Передовой научный компьютер TI

Advanced Scientific Computer ( ASC ) — суперкомпьютер , разработанный и производившийся компанией Texas Instruments (TI) в период с 1966 по 1973 год. ^[1] ASC Центральный процессор (ЦП) поддерживал векторную обработку — метод повышения производительности, который был ключом к его высокой производительности. ASC вместе с Control Data Corporation суперкомпьютером STAR-100 (который был представлен в том же году) были первыми компьютерами с функцией векторной обработки. Однако потенциал этого метода не был полностью реализован ни ASC, ни STAR-100 из-за недостаточного понимания метода; это был суперкомпьютер Cray Research Cray-1 , анонсированный в 1975 году, который должен был полностью реализовать и популяризировать векторную обработку. Более успешная реализация векторной обработки в Cray-1 позволила бы обозначить ASC (и STAR-100) как векторные процессоры первого поколения, а Cray-1 — ко второму.

История

TI начинала свою деятельность как подразделение Geophysical Service Incorporated (GSI), компании, которая проводила сейсмические исследования для нефтедобывающих компаний. GSI теперь была дочерней компанией TI, и TI хотела применить новейшие компьютерные технологии для обработки и анализа наборов сейсмических данных. Проект ASC начался как Advanced Seismic Computer . По мере развития проекта TI решила расширить его масштабы. «Сейсмический» в названии был заменен на «Научный», что позволило проекту сохранить обозначение ASC.

Первоначально программное обеспечение, включая операционную систему и компилятор FORTRAN , было создано по контракту компанией Computer Usage Company под руководством Джорджа Р. Тримбла-младшего. ^[2]^[3] но позже перешла к самой TI. Южный методистский университет в Далласе разработал компилятор АЛГОЛА для ASC.

Архитектура

ASC был основан на единой высокоскоростной общей памяти, к которой обращались центральный процессор и восемь контроллеров каналов ввода-вывода , в организации, аналогичной Сеймура Крея новаторскому CDC 6600 . Доступ к памяти осуществлялся исключительно под контролем блока управления памятью (MCU). MCU представлял собой двустороннюю параллельную сеть с разрядностью 256 бит на канал, которая могла поддерживать до восьми независимых процессоров, с девятым каналом для доступа к «основной памяти» (называемой «расширенной памятью»). MCU также выступал в качестве контроллера кэша , обеспечивая высокоскоростной доступ к полупроводниковой памяти для восьми портов процессора и обрабатывая все сообщения в 24-битном адресном пространстве основной памяти. MCU был разработан для асинхронной работы, что позволяет ему работать на различных скоростях и масштабироваться по ряду показателей производительности. Например, основная память могла быть построена из более медленной, но менее дорогой основной памяти , хотя на практике это не использовалось. В максимальном случае он мог поддерживать скорость передачи 80 миллионов 32-битных слов в секунду на порт, а общая скорость передачи составляла 640 миллионов слов в секунду. Это было далеко за пределами возможностей даже самых быстрых воспоминаний той эпохи.

ЦП имел тактовый цикл 60 нс (тактовая частота 16,67 МГц), а его логика была построена на 20- затворных с эмиттерной связью, логических интегральных схемах первоначально разработанных TI для суперкомпьютера ILLIAC IV . ЦП имел чрезвычайно продвинутую для своего времени архитектуру и организацию, поддерживая микрокодированные арифметические и математические инструкции, которые работали со скалярами, векторами или матрицами. Средства векторной обработки имели архитектуру память-память; где векторные операнды считывались из памяти и полученный вектор записывался в память. ЦП может иметь одну, две или четыре векторных полосы, что позволяет ЦП выдавать от одного до четырех векторных результатов за каждый цикл, в зависимости от количества установленных векторных полос. Векторные дорожки также использовались для скалярных инструкций, и каждая дорожка могла одновременно хранить до 12 скалярных инструкций. ЦП с четырьмя полосами пропускал в общей сложности до 36 инструкций по всему ЦП.

Процессор имел сорок восемь 32-битных регистров — огромное количество для того времени. 16 регистров использовались для адресации, 16 — для скалярных операций, 8 — для смещения индекса и 8 — для указания различных параметров векторных инструкций. Данные перемещались между регистрами и памятью с помощью инструкций загрузки/сохранения, которые могли передавать 4–64 бита (два регистра) одновременно.

Большинство векторных процессоров, как правило, имеют ограниченную пропускную способность памяти, то есть они могут обрабатывать данные быстрее, чем получать их из памяти. Это остается серьезной проблемой и в современных конструкциях SIMD, поэтому значительные усилия были приложены к увеличению пропускной способности памяти в современных компьютерных конструкциях (хотя и в основном безуспешно). В ASC это было несколько улучшено с помощью модуля прогнозирования, который прогнозировал предстоящие обращения к памяти и незаметно загружал их в скалярные регистры, используя интерфейс памяти в ЦП, называемый буферным модулем памяти (MBU).

«Периферийный процессор» представлял собой отдельную систему, полностью предназначенную для быстрого запуска операционной системы и программ, работающих в ней, а также для подачи данных в ЦП. PP был построен из восьми «виртуальных процессоров» (VP), которые были предназначены только для обработки инструкций и базовой целочисленной арифметики. Каждый VP имел свой собственный счетчик программ и регистры, и, таким образом, система могла одновременно запускать восемь программ, ограниченная только доступом к памяти. Поддержание работы восьми программ позволяло системе перемешивать выполнение программ на ЦП в зависимости от того, какие данные были доступны на шине памяти в тот момент, сводя к минимуму «мертвое время», когда ЦП приходилось ждать данных из памяти.

PP также включал набор из шестидесяти четырех 32-битных регистров связи (CR). В CR хранилось состояние, необходимое для связи между различными частями ASC: CPU, VP и контроллерами каналов .

Набор команд ASC включает инструкцию побитового реверса, предназначенную для ускорения вычисления быстрых преобразований Фурье (БПФ). К тому времени, когда ASC находился в производстве, были разработаны более совершенные алгоритмы БПФ, которые не требовали этой операции. Компания TI предложила награду первому, кто придумает правильное применение этой инструкции, но так и не была получена.

Рыночный прием

Когда машины ASC впервые стали доступны в начале 1970-х годов, они превзошли почти все другие машины, включая CDC STAR-100 , и при определенных условиях соответствовали характеристикам одноразового ILLIAC IV . в 1975 году было установлено только семь. Однако на момент анонса Cray-1 Почти вся конструкция Cray-1 посвящена устойчивому высокоскоростному доступу к памяти. ^{[ нужны разъяснения ]}^{[ нужна ссылка ]} включая более миллиона 64-битных слов полупроводниковой памяти и время цикла, которое было в пять раз меньше, чем у ASC (12,5 нс). Хотя ASC в некотором смысле был более расширяемой конструкцией, на рынке суперкомпьютеров предпочтительнее скорость, ^{[ нужны разъяснения ]} а Cray-1 был намного быстрее. Продажи ASC прекратились почти в одночасье, и хотя модернизированный ASC был разработан с временем цикла, в пять раз меньшим, чем у оригинала, Texas Instruments решила уйти с рынка.

Приложения векторной обработки

Прототип ASC №1 представлял собой однотрубную систему и был доставлен в Остине, штат Техас, за пределами основного завода TI по соображениям конфиденциальности. Позже его модернизировали до двухтрубных и переименовали в АСК №1А. Затем он использовался подразделением GSI компании TI для обработки сейсмических данных. АСК №2 был сдан в аренду компании Shell Oil в Нидерландах и также использовался для обработки сейсмических данных. ASC №3 был установлен в Редстоунском арсенале в Хантсвилле, штат Алабама, для разработки технологии противоракетного перехвата. После заключения Договора об ОСВ система была позже передислоцирована в Инженерный корпус армии в Виксбурге, штат Миссисипи, для анализа напряжений в плотинах. ASC №4 использовался NOAA в Принстонском университете для разработки моделей прогнозирования погоды. Системы ASC №5 и №6 были установлены на главном заводе TI в Остине и также использовались GSI для обработки сейсмических данных. ASC №7 отправился в Военно-морскую исследовательскую лабораторию в Вашингтоне, округ Колумбия. ^[4] для исследований по физике плазмы.

Ссылки

^ Электроника . Издательская компания МакГроу-Хилл. 1973. с. 36.
^ Джордж Р. Тримбл-младший (24 июня 2005 г.). «История ЦУК» . Музей истории компьютеров . Проверено 30 мая 2010 г.
^ Джордж Р. Тримбл-младший (лето 2001 г.). «Краткая история вычислений. Мемуары жизни на грани». IEEE Анналы истории вычислений . 23 (3). Компьютерное общество IEEE: 44–59. дои : 10.1109/85.948905 . S2CID 5259268 .
^ http://bitsavers.org/pdf/ti/asc/ASC_6.jpg ^{[ файл изображения с пустым URL-адресом ]}

Питер М. Когге (1981). Архитектура конвейерных компьютеров . Тейлор и Фрэнсис . стр. 159–162.

Внешние ссылки

[1] Электроника . Издательская компания МакГроу-Хилл. 1973. с. 36.

[timeline-2] Джордж Р. Тримбл-младший (24 июня 2005 г.). «История ЦУК» . Музей истории компьютеров . Проверено 30 мая 2010 г.

[3] Джордж Р. Тримбл-младший (лето 2001 г.). «Краткая история вычислений. Мемуары жизни на грани». IEEE Анналы истории вычислений . 23 (3). Компьютерное общество IEEE: 44–59. дои : 10.1109/85.948905 . S2CID 5259268 .

[4] ttp://bitsavers.org/pdf/ti/asc/ASC_6.jpg ^{[ файл изображения с пустым URL-адресом ]}

[1]

[2]

[3]

[4]