Машина соединения ( CM ) является членом ряда массивно параллельных суперкомпьютеров , которые выросли из докторского исследования альтернатив традиционной архитектуры фон Неймана компьютеров по Дэнни Хиллис в Массачусетском технологическом институте (MIT) в начале 1980 - х годов. Начиная с CM-1, машины изначально предназначались для приложений в области искусственного интеллекта (AI) и обработки символов, но более поздние версии добились большего успеха в области вычислительной науки .
Происхождение идеи
Дэнни Хиллис и Шерил Хэндлер основали Thinking Machines Corporation (TMC) в Уолтеме, Массачусетс , в 1983 году, а в 1984 году переехали в Кембридж, Массачусетс. В TMC Хиллис собрал команду для разработки того, что впоследствии станет соединительной машиной CM-1, конструкцией для массивно параллельной компоновки тысяч микропроцессоров на основе гиперкуба, основанной на его докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте в области электротехники и компьютерных наук (1985 г. ). [1] Диссертация была удостоена награды ACM за выдающиеся заслуги в 1985 г. [2] и была представлена как монография, в которой были рассмотрены философия, архитектура и программное обеспечение первой машины подключения, включая информацию о маршрутизации ее данных между центральным процессором (ЦП). ), его памятью и языком программирования Lisp, применяемым на параллельной машине. [1] [3]
Дизайн
Каждый CM-1 Микропроцессор имеет свои собственные 4 килобит из памяти с произвольным доступом (RAM), и гиперкуба основанное массив из них предназначен для выполнения той же операции на множестве точек данных одновременно, то есть, для выполнения задач в одной команде, неоднократный данные ( SIMD ) мода. CM-1, в зависимости от конфигурации, имеет до 65 536 отдельных процессоров, каждый из которых чрезвычайно прост и обрабатывает один бит за раз. CM-1 и его преемник CM-2 имеют форму куба со стороной 1,5 метра, разделенного поровну на восемь меньших кубов. Каждый субкуб содержит 16 печатных плат и главный процессор, называемый секвенсором. Каждая печатная плата содержит 32 микросхемы. Каждый чип содержит маршрутизатор , 16 процессоров и 16 ОЗУ. CM-1 в целом имеет 20-мерную сеть маршрутизации на основе гиперкуба , основное ОЗУ и процессор ввода-вывода (контроллер каналов) . Каждый маршрутизатор содержит пять буферов для хранения данных, передаваемых, когда свободный канал недоступен. Первоначально инженеры рассчитывали, что для каждого чипа потребуется семь буферов, но это сделало чип слишком большим для сборки. Физик Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии, ранее рассчитал, что пяти буферов будет достаточно, используя дифференциальное уравнение, учитывающее среднее число 1 бит в адресе. Они повторно представили дизайн чипа всего с пятью буферами, и когда они собрали машину, она работала нормально. Каждый чип подключен к коммутационному устройству, называемому нексусом. CM-1 использует алгоритм Фейнмана для вычисления логарифмов, который он разработал в Национальной лаборатории Лос-Аламоса для Манхэттенского проекта . Он хорошо подходит для CM-1, использующего только сдвиг и добавление с небольшой таблицей, совместно используемой всеми процессорами. Фейнман также обнаружил, что CM-1 будет вычислять диаграммы Фейнмана для расчетов квантовой хромодинамики (КХД) быстрее, чем дорогостоящая машина специального назначения, разработанная в Калифорнийском технологическом институте. [4] [5]
Для того, чтобы улучшить свою коммерческую жизнеспособность, ТМС запустила СМ-2 в 1987 году, добавив Weitek 3132 с плавающей точкой числовые сопроцессоров и более RAM к системе. Тридцать два исходных однобитовых процессора совместно использовали каждый числовой процессор. CM-2 может быть сконфигурирован с оперативной памятью до 512 МБ и резервным массивом независимых дисков ( RAID ) с жестким диском , называемым DataVault , размером до 25 ГБ. Также были произведены два более поздних варианта CM-2: меньший CM-2a с 4096 или 8192 однобитными процессорами и более быстрый CM-200 .
Из-за своего происхождения в исследованиях ИИ, программное обеспечение для однобитового процессора CM-1/2/200 находилось под влиянием языка программирования Lisp, и версия Common Lisp , * Lisp (произносится: Star-Lisp ), была реализована на СМ-1. Среди других ранних языков были IK Карла Симса и URDU Клиффа Лассера. Многие системные служебные программы для CM-1/2 были написаны на * Lisp. Многие приложения для СМ-2, однако, были написаны на C * , надмножество данных параллельный из ANSI C .
С СМ-5 , объявленных в 1991 году, ТМС перешел от гиперкубической архитектуры КМ-2 простых процессоров для новой и другой множественной инструкции, несколько данных ( MIMD ) архитектуру , основанные на жировое дереве сети сокращенного набора команд (RISC) Процессоры SPARC . Чтобы упростить программирование, было сделано моделирование конструкции SIMD . Более поздний CM-5E заменяет процессоры SPARC более быстрыми SuperSPARC. CM-5 был самым быстрым компьютером в мире в 1993 году согласно списку TOP500 , имея 1024 ядра с Rpeak 131,0 G FLOPS , и в течение нескольких лет многие из 10 самых быстрых компьютеров были CM-5. [6]
Визуальный дизайн
Connection Machines были отмечены своим (намеренно) поразительным визуальным дизайном. Команды разработчиков CM-1 и CM-2 возглавлял Тамико Тиль . [7] [8] [ необходим лучший источник ] Физическая форма шасси CM-1, CM-2 и CM-200 представляла собой куб из кубов, ссылающийся на внутреннюю 12-мерную сеть гиперкуба машины , с красным светодиоды (светодиоды), по умолчанию отображающие состояние процессора, видны через дверцы каждого куба.
По умолчанию, когда процессор выполняет инструкцию, его светодиод горит. В программе SIMD цель состоит в том, чтобы как можно больше процессоров работали с программой одновременно - на это указывает постоянное горение всех светодиодов. Те, кто не знаком с использованием светодиодов, хотели видеть, как светодиоды мигают, или даже озвучивать сообщения посетителям. В результате в готовых программах часто появляются лишние операции по миганию светодиодами.
CM-5 в плане имел форму лестницы , а также имел большие панели с мигающими красными светодиодами. Выдающийся скульптор-архитектор Майя Лин внесла свой вклад в разработку CM-5. [9]
Экспонаты
Самый первый CM-1 находится в постоянной экспозиции в Музее компьютерной истории , Маунтин-Вью, Калифорния, где также есть два других CM-1 и CM-5. [10] Другие соединительные машины сохранились в коллекциях Музея современного искусства в Нью-Йорке [11] и « Живых компьютеров: Museum + Labs Seattle» (CM-2 со светодиодными сетками, имитирующими светодиоды состояния процессора), а также в Национальном Смитсоновском институте. Музей американской истории , Компьютерный музей Америки в Розуэлле, Джорджия, [12] и Шведский национальный музей науки и технологий (Tekniska Museet) в Стокгольме, Швеция. [13]
Ссылки в популярной культуре
СМ-5 был показан в фильме Парк Юрского периода в диспетчерской на острове (вместо Cray X-MP суперкомпьютер , как в романе). [14]
Компьютерные мэйнфреймы в Fallout 3 были вдохновлены CM-5. [15]
Смотрите также
- Мигалки
- Брюстер Кале - ведущий инженер по проектам Connection Machine
- Дэнни Хиллис - изобретатель соединительной машины
- Дэвид Э. Шоу - создатель машины NON-VON, которая немного предшествовала машине Connection
- FROSTBURG - CM-5, используемый АНБ
- Goodyear MPP
- ICL DAP
- MasPar
- Параллельные вычисления
Рекомендации
- ^ a b Хиллис, В. Дэнни (1986). Машина связи . MIT Press . ISBN 0262081571.
- ^ «Уильям Дэниел Хиллис - лауреат премии» . ACM Awards . Проверено 30 апреля 2015 года .
- ^ Брюстер Кале и В. Дэниэл Хиллис, 1989, Архитектура модели машины соединения CM-1 (технический отчет), Кембридж, Массачусетс: Thinking Machines Corp., 7 стр., См. [1] , доступ 2015-04-25.
- ^ Хиллис, В. Дэниэл (1989). «Ричард Фейнман и машина связи» . Физика сегодня . Институт физики. 42 (2). Bibcode : 1989PhT .... 42b..78H . DOI : 10.1063 / 1.881196 . Архивировано из оригинала 28 июля 2009 года.
- ^ [2] -Текст статьи Дэнни Хиллиса Physics Today о Фейнмане и машине связи; также видео Хиллис * Как я встретил Фейнмана * Последние дни Фейнмана.
- ^ «Ноябрь 1993 года» . www.top500.org . Проверено 16 января 2015 года .
- Перейти ↑ Design Issues, (Том 10, № 1, весна 1994 г.) ISSN 0747-9360 MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
- ^ Тиль, Тамико (весна 1994 г.). «Конструкция соединительной машины» . Проблемы дизайна . 10 (1) . Проверено 16 января 2015 года .
- ^ «Бескровные бежевые коробки: история художника и мыслительной машины» . Общество истории информационных технологий. 2 сентября 2014 . Проверено 16 января 2015 года .
- ^ "Музей истории компьютеров, суперкомпьютер связи поиска по каталогу" . Проверено 16 августа 2019 .
- ^ «Музей современного искусства, Суперкомпьютер СМ-2» . Проверено 16 августа 2019 .
- ^ «Компьютерный музей Америки» . Проверено 16 августа 2019 .
- ^ "Шведский национальный музей науки и техники, Параллельдатор" . Проверено 16 августа 2019 .
- ^ База данных цитат из фильмов
- ^ Технические советы Линуса
дальнейшее чтение
- Хиллис, Д. 1982 "Новые компьютерные архитектуры и их связь с физикой или почему CS не годится", Int J. Теоретическая физика 21 (3/4) 255-262.
- Льюис У. Такер, Джордж Дж. Робертсон , "Архитектура и приложения соединительной машины", Компьютер, т. 21, нет. 8. С. 26–38, август 1988 г.
- Артур Трю и Грег Уилсон (ред.) (1991). Прошлое, настоящее, параллельное: обзор доступных параллельных вычислительных систем . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 0-387-19664-1
- Чарльз Э. Лейзерсон , Захи С. Абухамде, Дэвид К. Дуглас, Карл Р. Фейнман, Махеш Н. Ганмухи, Джеффри В. Хилл, В. Даниэль Хиллис, Брэдли К. Кузмаул, Маргарет А. Сен-Пьер, Дэвид С. Уэллс, Моника К. Вонг, Шоу-Вен Ян и Роберт Зак. «Сетевая архитектура соединительной машины CM-5». Труды четвертого ежегодного симпозиума ACM по параллельным алгоритмам и архитектурам. 1992 г.
- В. Дэниэл Хиллис и Льюис В. Такер. Устройство подключения CM-5: масштабируемый суперкомпьютер . В сообщениях ACM , Vol. 36, № 11 (ноябрь 1993 г.).
Внешние ссылки
- Галерея изображений CM-5
- CM-5 Руководства
- Тамико Тиль о дизайне CM-1/2/200
- Фейнман и машина связи
- Liquid Selves , короткометражный анимационный фильм, созданный на CM-2
- Сохранившийся CM-2a в компьютерном музее Corestore
Записи | ||
---|---|---|
Предыдущий NEC SX-3/44 20,0 гигафлопс | Самый мощный в мире суперкомпьютер Thinking Machines CM-5/1024 июнь 1993 г. | Преемник числовой аэродинамической трубы 124,0 гигафлопс |