КДЦ СТАР-100
| КДЦ СТАР-100 | |
|---|---|
 Два CDC STAR-100, в версии 8 МБ (на переднем плане) и версии 4 МБ (на заднем плане) | |
| Дизайн | |
| Производитель | Корпорация Control Data |
| Дизайнер | Джим Торнтон |
| Дата выпуска | 1974 [1] |
| Корпус | |
| Размеры | Полный компьютер примерно: Рост: 212 см (83 дюйма) Длина: 745 см (293 дюйма) Внутренние разделы: [2] Рост: 76 дюймов (190 см) Ширина: 28,5 дюймов (72 см) Глубина: 30 дюймов (76 см) |
| Масса | 2200 фунтов (1000 кг) |
| Власть | 250 кВт при 208 В 400 Гц [2] |
| Система | |
| Операционная система | ГЕЛИОС [2] |
| Процессор | 64-битный процессор @ 25 МГц [1] |
| Память | До 8 мегабайт (4*4*64К х 64 бита) [3] |
| Хранилище | - |
| МИПС | 1 MIPS ( скаляр ) [4] [2] |
| ФЛОПС | 100 МФЛОПС ( векторный ) [1] |
| Предшественник | - |
| Преемник | CDC Кибер 200 |
CDC STAR-100 — векторный суперкомпьютер , разработанный, изготовленный и продаваемый компанией Control Data Corporation (CDC). Это была одна из первых машин, использовавших векторный процессор для повышения производительности соответствующих научных приложений. Это был также первый суперкомпьютер, в котором использовались интегральные схемы , и первый суперкомпьютер, оснащенный компьютерной памятью в слов один миллион . [5]
STAR представляет собой ST ( двоичных смесь колец цифр) и лучей AR . [6] Цифра 100 указывает на номинальную пиковую скорость обработки 100 миллионов операций с плавающей запятой в секунду ( MFLOPS ); [5] более ранний CDC 7600 обеспечивал пиковую производительность 36 MFLOPS, но чаще всего работал на уровне около 10 MFLOPS.
Этот проект был частью заявки, поданной Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в середине 1960-х годов. [5] Ливермор искал партнера, который за свой бюджет построил бы гораздо более быструю машину, а затем сдал бы полученную конструкцию в аренду в лабораторию. Об этом было объявлено публично в начале 1970-х годов, а 17 августа 1971 года CDC объявил, что General Motors разместила на него первый коммерческий заказ.
Ряд основных конструктивных особенностей машины означал, что ее реальная производительность была намного ниже, чем ожидалось, когда она впервые использовалась в коммерческих целях в 1974 году, и это было одной из основных причин, по которой CDC лишилась своего прежнего доминирования на рынке суперкомпьютеров, когда Cray- 1 было объявлено в 1975 году. Всего было доставлено три системы STAR-100: две в LLNL и еще одна в исследовательский центр НАСА в Лэнгли .
Описание
[ редактировать ]STAR имел 64-битную архитектуру , состоящую из 195 инструкций . [7] Его главным нововведением стало включение 65 векторных инструкций для векторной обработки . На операции, выполняемые этими инструкциями, сильно повлияли концепции и операторы языка программирования APL ; в частности, понятие «векторов управления» (векторных масок в современной терминологии) и несколько инструкций по перестановке векторов с векторами управления были перенесены непосредственно из APL. [8] [9]
Векторные инструкции оперировали векторами, которые хранились в последовательных местах основной памяти; Адресация памяти была виртуальной . Векторные инструкции подаются в арифметический конвейер ; одна инструкция могла добавить два вектора переменной длины длиной до 65 535 элементов всего за одну выборку инструкции. STAR также извлекал векторные операнды в 512-битных единицах (суперслова), уменьшая среднюю задержку памяти.
Поскольку местоположение «следующего» операнда в памяти известно, ЦП может выбирать следующие операнды, одновременно работая с предыдущими. Как и в случае с конвейерами команд в целом, время, необходимое для выполнения любой инструкции, было не лучше, чем раньше, но поскольку ЦП одновременно обрабатывает несколько точек данных, общая производительность значительно улучшается.
Многие инструкции STAR были сложными, особенно векторные макрокоманды , которые выполняли сложные операции, которые обычно требовали длинных последовательностей инструкций. Эти инструкции, наряду с общей сложной архитектурой STAR, были реализованы с помощью микрокода . [10]
Основная память имела емкость 65 536 512-битных слов , называемых суперсловами (SWORD). [11] Основная память имела 32-канальное чередование для конвейерного доступа к памяти. Он был построен на основе основной памяти со временем доступа 1,28 мкс. Доступ к основной памяти осуществлялся через 512-битную шину, управляемую контроллером доступа к хранилищу (SAC), который обрабатывал запросы от потокового устройства . Потоковый блок обращается к основной памяти через SAC через три 128-битные шины данных: две для чтения и одну для записи. Существует также 128-битная шина данных для выборки команд, ввода-вывода и доступа к вектору управления. Потоковый модуль служит блоком управления, извлекая и декодируя инструкции, инициируя доступ к памяти от имени конвейерных функциональных блоков и управляя выполнением инструкций, среди других задач. Он также содержит два буфера чтения и один буфер записи для потоковой передачи данных исполнительным устройствам. [11]
STAR-100 имеет два арифметических конвейера. Первый имеет сумматор и умножитель с плавающей запятой, а второй может выполнять все скалярные инструкции. Он также содержит сумматор с плавающей запятой, множитель и делитель. Оба конвейера являются 64-битными для операций с плавающей запятой и управляются микрокодом. STAR-100 может разделить свои конвейеры с плавающей запятой на четыре 32-битных конвейера, удваивая пиковую производительность системы до 100 MFLOPS за счет половины снижения точности. [11]
STAR-100 использует процессоры ввода-вывода для разгрузки ввода-вывода от ЦП. Каждый процессор ввода-вывода представляет собой 16-битный мини-компьютер с собственной основной памятью на 65 536 слов по 16 бит каждое, реализованной с помощью основной памяти. Все процессоры ввода-вывода используют 128-битную шину данных, ведущую к SAC.
Реальная производительность, пользователи и влияние
[ редактировать ]Реальные характеристики STAR-100 были лишь частью его теоретических характеристик по ряду причин. Во-первых, векторные инструкции, будучи «память-память», имели относительно длительное время запуска, поскольку конвейер от памяти к функциональным блокам был очень длинным. В отличие от конвейерных функциональных блоков на основе регистров в 7600, конвейеры STAR были намного глубже. Проблема усугублялась тем фактом, что у STAR время цикла было меньше, чем у 7600 (40 нс против 27,5 нс). Таким образом, длина вектора, необходимая для того, чтобы STAR работал быстрее, чем 7600, составляла около 50 элементов; если циклы работали с наборами данных с меньшим количеством элементов, временные затраты на настройку векторного конвейера были выше, чем экономия времени, обеспечиваемая векторными инструкциями.
Когда машина была выпущена в 1974 году, быстро стало очевидно, что общие характеристики ее разочаровали. Очень немногие программы можно эффективно векторизовать в серию отдельных инструкций; почти все вычисления будут основываться на результатах какой-либо более ранней инструкции, однако результаты должны были очистить конвейеры, прежде чем их можно будет вернуть обратно. Это вынудило большинство программ платить высокую стоимость установки векторных модулей, и, как правило, тех, которые это делали. «работа» были крайними примерами. Хуже того, базовая скалярная производительность была принесена в жертву ради улучшения векторной производительности. Каждый раз, когда программе приходилось выполнять скалярные инструкции, общая производительность машины резко падала. (См. Закон Амдала .)
Две системы STAR-100 в конечном итоге были доставлены в Ливерморскую национальную лабораторию имени Лоуренса и одну — в исследовательский центр НАСА в Лэнгли . [12] Готовясь к поставкам STAR, программисты LLNL разработали библиотеку подпрограмм STACKLIB названием под для 7600 для эмуляции векторных операций STAR. В процессе разработки STACKLIB они обнаружили, что программы, преобразованные для его использования, работают быстрее, чем раньше, даже на 7600. Это еще больше повлияло на производительность STAR.
STAR-100 разочаровал всех участников. Джим Торнтон , бывший Сеймура Крея близкий помощник по проектам CDC 1604 и 6600 и главный дизайнер STAR, покинул CDC, чтобы основать Network Systems Corporation . Обновленная версия базовой архитектуры была позже выпущена в 1979 году как Cyber 203 . [12] за ним последовал Cyber 205 в 1980 году, но к этому моменту системы от Cray Research на рынке уже были со значительно более высокой производительностью. Провал STAR привел к тому, что CDC лишилась своего прежнего доминирования на рынке суперкомпьютеров, и эту проблему они попытались решить с помощью создания ETA Systems в сентябре 1983 года. [12]
Инсталляции
[ редактировать ]Было построено пять CDC STAR-100. Поставки начались с 1974 года: [1]
- Корпорация Control Data, Арден-Хиллз, Миннесота (2)
- Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. (2)
- НАСА Лэнгли
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д БОЛЬШИЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И НОВЫЕ АРХИТЕКТУРЫ, Т. Блох, ЦЕРН, Женева, Швейцария, ноябрь 1978 г.
- ^ Jump up to: а б с д Предложение компьютерной лаборатории Атласа о компьютерной системе STAR, Майкл Бейлис, Control Data, апрель 1972 г.
- ^ Справочное руководство по оборудованию Star-100.
- ^ История и результаты теста Whetstone Benchmark
- ^ Jump up to: а б с Маккензи, Дональд (1998). Познание машин: очерки технических изменений . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-63188-4 .
- ^ Си Джей Перселл (1974). «Управляющие данные STAR-100 - Измерения производительности». AFIPS 1974 Международный семинар по управлению знаниями о требованиях . п. 385. дои : 10.1109/AFIPS.1974.113 . S2CID 43509695 .
- ^ Хван, Кай; Бриггс, Фэй Алайе (1984). Архитектура компьютера и параллельная обработка . МакГроу-Хилл. стр. 234–249.
- ^ Хокни, RW; Джессоуп, ЧР (1981). Параллельные компьютеры: архитектура, программирование и алгоритмы . Адам Хильгер. п. 15.
- ^ Иббетт, Р.Н.; Топхэм, НП (1989). Архитектура высокопроизводительных компьютеров, Том I: Однопроцессоры и векторные процессоры . Спрингер-Верлаг . п. 159.
- ^ Шнек, П.Б. (1987). Суперкомпьютерная архитектура . Клювер Академик. стр. 99–118.
- ^ Jump up to: а б с П.М. Когге, Архитектура конвейерных компьютеров , Тейлор и Фрэнсис, 1981, стр. 162–164.
- ^ Jump up to: а б с Р.В. Хокни и Ч.Р. Джессхоп, Параллельные компьютеры 2: архитектура, программирование и алгоритмы , Адам Хилгер, 1988, стр. 21.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Р.Г. Хинц и Д.П. Тейт, «Проект процессора Control Data STAR-100», Proc. Компкон , 1972, стр. 1–4.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Нил Р. Линкольн с 18 инженерами Control Data Corporation (CDC) по компьютерной архитектуре и дизайну , Институт Чарльза Бэббиджа , Университет Миннесоты. В число инженеров входят Роберт Мо, Уэйн Спекер, Деннис Гринна, Том Роуэн, Морис Хатсон, Курт Александр, Дон Пейгелкопф, Марис Бергманис, Долан Тот, Чак Хоули, Ларри Крюгер, Майк Павлов, Дэйв Резник, Говард Крон, Билл Бенд, Кент Штайнер, Рэймон Корт и Нил Р. Линкольн. Темы для обсуждения включают CDC 1604 , CDC 6600 , CDC 7600 , CDC 8600 , CDC STAR-100 и Seymour Cray .
