстрее, чем дорогая специальная машина, разработанная в Калифорнийском технологическом институте. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Чтобы повысить свою коммерческую жизнеспособность, TMC выпустила CM-2 в 1987 году, добавив Weitek 3132 с плавающей запятой числовые сопроцессоры в систему и дополнительную оперативную память. Тридцать два первоначальных однобитных процессора использовали каждый числовой процессор. CM-2 может быть оснащен оперативной памятью объемом до 512 МБ и с резервным массивом независимых дисков ( RAID ) системой жестких дисков , называемым DataVault , объемом до 25 ГБ. Также были произведены два более поздних варианта CM-2: меньший CM-2a с 4096 или 8192 однобитными процессорами и более быстрый CM-200 .

Поскольку программное обеспечение для однобитного процессора CM-1/2/200 возникло в результате исследований искусственного интеллекта, оно было создано под влиянием языка программирования Lisp , и версия Common Lisp , *Lisp (разговорный: Star-Lisp ), была реализована на СМ-1. Другие ранние языки включали ИК Карла Симса и УРДУ Клиффа Лассера. Большая часть системного программного обеспечения для CM-1/2 была написана на *Lisp. Однако многие приложения для CM-2 были написаны на C* , расширенном наборе ANSI C для параллельных данных .

С CM-5 , анонсированным в 1991 году, TMC перешла от гиперкубической архитектуры простых процессоров CM-2 к новой и отличной архитектуре с несколькими командами и несколькими данными ( MIMD ), основанной на сети «толстого дерева» вычислений с сокращенным набором команд (RISC). SPARC Процессоры . Чтобы упростить программирование, была создана имитация SIMD -проекта. Более поздний CM-5E заменяет процессоры SPARC более быстрыми SuperSPARC. CM-5 был самым быстрым компьютером в мире в 1993 году согласно списку TOP500 , имея 1024 ядра с Rpeak 131,0 G FLOPS , и в течение нескольких лет многие из 10 самых быстрых компьютеров были CM-5. ^{[ 7 ]}

Визуальный дизайн

Connection Machines отличались ярким визуальным дизайном. Команды дизайнеров CM-1 и CM-2 возглавил Тамико Тиль . ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ нужен лучший источник ]} Физическая форма шасси CM-1, CM-2 и CM-200 представляла собой куб из кубов, что отсылало к внутренней 12-мерной сети гиперкубов машины , с красными светодиодами (светодиодами), по умолчанию обозначающими состояние процессора, видимое через дверцы каждого куба.

По умолчанию, когда процессор выполняет инструкцию, его светодиод горит. В программе SIMD цель состоит в том, чтобы как можно больше процессоров работали над программой одновременно, о чем свидетельствует постоянное горение всех светодиодов. Те, кто не знаком с использованием светодиодов, хотели увидеть, как они мигают или даже пишут сообщения посетителям. В результате в готовых программах часто имеются лишние операции по миганию светодиодов.

СМ-5 в плане имел лестничную форму, а также имел большие панели мигающих красных светодиодов. выдающийся скульптор-архитектор Майя Лин . В дизайне CM-5 участвовал ^{[ 10 ]}

Экспонаты

Самый первый CM-1 находится в постоянной экспозиции в Музее истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния, где также есть еще два CM-1 и CM-5. ^{[ 11 ]} Другие соединительные машины сохранились в коллекциях Музея современного искусства Нью-Йорка. ^{[ 12 ]} и « Живые компьютеры: Музей + лаборатории Сиэтла» (CM-2 со светодиодными решетками, имитирующими светодиоды состояния процессора), а также в Национальном музее американской истории Смитсоновского института , Компьютерном музее Америки в Розуэлле, Джорджия, ^{[ 13 ]} и Шведский национальный музей науки и технологий (Tekniska Museet) в Стокгольме, Швеция. ^{[ 14 ]}

Упоминания в популярной культуре

CM-5 был показан в фильме Парк Юрского периода» в диспетчерской острова « (вместо Cray X-MP, суперкомпьютера как в романе). В диспетчерской можно было увидеть два банка, один блок из 4 единиц и один справа от установки. ^{[ 15 ]}

Компьютерные мэйнфреймы в Fallout 3 во многом были вдохновлены CM-5. ^{[ 16 ]}

Cyberpunk 2077 включает в себя множество юнитов в стиле CM-1/CM-2 в различных частях игры.

Сторона B сингла Clock DVA 1989 года "The Hacker" называется "The Connection Machine" в честь CM-1.

См. также

Мигающие огни
Брюстер Кале – ведущий инженер проектов Connection Machine
Дэнни Хиллис – изобретатель соединительной машины
Дэвид Э. Шоу – создатель машины NON-VON, которая немного предшествовала машине Connection.
ФРОСТБУРГ - CM-5, используемый АНБ .
Гудиер МПП
ICL ДАП
МасПар
Параллельные вычисления

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Хиллис, В. Дэниел (1986). Соединительная машина . МТИ Пресс . ISBN 0262081571 .
^ «Уильям Дэниел Хиллис — лауреат премии» . Награды АКМ . Проверено 30 апреля 2015 г.
^ Кале, Брюстер; Хиллис, В. Дэниел (1989). Архитектура соединительной машины модели CM-1 (технический отчет). Кембридж, Массачусетс: Thinking Machines Corp. 7 стр . Проверено 25 апреля 2015 г.
^ Хиллис, В. Дэниел (1989a). «Ричард Фейнман и машина соединений» . Физика сегодня . 42 (2): 78. Бибкод : 1989PhT....42b..78H . дои : 10.1063/1.881196 . Проверено 30 июня 2021 г.
^ Хиллис, В. Дэниел (1989b). «Ричард Фейнман и машина соединений» . Физика сегодня . 42 (2). Институт физики: 78–83. Бибкод : 1989PhT....42b..78H . дои : 10.1063/1.881196 . Архивировано из оригинала 28 июля 2009 года.
^ Hillis 1989a - Текст статьи Дэниела Хиллиса Physics Today о Фейнмане и машине соединения; также видео Хиллиса *Как я встретил Фейнмана *Последние дни Фейнмана.
^ «Ноябрь 1993 года» . www.top500.org . Проверено 16 января 2015 г.
^ Проблемы дизайна (Том 10, № 1, весна 1994 г.) ISSN 0747-9360 MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
^ Тиль, Тамико (весна 1994 г.). «Проектирование соединительной машины» . Проблемы дизайна . 10 (1) . Проверено 16 января 2015 г.
^ «Бескровные бежевые коробочки: история художника и думающей машины» . Общество истории информационных технологий. 2 сентября 2014 года . Проверено 16 января 2015 г.
^ «Музей истории компьютеров, каталог поиска соединений машины суперкомпьютера» . Проверено 16 августа 2019 г.
^ «Музей современного искусства, Суперкомпьютер СМ-2» . Проверено 16 августа 2019 г.
^ «Компьютерный музей Америки» . Проверено 16 августа 2019 г.
^ «Шведский национальный музей науки и техники, Параллельдатор» . Проверено 16 августа 2019 г.
^ База данных цитат из фильмов
^ Технические советы Линуса

Дальнейшее чтение

Хиллис, Д. 1982 «Новые компьютерные архитектуры и их связь с физикой или почему CS бесполезен», Int J. Theoretical Physics 21 (3/4) 255-262.
Льюис В. Такер, Джордж Дж. Робертсон , «Архитектура и применение соединительной машины», Computer, vol. 21, нет. 8, стр. 26–38, август 1988 г.
Артур Трю и Грег Уилсон (ред.) (1991). Прошлое, настоящее, параллельное: обзор доступных систем параллельных вычислений . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 0-387-19664-1
Чарльз Э. Лейзерсон , Захи С. Абухамде, Дэвид С. Дуглас, Карл Р. Фейнман, Махеш Н. Ганмухи, Джеффри В. Хилл, В. Дэниел Хиллис, Брэдли С. Кушмаул, Маргарет А. Сент-Пьер, Дэвид С. Уэллс, Моника К. Вонг, Шоу-Вэнь Ян и Роберт Зак. «Сетевая архитектура соединительной машины CM-5». Материалы четвертого ежегодного симпозиума ACM по параллельным алгоритмам и архитектурам. 1992.
В. Дэниел Хиллис и Льюис В. Такер. Соединительная машина CM-5: масштабируемый суперкомпьютер . В сообщениях ACM , Vol. 36, № 11 (ноябрь 1993 г.).

Внешние ссылки

Рекорды
Предшественник НЭК SX-3/44 20,0 гигафлопс	Самый мощный суперкомпьютер в мире Мыслящие машины СМ-5/1024 июнь 1993 г.	Преемник Численная аэродинамическая труба 124,0 гигафлопс

[WDHmit86-1] Jump up to: ^а ^б Хиллис, В. Дэниел (1986). Соединительная машина . МТИ Пресс . ISBN 0262081571 .

[2] «Уильям Дэниел Хиллис — лауреат премии» . Награды АКМ . Проверено 30 апреля 2015 г.

[KahleWDH89-3] Кале, Брюстер; Хиллис, В. Дэниел (1989). Архитектура соединительной машины модели CM-1 (технический отчет). Кембридж, Массачусетс: Thinking Machines Corp. 7 стр . Проверено 25 апреля 2015 г.

[hillis1989-4] Хиллис, В. Дэниел (1989a). «Ричард Фейнман и машина соединений» . Физика сегодня . 42 (2): 78. Бибкод : 1989PhT....42b..78H . дои : 10.1063/1.881196 . Проверено 30 июня 2021 г.

[5] Хиллис, В. Дэниел (1989b). «Ричард Фейнман и машина соединений» . Физика сегодня . 42 (2). Институт физики: 78–83. Бибкод : 1989PhT....42b..78H . дои : 10.1063/1.881196 . Архивировано из оригинала 28 июля 2009 года.

[6] Hillis 1989a - Текст статьи Дэниела Хиллиса Physics Today о Фейнмане и машине соединения; также видео Хиллиса *Как я встретил Фейнмана *Последние дни Фейнмана.

[7] «Ноябрь 1993 года» . www.top500.org . Проверено 16 января 2015 г.

[8] Проблемы дизайна (Том 10, № 1, весна 1994 г.) ISSN 0747-9360 MIT Press, Кембридж, Массачусетс.

[Thiel1994-9] Тиль, Тамико (весна 1994 г.). «Проектирование соединительной машины» . Проблемы дизайна . 10 (1) . Проверено 16 января 2015 г.

[IT2014-10] «Бескровные бежевые коробочки: история художника и думающей машины» . Общество истории информационных технологий. 2 сентября 2014 года . Проверено 16 января 2015 г.

[11] «Музей истории компьютеров, каталог поиска соединений машины суперкомпьютера» . Проверено 16 августа 2019 г.

[12] «Музей современного искусства, Суперкомпьютер СМ-2» . Проверено 16 августа 2019 г.

[13] «Компьютерный музей Америки» . Проверено 16 августа 2019 г.

[14] «Шведский национальный музей науки и техники, Параллельдатор» . Проверено 16 августа 2019 г.

[15] База данных цитат из фильмов

[16] Технические советы Линуса

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]