Проект IBM Advanced Computer Systems

ACS -1 и ACS-360 — два родственных суперкомпьютера , разработанные IBM в рамках проекта Advanced Computing Systems с 1961 по 1969 год. Хотя проекты так и не были завершены и ни одна модель так и не была запущена в производство, проект породил ряд организационных методов. и архитектурные инновации, которые с тех пор стали частью почти всех высокопроизводительных компьютеров существующих сегодня . Многие идеи, возникшие в результате проекта, напрямую повлияли на разработку IBM RS/6000 , а в последнее время внесли свой вклад в парадигму вычислений с явными параллельными командами (EPIC), используемую Intel и HP в процессорах Itanium .

После закрытия проекта ACS инженерам была предоставлена возможность вернуться в другие подразделения IBM. Многие отказались, поскольку это потребовало бы от них возвращения на восточное побережье из Калифорнии. Некоторые из них сформировали MASCOR в 1970 году, но просуществовали недолго, поскольку они не смогли привлечь капитал. Джин Амдал воспользовался возможностью основать собственную компанию по созданию IBM-совместимых мейнфреймов, используя разработки ECL, разработанные для ACS. 470V/6 от Amdahl Corporation были быстрее и дешевле, чем высококлассные разработки IBM.

История

IBM и CDC

IBM представила свой первый суперкомпьютер , IBM 7030 Stretch , в мае 1961 года. Им пришлось отозвать его с рынка, когда испытания в стартовом заказчике, Лос-Аламосской научной лаборатории , продемонстрировали очень низкую реальную производительность. Почти сразу же IBM организовала два проекта разработки: Project X в лаборатории IBM в Покипси и Project Y в Исследовательском центре IBM Томаса Дж. Уотсона . Проекту X было поручено разработать машину, которая будет работать в 10–20 раз быстрее, чем Stretch, а Y — в 100 раз быстрее. ^{[ 1 ]}

Весной 1962 года компания Control Data Corporation (CDC) объявила, что они установили два компьютера в радиационной лаборатории Лоуренса и получили контракт на третий, гораздо более мощную конструкцию. Эта новая машина была официально анонсирована в августе 1963 года как CDC 6600 , что побудило генерального директора IBM Томаса Дж. Уотсона-младшего написать ставшую знаменитой записку. ^{[ 2 ]} спрашивая, как эта маленькая компания могла производить машины, превосходящие по производительности машины IBM. ^{[ 1 ]}

На встрече в сентябре 1963 года IBM решила поддержать высококлассную так называемую новую линейку продуктов, или NPL. Проект X был направлен на реализацию набора команд NPL , став машиной высокого класса в этой линейке. Когда в 1964 году была запущена NPL под названием System/360 , Project X стал Model 92, позже переименованной в Model 91. В конечном итоге было продано около дюжины машин серии Model 90. ^{[ 1 ]}

Проект Y никогда не предназначался для использования NPL, поскольку это был долгосрочный проект, нацеленный исключительно на научный рынок. Разработка была поручена Джеку Бертраму и его группе экспериментальных компьютеров и программирования, и всерьез началась в конце 1963 года. Бертрам привлек, среди прочих, Джона Кока , Фрэнсис Аллен , Брайана Рэнделла , Херба Шорра и Эдварда Х. Сассенгута . Шорр разработал первоначальный набор инструкций и нанял свою бывшую ученицу Линн Конвей для работы над системным симулятором. ^{[ 1 ]}

Переехать в Калифорнию

Система/360 сразу же имела ошеломительный успех, но проблемы на производственных линиях препятствовали поставкам, и большая часть компании посвятила себя их устранению. Тем временем CDC объявил, что представит новую машину, производительность которой в 10 раз превышает производительность 6600. Уотсон был убежден, что набор команд 360 не подходит для новой конструкции, и беспокоился, что разработка замедлится из-за беспорядков в лаборатории из-за проблем 360. Весной 1965 года он одобрил создание нового подразделения в Калифорнии, которое было бы ближе к своим заказчикам в оружейных лабораториях. Здание в Саннивейле, Калифорния, было куплено в 1965 году и преобразовано в IBM Advanced Computing Systems. Макс Пейли будет директором лаборатории. ^{[ 3 ]}

На руководящем совещании в августе 1965 года Пейли, Бертрам и Шорр выступили с докладами о конструкции на данный момент. Машина будет использовать длину слова в 48 бит, поскольку это было стандартом для научных вычислений. Машина будет иметь тактовый цикл 10 наносекунд, что примерно в 10 раз быстрее, чем у 6600, с шестью или семью внутренними циклами на такт. Арифметико -логические устройства (АЛУ), выполняющие большую часть математических вычислений, будут конвейерными , как в 6600, и будут отправлять несколько инструкций за цикл. Производительность ветвления будет улучшена за счет буфера, который начнет выполнять обе стороны ветвления. ^{[ 3 ]}

Харвуд Кольски выступил с презентацией различных конкурирующих моделей, а Джин Амдал и Чэнь Цзы-цзян рассказали о своей работе над высококлассной моделью 360 Model 92. Кольски проработал в Лос-Аламосе семь лет, прежде чем присоединиться к проекту Stretch, а Амдал покинул IBM после того, как его перевели возглавить разработку Stretch, но вернулся в IBM Research в 1960 году и присоединился к проекту X. ^{[ 3 ]} В конце 1964 года Амдал занял должность преподавателя в Стэнфордском университете , желая вернуться на западное побережье. В январе 1965 года он был назначен научным сотрудником IBM за работу над моделью 92. В качестве научного сотрудника Амдал имел право работать на любом предприятии IBM по своему выбору и решил присоединиться к ACS по приглашению Боба Эванса. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Даже на этой первой встрече Амдал утверждал, что было бы гораздо разумнее сделать ACS совместимой с 360, как это было в случае с Project X. Хотя он может работать немного медленнее, чем ACS, во многом из-за использования 32-битное слово и наличие 16 регистров вместо 32 48-битных, оно предложит клиентам модели 92 путь обновления до гораздо более высокой производительности и использования всего программного обеспечения и особенно технологии компилятора , разработанной для этой машины. ^{[ 3 ]}

Дизайн становится зрелым

В начале 1966 года проект Project Y был окончательно оформлен как ACS-1, единственным серьезным изменением стало удаление 192-битного расширенного формата с плавающей запятой. В 1966 году было построено новое здание площадью 38 000 квадратных футов (3500 м²). ²) был построен по адресу 2800 Sand Hill Road в Менло-Парке, Калифорния , недалеко от Стэнфордского линейного ускорителя , и проект переехал туда в конце года. За этот период произошли существенные изменения в конструкции. Первоначально компилятор отвечал за перемещение инструкций из большой оперативной памяти или тонкопленочной памяти в меньший кеш статической оперативной памяти (хотя в то время этот термин не использовался) внутри ЦП. Изучив систему, Шорр и Дик Арнольд пришли к выводу, что она не будет работать, и решили переопределить ее как одноуровневую с аппаратным кэшированием на 32 или 64 килослова. ^{[ 6 ]}

Другой концепцией, разработанной для ACS, было динамическое планирование инструкций, или DIS. АЛУ и блоки индексирования, вычислявшие адреса, имели буферы с шестью слотами, из которых они могли выбирать две инструкции для выполнения вне очереди. Это позволило системе выполнять инструкции, поставленные в очередь, в то время как более ранние инструкции ожидали данных из памяти или предыдущих вычислений. Результаты этих вычислений, выполняемые не по порядку, затем помещались обратно в память в нужное время, создавая иллюзию, что все было выполнено в том порядке, в котором оно было найдено в машинном коде . Линн Конвей, которую наняли для разработки программного обеспечения для моделирования ACS, разработала систему, которая использовала битовую матрицу для отслеживания того, какие инструкции готовы к выполнению, а какие ждут. ^{[ 6 ]}

Используя симулятор, Конвей сравнил ряд высокопроизводительных вычислительных задач с IBM 7090 , 6000 и S/360 Model 91 . По сравнению с 7090, более старым научным предложением IBM, ACS-1 будет выполнять лагранжевы гидродинамические расчеты (LHC) в 2500 раз быстрее. В более сложном коде нейтронной диффузии (ND) он превосходил 7090 почти в 1300 раз и был примерно в 60 раз быстрее, чем 6600. ^{[ 7 ]}

Аллен, Кок и Джим Битти возглавили разработку компиляторов для машины. Это потребовало значительных усилий, поскольку система должна была быть очень продвинутой и агрессивно оптимизировать код. Среди его функций была возможность разворачивать циклы, планировать инструкции вокруг базовой концепции блока и отделять те оптимизации, которые были основаны на коде и платформе. Компилятор будет использоваться как интерфейсом PL/1 , так и расширенной версией Fortran IV . ^{[ 5 ]}

В обзоре проекта в ноябре 1967 года Херб Шорр обрисовал план поставки, согласно которому первая машина должна была быть поставлена в 1971 году. ^{[ 8 ]} потребуется более 100 000 строк кода Фортрана и ассемблера Согласно плану, для операционной системы и почти 70 000 строк для компиляторов, ассемблера и библиотечных процедур. По его оценкам, стоимость разработки только программного обеспечения составит 15 миллионов долларов (137 миллионов долларов в 2023 году). ^{[ 5 ]}

Дизайн «перестрелка»

Амдал продолжал агитировать за версию машины, совместимую с обзором на 360 градусов. В январе 1967 года Ральф Л. Палмер попросил Джона Бэкуса , Роберта Кризи и Харвуда Кольски рассмотреть проект и концепцию Амдала. Кольски пришел к выводу, что версия, совместимая с 360, будет слишком сложной, и отметил, что ACS нацелена на рынок CDC 6600 , а не на рынок 360, поэтому, если клиент заинтересован в совместимости, совместимость с 6600 может показаться более полезной. В следующем месяце Амдал снова выступил за совместимость 360 градусов по маркетинговым причинам. ^{[ 5 ]}

Постоянные аргументы Амдала в пользу совместимости на 360 градусов привели к тому, что его разногласия с Бертрамом стали еще сильнее. Бертрам в ответ «поместил его на карантин» и позаботился о том, чтобы никому не разрешалось с ним разговаривать. Каждый раз, когда кто-то приходил в гости, через несколько минут приходил кто-то другой и вызывал первого посетителя на встречу. ^{[ 9 ]} Примерно в то же время другой член команды ACS, схемотехник Джон Эрл, был исключен из основной команды из-за его стиля работы, который вызывал разногласия в команде. Эрла избили в драке в Филадельфии. ^{[ 9 ]} и когда он вернулся из больницы, Бертрам назначил Эрла Амдалу, очевидно, в качестве наказания. ^{[ 5 ]}

Это имело неприятные последствия, поскольку в течение следующего месяца Амдал смог убедить Эрла, что версия, совместимая с 360°, возможна, и Эрл пошел дальше и разработал ее. Результатом стал компьютер Amdahl-Earle, или AEC/360. Используя многие концепции ACS-1, они создали конструкцию, которая была немного медленнее, чем она, но стоила примерно на 75% дороже, имея всего 90 000 вентилей вместо 270 000 (для одного вентиля требуется около пяти транзисторов, использующих логику ECL процессора). эпоха). Большая часть сокращения произошла из-за меньшего количества регистров, на которые приходилось половина вентилей в ACS-1. Потеря производительности из-за меньшего количества регистров должна была быть компенсирована более быстрой тактовой частотой 8 наносекунд, что стало возможным благодаря оптимизированной внутренней конструкции. ^{[ 5 ]}

В декабре 1967 года Кольского отправили на встречу с Амдалом, чтобы получить более подробное описание предлагаемой конструкции. ^{[ 8 ]} Примерно в то же время Амдал начал звонить людям из IBM, чтобы рассказать им о новом дизайне. Когда слухи о концепции распространились по отделу разработки систем в Нью-Йорке, вице-президент подразделения Эрих Блох начал организовывать внутреннюю проверку. Команда ACS отреагировала «безумным» редизайном, который сократил количество вентилей с 270 000 до 200 000 без особого влияния на производительность, что убедительно свидетельствует о перепроектировании. ^{[ 10 ]}

Блох выбрал Карла Конти из IBM Poughkeepsie для проведения проверки, которая произошла в марте 1968 года. Амдал представил оценки производительности, основанные на подсчете циклов вручную. Конти принял аргументы Амдала о том, что в целочисленных тестах AEC/360 будет в пять раз быстрее, чем ACS-1, в 2,5 раза медленнее в вычислениях с плавающей запятой, а сложная система ветвления ACS, по-видимому, предлагает В лучшем случае от 10 до 20% и при желании можно адаптировать к AEC. Но ключевой момент, сделанный Конти, заключался в том, что, если производительность системы ACS настолько зависела от компиляторов, перемещение этого кода на другую машину могло привести к совершенно другим результатам, и это можно было бы считать недостатком. ^{[ 11 ]} Он также пришел к выводу, что, хотя AEC будет ближе к 108 000 шлюзов, он все равно будет вдвое сложнее ACS. ^{[ 10 ]}

Окончательный пересмотр был проведен в апреле, но он был кратким и, казалось бы, уже решенным. В мае IBM объявила, что выпуск ACS-1 будет отменен, а AEC/360, который с этого момента будет называться ACS-360, будет развиваться дальше. Хотя во многом этому способствовал конкурирующий дизайн Амдала, это была не единственная причина. Амдал также утверждал, что 15 миллионов долларов лучше потратить на улучшение операционных систем 360, что улучшит всю линейку, а не только AEC. Но, пожалуй, самым серьезным ударом по ACS стал продолжающийся успех 360. В январе 1968 года НАСА приняло поставку 360 Model 95, которую IBM описала как «самый быстрый и мощный компьютер, используемый сейчас пользователями». ^{[ 11 ]} Хотя ACS с большим отрывом превзошла бы Модель 95, к этому времени Уотсон-младший рассматривал возможность полного ухода с рынка суперкомпьютеров. ^{[ 12 ]}

Во многих ретроспективных статьях о проекте САУ отмечается, что первоначальная машина могла бы стать мировым лидером. Конвей отмечает: «Оглядываясь назад, теперь признано, что если бы ACS-1 был успешно построен, он стал бы лучшим суперкомпьютером той эпохи». ^{[ 8 ]} Решение отменить первоначальный проект основывалось главным образом на количестве циклов, которые не были протестированы, поскольку разработанный ею симулятор не был портирован. ^{[ 8 ]} Точно так же утверждение Амдала о 8-наносекундном цикле было принято обзором Конти, хотя Марк Смотерман предполагает, что это нереально. ^{[ 11 ]}

Отмена

Большая часть высшего руководства ACS ушла, и командующим стал Амдал. AEC/360 продолжил развитие в соответствии с предложенными направлениями, с единственным существенным изменением, заключающимся в введении обобщенного переименования регистров как части системы внеочередности и изменений в системе прогнозирования ветвей для работы с набором команд 360. ^{[ 11 ]}

Рассчитывая стоимость машины, Амдал пришел к выводу, что ее продажи не смогут принести прибыль. Это представляло собой серьезный риск для компании, поскольку внедрение высокопроизводительной машины, которая гарантированно приводила к потере денег, могло рассматриваться как антиконкурентное поведение, попытка отобрать рынок у таких компаний, как CDC. IBM столкнулась с аналогичной проблемой в случае Stretch, но со временем выяснилось, что исследования и разработки в этом проекте широко использовались в компании, и если на них выставлялись счета, то это было слегка положительно. ^{[ 13 ]} Чтобы позволить ACS/360 более четко получать прибыль, Амдал предложил выпустить три модели одной и той же базовой системы: исходную ACS/360, меньшую модель с 1 ⁄ с производительности и еще меньшая версия 1 ⁄ 9 , что по-прежнему делает ее самой быстрой машиной в линейке IBM. ^{[ 11 ]} Это предложение было отклонено. ^{[ 13 ]}

В мае 1969 года высшее руководство IBM решило отменить весь проект. ^{[ 11 ]} очевидно, по предложению Амдала. ^{[ 13 ]} То, что изначально задумывалось как проект, способный конкурировать с быстро развивающимся CDC, теперь растянулось на большую часть десятилетия и не показало никаких доказательств того, что он выпустит машину в краткосрочной перспективе. Позже Амдал заявил, что его отмена была вызвана в первую очередь нарушением тщательно спланированной структуры ценообразования IBM. Компания в целом понимала, что машины с производительностью выше определенного уровня всегда будут терять деньги и что внедрение машины, которая была бы такой же быстрой, как ACS/360, потребовало бы такой цены на нее, которая заставила бы другие ее машины быть дешевле. снижена в цене. ^{[ 4 ]} Он также утверждал, что до него доходили слухи о том, что его намеренно создали для провала, чтобы технологию можно было использовать в других проектах, а затраты на НИОКР списать на налоги. ^{[ 13 ]}

Вскоре после объявления об отмене проекта, в августе 1969 года, IBM анонсировала IBM System/360 Model 195 , повторную реализацию Model 91 с использованием интегральных схем , которые сделали ее вдвое быстрее, чем Model 85 , которая в то время была самая быстрая машина в линейке. Для работы на рынке high-end в Покипси была создана целевая группа по векторной обработке . ^{[ 14 ]}

Когда проект был отменен, многие инженеры не были заинтересованы в возвращении в главный исследовательский кампус IBM в Нью-Йорке и пожелали остаться в Калифорнии. Некоторые из них оказались в IBM по исследованию жестких дисков исследовательском центре в Сан-Хосе, Калифорния , а многие другие ушли, чтобы основать новую компанию Multi Access System Corp, или MASCOR. Это не удалось привлечь капитал и закрылось всего через несколько месяцев. ^{[ 14 ]} Амдал ушел в отставку в сентябре 1970 года и основал свою собственную компанию для производства 360-совместимых машин, представив Amdahl 470/6 в 1975 году. Корпорация Amdahl станет основным поставщиком IBM-совместимых систем в 1980-х годах с долей рынка 20% или выше. на протяжении 1970-х и 80-х годов. ^{[ 15 ]}

Влияние

Хотя ни ACS-1, ни ACS-360 никогда не производились, группа IBM Advanced Computing Systems, ответственная за их разработку, разработала архитектурные инновации и стала пионером в ряде методов проектирования RISC -процессоров, которые стали фундаментальными для проектирования современных компьютерных архитектур и систем. : ^{[ 16 ]}

Агрессивное сокращение количества уровней логических вентилей на этапах конвейера для сокращения времени цикла.
Тесная интеграция процессора и памяти.
Кэш-память с оптимизированным вводом-выводом в/из кэша
Методы оптимизации компилятора
Операционные системы с виртуальной памятью
Декодирование и выдача нескольких инструкций (впервые)
Использование целевого буфера ветвления (впервые)
Многопоточность реализована аппаратно (впервые для IBM)
Динамическое планирование инструкций/ исполнение вне очереди
аппаратного регистра Переименование
Предсказание инструкций
Схема сканирования с учетом уровня (используется IBM)
Жесткие диски с фиксированной головкой
Высокоскоростные схемы LSI с воздушным охлаждением
Передовые инструменты моделирования, используемые в процессе проектирования

См. также

Проект IBM Future Systems — современный проект по разработке машин, которые могли бы напрямую запускать языки программирования высокого уровня .

Ссылки

Цитаты

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 60.
^ «Записка Ватсона-младшего о CDC 6600» . Музей истории компьютеров .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 61.
^ Jump up to: ^а ^б «Интервью с Джином Амдалом». IEEE Проектирование и тестирование компьютеров . Апрель 1997 года.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 63.
^ Jump up to: ^а ^б Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 62.
^ Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 , стр. 62, 66.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Конвей 2011 , с. 20.
^ Jump up to: ^а ^б Аспрей 2000 , с. 26.
^ Jump up to: ^а ^б Конвей 2011 , с. 27.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 67.
^ Конвей 2011 , с. 29.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Аспрей 2000 , с. 27.
^ Jump up to: ^а ^б Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 68.
^ Люк, Томас (22 мая 1981 г.). «АМДАЛ ВСЕ ЕЩЕ УГАДАЕТ» . Нью-Йорк Таймс .
^ Конвей 2011 .

Библиография

Смозерман, Марк К.; Сассенгут, Эдвард Х.; Робелен, Рассел Дж. (2016). «Проект IBM ACS». IEEE Анналы истории вычислений . 38 (1): 60–74. дои : 10.1109/MAHC.2015.50 .
Конвей, Линн (2011). «IBM-ACS: воспоминания и уроки, извлеченные из проекта суперкомпьютера 1960-х годов» (PDF) . Надежные и исторические вычисления: очерки, посвященные Брайану Рэнделлу по случаю его 75-летия . Спрингер-Верлаг. стр. 185–224.
Эспрей, Билл (24 сентября 2000 г.). «Устная история Джина Амдала» (PDF) (интервью).

Внешние ссылки

IBM Advanced Computing Systems (ACS) — 1961–1969 — Проект документации для суперкомпьютера IBM ACS-1, поддерживаемый Марком Смотерманом.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201660-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 60.

[2] «Записка Ватсона-младшего о CDC 6600» . Музей истории компьютеров .

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201661-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 61.

[interview-4] Jump up to: ^а ^б «Интервью с Джином Амдалом». IEEE Проектирование и тестирование компьютеров . Апрель 1997 года.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201663-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 63.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201662-6] Jump up to: ^а ^б Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 62.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201662,_66-7] Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 , стр. 62, 66.

[FOOTNOTEConway201120-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Конвей 2011 , с. 20.

[FOOTNOTEAspray200026-9] Jump up to: ^а ^б Аспрей 2000 , с. 26.

[FOOTNOTEConway201127-10] Jump up to: ^а ^б Конвей 2011 , с. 27.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201667-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 67.

[FOOTNOTEConway201129-12] Конвей 2011 , с. 29.

[FOOTNOTEAspray200027-13] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Аспрей 2000 , с. 27.

[FOOTNOTESmothermanSussenguthRobelen201668-14] Jump up to: ^а ^б Смотерман, Сассенгут и Робелен, 2016 г. , стр. 68.

[15] Люк, Томас (22 мая 1981 г.). «АМДАЛ ВСЕ ЕЩЕ УГАДАЕТ» . Нью-Йорк Таймс .

[FOOTNOTEConway2011-16] Конвей 2011 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]