1980 жылдардың суперкомпьютері ETA10

Кіріспе

1980 жылдардағы суперкомпьютер

ETA10 – Control Data Corporation (CDC) компаниясының еншілес кәсіпорны ETA Systems компаниясы жобалаған, өндірген және сатқан векторлық суперкомпьютер. ETA10 – CDC Cyber 205 суперкомпьютерінің жетілдірілген нұсқасы, ал оның тамыры CDC STAR 100 суперкомпьютеріне дейін жетеді, ол алғашқы векторлық суперкомпьютерлердің бірі болатын. Алғашқыда ол Cyber 2XX деп аталатын, кейін GF 10 деп өзгертілді, соңында ETA10 деп аталды. Прототиптер 1986 жылдың ортасында жұмыс істеді, ал алғашқы жеткізілім 1986 жылдың желтоқсанында жасалды. Суперкомпьютер 1987 жылдың сәуір айында алғашқы клиенті – Флорида штаты университетінің Таллахассидегі Ғылыми есептеулер ғылыми-зерттеу институтында өткен шарада ресми түрде таныстырылды. 1989 жылдың 17 сәуірінде CDC қаржылық шығындарға байланысты ETA Systems компаниясын жапты және ETA10 өндірісін тоқтатты. Оның көптеген қолданушылары, мысалы Флорида штаты университеті, Cray жабдықтарымен алмастыру туралы келісімге келді.

Тарихи дамуы

CDC-де CDC 6600-ден бастап қуатты суперкомпьютерлер жасаудың бай тарихы болды. CDC-ден шыққан ең белгілі компьютерлік архитекторлардың бірі Сеймур Крей еді. CDC 8600-ды әзірлеуде CDC басшылығымен келіспеушіліктер туындағаннан кейін, ол өзінің жеке суперкомпьютерлік компаниясы Cray Research-ті құрды. Осы уақытта CDC-де тағы бір танымал архитектор Нил Линкольн басшылығымен CDC STAR 100 суперкомпьютерін әзірлеу жұмыстары жалғасты. Cray Research-тің Cray 1 векторлық суперкомпьютері CDC-нің STAR 100 суперкомпьютерін басып өтіп, табысқа жетті. CDC STAR-дың түйіндемелері, Cyber 203 және 205 арқылы жауап берді. Cyber 205, Cray 1-дің мұрагері Cray X MP-ге қарсы орташа табысқа ие болды. CDC-нің жоғары басшылығы келесі буын компьютерді әзірлеу уақытын қысқарту қажеттігін түсінді, сондықтан Cyber 205-тің ізбасары үшін жаңа тәсіл қарастырылды. 1983 жылдың қыркүйегінде CDC-ден бөлініп шыққаннан кейін, ETA 10 наносекундтан кем цикл уақыты бар суперкомпьютер жасауды мақсат етті. Осы мақсатқа жету үшін бірнеше инновациялар енгізілді. Олардың ішінде CMOS негізіндегі процессорларды салқындату үшін сұйық азотты пайдалану болды. ETA10 компанияның бастапқы мақсаттарына (10 GFLOPS) сәтті жетті, ал кейбір модельдер шамамен 7 нс (143 МГц) цикл уақытына ие болды, бұл 1980 жылдардың ортасымен салыстырғанда жоғары жылдамдық саналды. Олар сұйық азотпен салқындатылған жеті нұсқаны және ауамен салқындатылған 27 кіші нұсқаны тапсырды. CMOS тізбектері бұрынғы интегралды схемаларға қарағанда әлдеқайда аз жылу шығарды. 1987 жылға жоспарланған жаңару Cyber 250 немесе ETA30 деп аталуы тиіс еді, яғни 30 GFLOPS өнімділікке ие болуы керек еді. Ақырында ETA қайтадан CDC-ге қосылды және 1989 жылдың 17 сәуірінде қызметін тоқтатты.

Операциялық жүйелер мен қолданбалар

ETA10 сериясы ETA-ның EOS операциялық жүйесін немесе Lachman Associates, бағдарламалық қамтамасыз ету фирмасы жасаған UNIX System V (Release 3) жүйесін қолдана алды. EOS әртүрлі мәселелерге байланысты көп сынға ұшыраса, ETA-ның UNIX жүйесі клиенттерге жақсы қабылданды. EOS, Cyber 205 үшін жасалған CDC VSOS операциялық жүйесінен кейін пайда болды және онымен екілік форматта үйлесімді болды. VSOS сияқты, EOS-та сұраныс бойынша беттік жад (demand paged virtual memory) болды, жадтың өнімділігін арттыру үшін екі түрлі бет өлшемі қолданылды. VSOS, өзінің тамырларын интерактивті Livermore Time Sharing System (LTSS) жүйесінде таратса да, көбінесе пакеттік өңдеуге (batch processing) бағытталған операциялық жүйе ретінде дамыды. VSOS көптеген мекемелерде қолданылмады, ал суперкомпьютерлерге тарихи басымдық берілген кездегі қолдануға бағытталған өнімділігі, шектеулі пайдаланушылар базасының салдарынан, оның мүмкіндіктерін артта қалдырды. Бұл кемшілікті жою және операциялық жүйені пайдалануға ыңғайлы ету үшін VSOS және UNIX ерекшеліктері гибридтік операциялық жүйеде біріктірілді. Операциялық жүйенің мақсаты жабдықтың максималды қуатына жету үшін пакеттік жұмыстарды орындау немесе UNIX жұмыс станциясынан интерактивті режимде дамыту үшін тиімді болуы еді. EOS негізінен Cybil тілінде жазылған, бұл Control Data компаниясының кейінгі Cyber операциялық жүйелері үшін жасаған Pascal сияқты бағдарламалау тілі. Бұл жаңа әрекет болды, өйткені VSOS LTSS іске асыру үшін жасалған Fortran сияқты IMPL тілінде іске асырылған. Барлық осы жүйелердің командалық қабылданысы UNIVAC EXEC*8 жүйесіне ұқсас болды. EOS алғашқы аппараттық жеткізілімдермен бірге шығарылды және жаңа операциялық жүйелерге тән кейбір мәселелерге тап болды. Кейбір клиенттер суперкомпьютерлерді орнату үшін төлемді кейінге қалдырды. Кейін ETA, ETA 10 сериясы үшін UNIX портын шығарды, ол клиенттер тарапынан тез қабылданды. Алайда, бұл порт бір процессорлық ядро ретінде басталды және қолданбалар үшін 8 үлкен процессорлық бірліктерге дейін аппараттық архитектураның толық мүмкіндіктерін пайдаланбады.

The ETA10 series could run either ETA's EOS operating system, which was widely criticized for various problems, or a port by Lachman Associates, a software personnel firm, of UNIX System V (Release 3). While EOS suffered a reputation for poor quality, ETA's UNIX was better received by customers. EOS was preceded by and was binary executable compatible with the CDC VSOS operating system for Cyber 205. Like VSOS, EOS had demand paged virtual memory (the VS part) with 2 page sizes for improved virtual memory performance with the ETA's faster hardware pipelines. Though it had roots in the interactive Livermore Time Sharing System (LTSS), VSOS was focused as a batch oriented operating system. VSOS was not run at very many institutions and its application oriented performance, while the historic focus for supercomputing, set its features behind the times because of its limited user base. To address this feature deficiency and to make the operating system more "normal to use", the VSOS characteristics were married with UNIX characteristics in a hybrid OS. The OS was intended to be effective for both batch work that drove the hardware to its maximum or for interactive use in development from a UNIX workstation. EOS was written mainly in Cybil, a Pascal like programming language created by Control Data for its later Cyber operating systems. It was a new effort, as VSOS was implemented in IMPL, a Fortran like language created for the LTSS implementation. The command line appearance of all these systems was similar to the lineage going back to UNIVAC EXEC*8. EOS was released with early hardware deliveries and had some of the typical problems for early OS releases. Some customers delayed payment for their supercomputer installations. ETA later released a port of UNIX for the ETA 10 line, which was more quickly accepted by their customer base. However, this port started as a single processor kernel which did not transparently exploit the hardware architecture with up to 8 large application CPUs for applications.

Сын

UNIX-ті қабылдауға қарамастан, нашар дамыған жүйелік бағдарламалық қамтамасыз ету ETA10 желісінің бір кемшілігі болып қалды. Жүйенің бір сипаттамасына сәйкес: NSF қаржысы болмаса, фон Нойман орталығы құлауы мүмкін. "Федералды қолдаусыз біз жұмыс істей алмаймыз деп ойлаймын", - дейді Коэн. Орталық өте төмен деңгейде жұмыс істесе де, оның машиналары бағдарламалық қамтамасыз ету мәселелерімен күреседі. NSF сараптама тобы ETA10 әр 30 сағат сайын бағдарламалық қатеге ұшырайтынын және оның сегіз процессордың бірінен артығында бағдарламаларды бір уақытта іске қосу мүмкіндігі нашар екенін анықтады. Аппараттық құралы әлі де заманауи саналатын болса да, сарапшылар тобы жалпы жиынтықты "өте жас компьютерлік жүйе" деп қорытындылады. Бұл құлдырауға кешіктірілген жеткізілім, жұмыс істеудегі қиындықтар, сондай-ақ басқару мәселелері де ықпал етті. ETA-ның құлауы тек операциялық жүйенің таңдалуына немесе болуына байланысты болды деп ойлау – қателік. Fortran компиляторы (ftn200) CDC205-тен өзгеше болған жоқ. Бұл компиляторда өндірушіге тән бағдарламалау мүмкіндіктері (Q8* суброутин шақырулары деп белгілі) сақталды, осы кезде суперкомпьютер пайдаланушылары архитектуралар арасында бастапқы кодты тасымалдау қажеттігін түсіне бастады. Сонымен қатар, компиляторды жақсартулар жапондық суперкомпьютер өндірушілері, сондай-ақ жаңа мини-суперкомпьютерлер мен Cray Research компаниясының бәсекелестері көрсеткендей, қазіргі технологиялармен бірқатар болған жоқ. Жалпы, компьютерлік жабдық өндірушілері бұл кезеңге дейін бағдарламалық қамтамасыз етуге жеткілікті көңіл бөлмеді. Кітапханалар мен қолжетімді коммерциялық және коммерциялық емес қолданбалар пайдаланушылар базасын құруға көмектеседі. CDC осы салада салыстырмалы түрде әлсіз болды, ал CDC клиенттерге ұсынған ең жақсы операциялық жүйелердің кейбіреуі Lawrence Livermore Laboratories жазған ОС-тің өндірістік нұсқалары болды. NASA мәлімдегендей, аппараттық құрал өте нашар жобаланған және Ames Research Center-де қабылдау сынақтарын аяқтауға жетпеді. Бұл оқиға CDC ішінде ETA-ның құлауы деп есептеледі, ол NASA-ның қарсы пікір білдіруі салдарынан болды (домино әсері арқылы DOD және т.б.).

Despite eventual adoption of UNIX, poorly developed system software remained one flaw of the ETA10 line. According to one description of the system:
Without NSF funding, the von Neumann center could be doomed. "I don’t think we can function without federal support," says Cohen. Even if the center does operate at a vastly reduced level, its machines continue to be plagued by software problems. The NSF review panel found that the ETA10 suffered a software failure once every 30 hours, and that its ability to run programs on more than one of its eight processors at any one time was poor. Although its hardware is still considered state of the art, the overall package is an "extremely immature computer system," the panel concluded. The late delivery and operating problems contributed to this demise as well as management problems. It is a mistake to believe that ETA's demise was based solely on operating system choice or existence. The Fortran compiler (ftn200) had not changed from the CDC205. This compiler retained vendor specific programming performance features (known as the Q8* subroutine calls) in an era when supercomputer users were realizing the necessity of source code portability between architectures. Additionally, the compiler optimizations were not keeping up with existing technology as shown by the Japanese supercomputer vendors as well as the newer minisupercomputer makers and competition at Cray Research. In general, computer hardware manufacturers prior and up to that period tended to be weak on software. Libraries and available commercial and non commercial applications help build an installed user base. CDC was relatively weak in this area, and some of the best operating systems that CDC provided to customers were productized versions of an OS written by Lawrence Livermore Laboratories. According to NASA, the hardware was very poorly designed, and failed to complete any acceptance tests at the Ames Research Center. This one event is considered among CDC insiders to be the downfall of ETA, which folded as a result of NASA saying no (and in a domino effect DOD, etc. ).

Модельдер

ETA10 төрт үлгіде шықты. Бұл үлгілердің кез келгенін бір немесе көп процессорлы конфигурацияда құрастыруға болады. E және G үлгілері ETA10 желісіндегі ең жоғары өнімділікке ие болды және жылдам цикл уақытын қамтамасыз ету үшін сұйық азотпен салқындатуды пайдаланды. Алғаш рет жарияланған E үлгісінің процессорлары 10.5 нс тактық циклге (шамамен 95 МГц) ие болды. E үлгісі сегіз процессорға дейін қолдап, 8.32 GFLOPS ең жоғары өнімділікті қамтамасыз ете алады. Кейіннен шыққан G үлгісінің процессорлары 7 нс тактық циклге (шамамен 142 МГц) ие болды, ал ең жоғары сегіз процессорлық конфигурацияда 10.3 GFLOPS ең жоғары өнімділік көрсетті. P және Q үлгілері баяу, төмен құнды, ауамен салқындатылатын нұсқалар болды. "Piper" кодолық аты бар P үлгісінде 24 нс тактық циклмен процессорлар болды. Ал, жылдам, екі процессорлы Q үлгісі 19 нс тактық циклге ие болды.

Өнер көрсету

Сұйық азотпен салқындатылған ең жоғары өнімділік көрсеткен үлгілер (ETA10 E, G және т.б.) мен ауамен салқындатылған, арзан үлгілердің (ETA10 P, Q және т.б.) арасында ETA10 желісінің өнімділігі 27:1 аралықты қамтыды. Ең жақсы үлгілердегі ең жоғары өнімділік 10 GFLOPS-қа жетті. Бір ETA10 процессоры 100 × 100 өлшемді матрица үшін LINPACK сынағында 52 MFLOPS көрсетті.

Сипаттама

ETA10 сегізге дейін процессорды қолдайтын мультипроцессорлық жүйе болды. Әрбір процессор екі жолақты Cyber 205 процессорларына ұқсас болды. ETA10-ның маңызды жаңалықтарының бірі – процессордың құрылымы: процессор 44 қабатты баспалы схема тақтасына (PCB) орнатылған 250 CMOS шлюз массиві интегралдық схемаларынан құралған. Әрбір шлюз массиві 20 000 шлюзден тұрды және Honeywell компаниясының VHSIC бағдарламасы арқылы қолжетімді 1,25 микрометр (мкм) технологиясымен жасалды. Ал сол кездегі кең таралған коммерциялық технология 3-тен 5 мкм-ға дейін болды.