Futurebus: Неудавшийся стандарт компьютерной шины будущего

Введение

Универсальный стандарт компьютерной шины Futurebus, или IEEE 896, — это стандарт компьютерной шины, разработанный для замены всех локальных шинных соединений в компьютере, включая процессор, память, подключаемые платы и даже, в некоторой степени, каналы LAN между машинами. Разработка началась в 1979 году и была завершена только в 1987 году, после чего сразу же началось перепроектирование, продолжавшееся до 1994 года. К этому времени внедрение набора микросхем на основе стандарта не получило поддержки со стороны лидеров отрасли. Стандарт практически не получил распространения в реальных условиях, хотя специализированные реализации продолжают разрабатываться и использоваться в различных отраслях промышленности.

История

В конце 1970-х годов VMEbus был быстрее, чем компоненты, подключаемые к нему. Было вполне разумно подключать процессор и оперативную память к VME на отдельных платах для создания компьютера. Однако, по мере быстрого увеличения скорости процессоров и оперативной памяти, VME быстро становился узким местом. Увеличение скорости VME было непростой задачей, поскольку все подключаемые к нему компоненты должны были поддерживать эти более высокие скорости. Futurebus был разработан для решения этих проблем и создания преемника систем, таких как VMEbus, с возможностью масштабирования скорости без влияния на существующие устройства. Для этого основная технология Futurebus была построена на основе асинхронных каналов, позволяя устройствам, подключенным к нему, обмениваться данными с любой желаемой скоростью. Другой проблемой, которую необходимо было решить, была возможность наличия нескольких плат в системе в качестве "ведущих", что позволяло Futurebus создавать многопроцессорные машины. Это требовало некоторой формы "распределенного арбитража", чтобы различные платы могли получать доступ к шине в любой момент времени, в отличие от VME, который назначал одного ведущего в слот 0 с общим контролем. Чтобы обеспечить ощутимую прибавку в производительности, Futurebus был спроектирован с учетом производительности, необходимой через десять лет. Обычно стандарты IEEE начинаются с разработки компанией устройства, а затем его представления в IEEE для стандартизации. В случае с Futurebus все было наоборот: вся система проектировалась в процессе стандартизации. Это стало причиной его провала. Когда компании увидели в Futurebus перспективную систему, они все включились в работу над ней. Вскоре на заседаниях по стандартизации присутствовали сотни людей, каждый из которых настаивал на включении своих конкретных требований и пожеланий. По мере роста сложности процесс стандартизации замедлялся. В итоге потребовалось восемь долгих лет, прежде чем спецификация была окончательно согласована в 1987 году. Tektronix выпустила несколько рабочих станций на базе Futurebus. American Logic Machines (ALM) продолжает разрабатывать гибридные решения Futurebus для систем с сквозным подключением, включая VME-Futurebus+ и другие технологии мостов Bus-Futurebus. Это произошло как раз вовремя для ВМС США, которые искали новую высокоскоростную систему для проекта Next Generation Computer Resources (NGCR) для передачи данных гидролокаторов на своих недавно разработанных подводных лодках класса Seawolf, и заявили, что стандартизируются на Futurebus, если будут внесены незначительные изменения. Увидев потенциал крупного государственного заказа, работа по доработке Futurebus+ началась немедленно. Еще через четыре года был выпущен стандарт Futurebus+, к этому времени кастомизированные версии Futurebus заняли лидирующие позиции в отрасли. Все сторонники Futurebus+ имели свое видение того, каким должен быть Futurebus+. Это привело к появлению "профилей" – различных версий Futurebus+, ориентированных на конкретные рынки. Платы, соответствующие одному профилю Futurebus+, не гарантированно работали с платами, созданными в соответствии с другим профилем. Политика разработки стандартов Futurebus+ стала настолько сложной, что комитет IEEE 896 отделился от Комитета по стандартам микрокомпьютеров IEEE и сформировал Комитет по стандартам архитектуры шин IEEE (BASC). В конечном итоге попыток использования Futurebus было предпринято очень мало. Десятилетний запас производительности, который он должен был обеспечить, испарился за время длительного процесса стандартизации, а производительность обычных локальных шин, таких как PCI, была сопоставима. Тем временем экосистема VME развилась настолько, что продолжает использоваться и сегодня, еще через десять лет. Кастомизированные реализации технологии Futurebus в настоящее время используются в качестве технологий обратной связи для высококлассных сетевых приложений, маршрутизаторов корпоративного класса, высокопроизводительных блейд-серверов и приложений с высокими требованиями к контенту, таких как видео по запросу. Работа над Futurebus послужила катализатором для более простых последовательных технологий. Затем группа организовалась для создания системы, ориентированной непосредственно на эту потребность, что в конечном итоге привело к созданию Scalable Coherent Interface (SCI). В то же время другой участник решил просто воссоздать всю концепцию на гораздо более простой основе, что привело к QuickRing. Благодаря простоте этих стандартов оба стандарта были завершены до Futurebus+. Futurebus+ опередил свое время в 1980-х годах. VME и другие параллельные шинные стандарты до сих пор пытаются адаптировать концепции, реализованные в Futurebus, особенно в высокопроизводительных приложениях. Futurebus стал источником оригинальных разработок в области когерентности кэша, "горячей" замены плат и трапециевидных трансиверов. Трапециевидные трансиверы имеют контролируемое время нарастания и упрощают проектирование обратной связи и шины. Первоначальные трапециевидные трансиверы были изготовлены компанией National Semiconductor. Более новые трансиверы Futurebus+, соответствующие стандарту IEEE Std 1194.1 1991 Backplane Transceiver Logic (BTL), по-прежнему производятся компанией Texas Instruments. Futurebus+ использовался в качестве шины ввода-вывода в системах DEC 4000 AXP и DEC 10000 AXP. Платы Futurebus+ FDDI по-прежнему поддерживаются в операционной системе OpenVMS. Кастомизированные чипы Futurebus+ поддерживают расширенные симметричные и асимметричные версии Unix-подобных операционных систем, поддерживаемых такими компаниями, как American Logic Machines. Многие технические особенности (асинхронная шина данных, распределенный арбитраж шины, большой размер платы) общие для стандарта IEEE FASTBUS. FASTBUS использовался в качестве системы сбора данных во многих экспериментах по физике высоких энергий в 1980-х и 1990-х годах.

In the late 1970s, VMEbus was faster than the parts plugged into it. It was quite reasonable to connect a CPU and RAM to VME on separate cards to build a computer. However, as the speed of the CPUs and RAM rapidly increased, VME was quickly overwhelmed. Increasing the speed of VME was not easy, because all of the parts plugged into it would have to be able to support these faster speeds as well. Futurebus looked to fix these problems and create a successor to systems like VMEbus with a system that could grow in speed without affecting existing devices. In order to do this the primary technology of Futurebus was built using asynchronous links, allowing the devices plugged into it to talk at whatever speed they wished. Another problem that needed to be addressed was the ability to have several cards in the system as "masters", allowing Futurebus to build multiprocessor machines. This required some form of "distributed arbitration" to allow the various cards to gain access to the bus at any point, as opposed to VME, which put a single master in slot 0 with overall control. In order to have a clear performance benefit, Futurebus was designed to have the performance needed ten years in the future. Typical IEEE standards start with a company building a device, and then submitting it to the IEEE for the standardization effort. In the case of Futurebus this was reversed, the whole system was being designed during the standardization effort. This proved to be its downfall. As companies came to see Futurebus as the system, they all joined in. Soon the standards meetings had hundreds of people attending, all of them demanding that their particular needs and wants be included. As the complexity grew, the standards process slowed. In the end it took eight long years before the specification was finally agreed on in 1987. Tektronix did make a few workstations based on Futurebus. American Logic Machines (ALM) continues to build end to end system Futurebus hybrid solutions, including VME to Futurebus+ and other Bus to Futurebus bridge technologies. That was just in time for the US Navy who had been looking for a new high speed system for the Next Generation Computer Resources (NGCR) project for passing sonar data around in their newly designed Seawolf class submarines, and they said they would standardize on Futurebus if only a few more changes would be made. Seeing a potential massive government buy, the additions effort started immediately on Futurebus+. It took another four years for the Futurebus+ Standard to be released by this time custom variation of Futurebus took the lead in industry. All of the Futurebus+ proponents had their idea of what Futurebus+ should be. This degenerated into "profiles", different versions of Futurebus+ targeted towards a particular market. Boards that were compliant with one Futurebus+ profile were not guaranteed to work with boards built to a different profile. The Futurebus+ standards development politics got so complicated that the IEEE 896 committee split from the IEEE Microcomputer Standards Committee and formed the IEEE Bus Architecture Standards Committee (BASC). In the end very little use of Futurebus was attempted. The decade long performance gap they gave the system had evaporated in the decade long standards process, and conventional local bus systems like PCI were close in performance terms. Meanwhile, the VME ecosystem had evolved to such a degree that it continues to be used today, another decade on. Custom implementations of the Futurebus technology are currently used as backplane technologies for high end network applications, enterprise class routers, high performance blade servers, and application with high demand content such as video on demand. Futurebus effort did act as a catalyst for simpler serial technologies. A group then organized to create a system aimed directly at this need, which eventually led to Scalable Coherent Interface (SCI). Meanwhile, another member decided to simple re create the entire concept on a much simpler basis, which resulted in QuickRing. Due to the simplicity of these standards, both standards were completed before Futurebus+. Futurebus+ was ahead of its time in the 1980s. VME and other parallel bus standards are still trying to adapt concepts that are implemented in the Futurebus, specially in high performance applications. Futurebus was the source of some of the original work on cache coherency, Live Insertion of boards, and Trapezoidal Transceivers. Trapezoidal Transceivers have a controlled risetime and make backplane and bus design much simpler. The original Trapezoidal Transceivers were made by National Semiconductor. Newer Futurebus+ transceivers that meet the IEEE Std 1194.1 1991 Backplane Transceiver Logic (BTL) standard are still made by Texas Instruments. Futurebus+ was used as the I/O bus in the DEC 4000 AXP and DEC 10000 AXP systems. Futurebus+ FDDI boards are still supported in the OpenVMS operating system. Futurebus+ custom chips support advanced Symmetric and Asymmetric versions of Unix Like operating systems supported by companies such as American Logic Machines. Many of the technical features (asynchronous data bus, distributed bus arbitration, large board size) are shared with IEEE standard FASTBUS. FASTBUS was used as a data acquisition system in many high energy physics experiments in the 1980s and 1990s.