ES-1: малоизвестный суперкомпьютер Evans & Sutherland для графики. Провал из-за снижения спроса и проблем с финансированием. История создания и судьба.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
ES 1 была неудачной попыткой компании Evans & Sutherland выйти на рынок суперкомпьютеров. Она предназначалась для технических и научных пользователей, которые обычно приобретали бы машину вроде Cray 1, но не требовали такой же вычислительной мощности и пропускной способности для задач с интенсивной графикой. Машина должна была выйти на рынок как раз в тот момент, когда он начал сокращаться после окончания холодной войны и сокращения военных заказов, поэтому было построено лишь несколько экземпляров, и проданы были только два.
The ES 1 was Evans & Sutherland's abortive attempt to enter the supercomputer market. It was aimed at technical and scientific users who would normally buy a machine like a Cray 1 but did not need that level of power or throughput for graphics heavy workloads. About to be released just as the market was drying up in the post cold war military wind down, only a handful were built and only two sold.
Предыстория
Жан Ив Леклерк был разработчиком компьютерных систем, которому не удалось найти финансирование в Европе для проекта высокопроизводительного сервера. В 1985 году он обратился за советом к Дейву Эвансу, своему бывшему научному руководителю. После обсуждения он убедил его в том, что поскольку большинство их клиентов использовали графическое оборудование E&S на машинах Cray Research и других суперкомпьютерах, E&S было бы целесообразно предложить собственную недорогую платформу. В итоге, в 1986 году было создано новое подразделение Evans & Sutherland Computer Division, или ESCD, для работы над этим проектом. В отличие от основной деятельности E&S, штаб-квартира которой находится в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, считалось, что разработка компьютерных систем должна вестись в "центре событий" – в Силиконовой долине, поэтому новое подразделение было размещено в Маунтин-Вью, штат Калифорния.
Jean Yves Leclerc was a computer designer who was unable to find funding in Europe for a high performance server design. In 1985 he visited Dave Evans, his former PhD. adviser, looking for advice. After some discussion he eventually convinced him that since most of their customers were running E&S graphics hardware on Cray Research machines and other supercomputers, it would make sense if E&S could offer their own low cost platform instead. Eventually a new Evans & Sutherland Computer Division, or ESCD, was set up in 1986 to work on the design. Unlike the rest of E&S's operations which are headquartered in Salt Lake City, Utah, it was felt that the computer design would need to be in the "heart of things" in Silicon Valley, and the new division was set up in Mountain View, California.
Основная конструкция
Вместо пакетной обработки данных, конструкция будет специально адаптирована для интерактивной работы. Это подразумевало встроенный графический движок и 2 ГБ оперативной памяти, работающую под управлением BSD Unix 4.2. Машина должна была обеспечивать производительность, сопоставимую с производительностью современных систем Cray и ETA.
Instead of batch mode number crunching, the design would be tailored specifically to interactive use. This would include a built in graphics engine and 2 GB of RAM, running BSD Unix 4.2. The machine would offer performance on par with contemporary Cray and ETA Systems.
8 × 8 поперечная пружина
Основная идея системы Леклера заключалась в использовании 8×8 переключателя (crossbar) для высокоскоростного соединения восьми специализированных CMOS-процессоров. Дополнительный канал в переключателе позволял соединять его с другим переключателем, формируя единый 16-процессорный блок. Блоки были рассчитаны на 16 процессоров (вместо 8) для полного использования 16-банковой высокоскоростной памяти, разработанной вместе с остальной системой. Поскольку память была логически организована на "дальней стороне" переключателей, контроллер памяти выполнял многие задачи, которые обычно возлагались на процессоры, включая обработку прерываний и трансляцию виртуальной памяти, избегая обращений к переключателю для этих служебных операций. Полученные 16-процессорные блоки можно было соединять с помощью другого 8×8 переключателя, создавая 128-процессорную машину. Хотя задержки между 16-процессорными блоками были бы значительными, если задачу можно было чётко разделить на независимые части, эта задержка существенно не влияла бы на производительность. Когда требовалось обмениваться данными между банками памяти, система балансировала запросы: первым доступ получал процессор, находящийся в начале очереди ("левый"), затем процессор в конце очереди ("правый"). Процессоры добавляли свои запросы в соответствующий конец очереди в зависимости от их физического расположения в машине. Считалось, что простота и скорость этого алгоритма компенсируют потенциальные преимущества более сложной системы балансировки нагрузки.
The basic idea of Leclerc's system was to use an 8×8 crossbar switch to connect eight custom CMOS CPUs together at high speed. An extra channel on the crossbar allowed it to be connected to another crossbar, forming a single 16 processor unit. The units were 16 sized (instead of 8) in order to fully utilize a 16 bank high speed memory that had been designed along with the rest of the system. Since memory was logically organized on the "far side" of the crossbars, the memory controller handled many of the tasks that would normally be left to the processors, including interrupt handling and virtual memory translation, avoiding a trip through the crossbar for these housekeeping tasks. The resulting 16 unit processor/memory blocks could then be connected using another 8×8 crossbar, creating a 128 processor machine. Although the delays between the 16 unit blocks would be high, if the task could be cleanly separated into units the delay would not have a huge effect on performance. When data did have to be shared across the banks the system balanced the requests; first the "leftmost" processor in the queue would get access, then the "rightmost". Processors added their requests onto the proper end of the queue based on their physical location in the machine. It was felt that the simplicity and speed of this algorithm would make up for the potential gains of a more complex load balancing system.
Инструкционный конвейер
Чтобы система могла работать даже при высокой задержке между узлами, каждый процессор использовал 8-ступенчатый конвейер команд. При работе с условными переходами использовался слот переменной задержки, окончание которого обозначалось битом в следующей команде. Этот бит указывал, что результаты перехода необходимо пересчитать в этот момент, что приводило к остановке процессора до завершения пересчета. Каждый процессор также включал в себя блок вычислений с плавающей точкой от Weitek. В маркетинговых целях каждый процессор назывался "вычислительным элементом", а стойка, заполненная 16 такими элементами, – "процессором". Это позволяло проводить выгодные сравнения производительности на процессор с другими суперкомпьютерами того времени. Процессоры работали на частоте 20 МГц в целочисленных блоках и 40 МГц для блоков вычислений с плавающей точкой, с намерением увеличить эту частоту до 50 МГц к моменту отгрузки. При пиковой производительности около 12 Мфлопс на вычислительный элемент, вся машина могла выдавать до 1,5 Гфлопс, хотя из-за задержек памяти эта цифра обычно была ближе к 250 Мфлопс. Хотя для процессора CMOS-машины того времени это было быстро, для суперкомпьютера это было едва ли конкурентоспособно. Тем не менее, машина охлаждалась воздушным способом и была бы самой быстрой машиной такого типа на рынке. Машина работала под управлением ранней версии ядра Mach для поддержки многопроцессорности. Компиляторы были разработаны для максимальной загрузки процессоров за счет уменьшения количества слотов задержки при условных переходах, и они особенно хорошо справлялись с этой задачей.
In order to allow the system to work even with the high inter unit latencies, each processor used an 8 deep instruction pipeline. Branches used a variable delay slot, the end of which was signaled by a bit in the next instruction. The bit indicated that the results of the branch had to be re merged at this point, stalling the processor until this took place. Each processor also included a floating point unit from Weitek. For marketing purposes, each processor was called a "computational unit", and a card cage populated with 16 was referred to as a "processor". This allowed favorable per processor performance comparisons with other supercomputers of the era. The processors ran at 20 MHz in the integer units and 40 MHz for the FPUs, with the intention being to increase this to 50 MHz by the time it shipped. At about 12 Mflops peak per CU, the machine as a whole would deliver up to 1.5 Gflops, although due to the memory latencies this was typically closer to 250 Mflops. While this was fast for a CMOS machine processor of the time, it was hardly competitive for a supercomputer. Nevertheless, the machine was air cooled, and would have been the fastest such machine on the market. The machine ran an early version of the Mach kernel for multi processor support. The compilers were designed to keep the processors as full as possible by reducing the number of branch delay slots, and did a particularly good job of it.
Смертельная ошибка
Когда он был представлен в 1989 году, стоимость конфигураций варьировалась от 2 до 8 миллионов долларов, а самая мощная из них, по заявлению разработчиков, достигала производительности 1,6 Гфлопс. Пытаясь определить место машины на рынке, Иван Сазерленд отметил, что их системы авиационного моделирования работали с большей скоростью, и что ES 1 был "отступлением для нас". При первом анонсе машина выделялась своим соотношением цены и производительности. Она значительно превосходила большинство конкурирующих систем, по крайней мере, теоретически. Обладая пиковой производительностью 1600 МИПС и стоимостью 2,2 миллиона долларов, она обходилась в 1375 долларов за МИПС, по сравнению с 4650 долларов за МИПС для современного миникомпьютера Alliant FX/40. Обзор Computerworld 1989 года рынка высокопроизводительных машин среднего класса выявил только одну машину того же класса – Connection Machine CM 2. Новый алгоритм "слева-направо" имел критический недостаток. В условиях высокой загрузки "средние" узлы могли оставаться необслуживаемыми и простаивать в течение тысяч циклов. К 1989 году стало очевидно, что потребуется перепроектирование, но к этому моменту на рынок выходили другие машины с аналогичным соотношением цены и производительности, и возникло давление с целью немедленной отгрузки. Первые две машины были поставлены в Калтех в октябре 1989 года и в Университет Колорадо в Боулдере в ноябре, но других немедленных продаж не последовало. Один экземпляр ES 1 хранится в Музее истории компьютеров. Эванс покинул совет директоров E&S в 1989 году, и голоса внезапно оказались против продолжения проекта. E&S искала покупателя, заинтересованного в продолжении разработки, но не найдя такового, они закрыли подразделение в январе 1990 года.
When it was introduced in 1989, configurations ran from $2 to $8 million, with the largest claimed to run at 1.6 Gflops. In trying to position the machine, Ivan Sutherland noted that their flight simulation systems actually ran at higher speeds, and that the ES 1 was "a step down for us". When the machine was first announced it was notable for its price/performance ratio. It completely outperformed most competitors machines, at least in theory. With peak performance of 1600 MIPS and a price $2.2 million, it was $1375/MIPS, compared to a contemporary Alliant FX/40 minicomputer at $4650/MIPS. A 1989 Computerworld review of the market for mid range high performance machines showed only one machine in the same class, the Connection Machine CM 2. The new leftmost rightmost algorithm had a fatal flaw. In high contention cases the "middle" units would never be serviced, and could stall for thousands of cycles. By 1989, it was clear this was going to need a redesign, but by this point other machines with similar price/performance ratios were coming on the market and the pressure was on to ship immediately. The first two machines were shipped to Caltech in October 1989 and the University of Colorado at Boulder in November, but there were no other immediate sales. One sample ES 1 is in storage at the Computer History Museum. Evans resigned from the E&S board in 1989, and suddenly the votes turned against continuing the project. E&S looked for a buyer who was interested in continuing the effort, but finding none they instead closed the division in January 1990.