ETA10 — это векторный суперкомпьютер , разработанный, произведенный и продаваемый компанией ETA Systems , ответвлением Control Data Corporation (CDC). ETA10 был развитием CDC Cyber 205 , который ведет свое происхождение от CDC STAR-100 , одного из первых векторных суперкомпьютеров, которые были разработаны. [1] [Примечание 1]
CDC объявила о создании ETA Systems, преемника Cyber 205, 18 апреля 1983 года на конференции Frontiers of Supercomputing, состоявшейся в Лос-Аламосской национальной лаборатории . [2] Затем он был предварительно назван Cyber 2XX , а позже — GF-10 , прежде чем был назван ETA10. [3] Прототипы были введены в эксплуатацию в середине 1986 года, а первая поставка была осуществлена в декабре 1986 года. Суперкомпьютер был официально анонсирован в апреле 1987 года на мероприятии, проведенном в его первой клиентской установке, Университете штата Флорида , Научно-исследовательском вычислительном институте Таллахасси. [4] 17 апреля 1989 года CDC внезапно закрыла ETA Systems из-за продолжающихся финансовых потерь и прекратила производство ETA10. [5] Многие из его пользователей, такие как Университет штата Флорида, договорились об обмене на оборудование Cray. [6]
У CDC была богатая история создания мощных суперкомпьютеров, начиная с CDC 6600. Одним из самых известных компьютерных архитекторов, вышедших из CDC, был Сеймур Крэй . После разногласий с руководством CDC относительно разработки CDC 8600 он продолжил создавать свою собственную суперкомпьютерную компанию Cray Research . Тем временем в CDC продолжалась работа по разработке высокопроизводительного суперкомпьютера CDC STAR-100 под руководством другого известного архитектора Нила Линкольна. Векторный суперкомпьютер Cray-1 от Cray Research оказался успешным, превзойдя STAR-100 от CDC. CDC ответили производными от STAR, Cyber 203 и 205. Cyber 205 был умеренно успешным против преемника Cray-1, Cray X-MP . Высшему руководству CDC стало очевидно, что необходимо сократить время разработки компьютера следующего поколения, поэтому был рассмотрен новый подход к созданию продолжения Cyber 205.
После отделения от CDC в сентябре 1983 года ETA поставила перед собой цель создать суперкомпьютер с циклом менее 10 нс. Для достижения этой цели было сделано несколько инноваций. Среди них было использование жидкого азота для охлаждения процессоров на базе КМОП .
ETA10 успешно достигла первоначальных целей компании (10 GFLOPS ), некоторые модели достигли времени цикла около 7 нс (143 МГц) — считалось быстрым по стандартам середины 1980-х годов. Они выпустили семь версий с жидким азотным охлаждением и 27 меньших версий с воздушным охлаждением. Схемы CMOS производили лишь часть тепла предыдущих ИС. Планируемое продолжение 1987 года должно было получить обозначение Cyber 250 или ETA30, как в 30 GFLOPS. В конечном итоге ETA была реинкорпорирована обратно в CDC, прекратив свою деятельность 17 апреля 1989 года.
Серия ETA10 могла работать либо под управлением операционной системы EOS от ETA , которая широко критиковалась за различные проблемы, либо под управлением порта UNIX System V (Release 3) от Lachman Associates, компании, занимающейся разработкой программного обеспечения. В то время как EOS имела репутацию некачественной, UNIX от ETA была лучше принята клиентами.
EOS предшествовала и была двоично-исполняемой, совместимой с операционной системой CDC VSOS для Cyber 205. Как и VSOS, EOS имела виртуальную память со страницами по требованию (часть VS) с 2 размерами страниц для улучшения производительности виртуальной памяти с более быстрыми аппаратными конвейерами ETA. Хотя она имела корни в интерактивной системе разделения времени Livermore (LTSS), VSOS была сосредоточена как пакетно-ориентированная операционная система. VSOS не использовалась во многих учреждениях, и ее производительность, ориентированная на приложения, в то время как историческая направленность на суперкомпьютеры, отодвинула ее возможности из-за ее ограниченной пользовательской базы.
Чтобы устранить этот недостаток функций и сделать операционную систему более «нормальной в использовании», характеристики VSOS были объединены с характеристиками UNIX в гибридной ОС. ОС должна была быть эффективной как для пакетной работы, которая максимально использовала оборудование, так и для интерактивного использования при разработке с рабочей станции UNIX.
EOS была написана в основном на Cybil , языке программирования типа Pascal , созданном Control Data для ее более поздних операционных систем Cyber. Это была новая попытка, поскольку VSOS была реализована на IMPL , языке типа Fortran, созданном для реализации LTSS. Внешний вид командной строки всех этих систем был похож на родословную, восходящую к UNIVAC EXEC*8 .
EOS была выпущена с ранними поставками оборудования и имела некоторые типичные проблемы для ранних выпусков ОС. Некоторые клиенты задерживали оплату за свои установки суперкомпьютеров.
ETA позже выпустила порт UNIX для линейки ETA-10, который был быстрее принят их клиентской базой. Однако этот порт начинался как однопроцессорное ядро, которое не использовало прозрачно аппаратную архитектуру с 8 большими прикладными ЦП для приложений.
Несмотря на окончательное принятие UNIX , плохо разработанное системное программное обеспечение оставалось одним из недостатков линейки ETA10. Согласно одному описанию системы:
Причиной этого упадка стали задержки поставок и проблемы в эксплуатации, а также проблемы управления. [8]
Ошибочно полагать, что крах ETA был основан исключительно на выборе операционной системы или ее существовании. Компилятор Fortran (ftn200) не изменился с CDC205. Этот компилятор сохранил специфичные для поставщика функции производительности программирования (известные как вызовы подпрограмм Q8*) в эпоху, когда пользователи суперкомпьютеров осознавали необходимость переносимости исходного кода между архитектурами. Кроме того, оптимизации компилятора не поспевали за существующими технологиями, как показали японские поставщики суперкомпьютеров, а также новые производители минисуперкомпьютеров и конкуренты в Cray Research.
В целом, производители компьютерного оборудования до и после этого периода, как правило, были слабы в программном обеспечении. Библиотеки и доступные коммерческие и некоммерческие приложения помогают создать установленную пользовательскую базу. CDC была относительно слаба в этой области, и некоторые из лучших операционных систем, которые CDC предоставляла клиентам, были товарными версиями ОС, написанной Lawrence Livermore Laboratories .
По данным NASA, оборудование было очень плохо спроектировано и не прошло никаких приемочных испытаний в исследовательском центре Эймса . Это событие среди инсайдеров CDC считается крахом ETA, которая закрылась в результате того, что NASA сказала «нет» (и по эффекту домино Министерство обороны и т. д.).
Существовало четыре модели ETA10. Любая из этих моделей могла быть построена как в однопроцессорной, так и в многопроцессорной конфигурации.
Модели E и G были самыми производительными членами линейки ETA10 и использовали охлаждение жидким азотом для достижения быстрого времени цикла. Первой была анонсирована модель E, процессоры которой имели тактовый цикл 10,5 нс (приблизительно 95 МГц). Модель E могла поддерживать до восьми процессоров с пиковой производительностью 8,32 GFLOPS. Более поздняя модель G, процессоры которой имели тактовый цикл 7 нс (приблизительно 142 МГц), имела пиковую производительность 10,3 GFLOPS в своей максимальной конфигурации из восьми процессоров.
Модели P и Q были более медленными, менее дорогими, с воздушным охлаждением. Модель P, под кодовым названием « Piper », имела процессоры с тактовым циклом 24 нс. Более быстрая, двухпроцессорная модель Q имела тактовый цикл 19 нс.
Между самыми производительными моделями с жидким азотным охлаждением (ETA10-E, G и т. д. ) и более дешевыми моделями с воздушным охлаждением (ETA10-P, Q и т. д. ) линейка ETA10 охватывала диапазон производительности 27:1. Пиковая производительность на топовых моделях достигала 10 ГФЛОПС.
Однопроцессорный ETA10 достиг 52 MFLOPS на тесте LINPACK [9] для матрицы размером 100 × 100.
ETA10 была многопроцессорной системой, которая поддерживала до восьми ЦП. Каждый ЦП был похож на двухполосный Cyber 205. Одним из главных нововведений ETA10 было то, как был реализован ЦП: ЦП был сделан из 250 интегральных схем вентильной матрицы КМОП , смонтированных на 44-слойной печатной плате (PCB). Каждая вентильная матрица содержала 20 000 вентилей и была изготовлена с использованием технологии 1,25 микрометра (мкм), которая была доступна из программы VHSIC в Honeywell. Напротив, основная коммерческая технология в то время находилась в диапазоне от 3 до 5 мкм. [10] [11]
Схема CMOS, которая в то время обычно не использовалась в векторных суперкомпьютерных процессорах, была выбрана из-за достижимой высокой плотности, что снижает как задержку на кристалле, так и задержку вне кристалла. Задержки ЦП контролировались путем тщательной настройки каждой печатной платы, изготовленной совместно с логической технологией, и включали две ключевые технологии, известные как JTAG и BIST . Вентильные матрицы были спроектированы с использованием комбинации разработанных внутри компании инструментов симулятора и размещения, а также одного из первых коммерческих инструментов автоматизации электронного проектирования (приложение для захвата схем) от Mentor Graphics . До использования захвата схем в ETA проектировщики использовали текстовые списки соединений для описания взаимосвязи логических схем.
Однако в то время схемы КМОП были значительно медленнее биполярных схем, особенно эмиттерно-связанная логика , которая широко использовалась в процессорах векторных суперкомпьютеров в то время. Чтобы компенсировать это, процессор погружали в жидкий азот с температурой -196,15 °C для охлаждения. Хотя такое охлаждение потенциально могло ускорить логику КМОП в четыре раза, на практике охлаждение жидким азотом давало примерно двукратное увеличение скорости по сравнению с системами с воздушным охлаждением. Однако, поскольку охлаждение жидким азотом давало лишь незначительные преимущества в производительности, ни одна из систем ETA10 не использовала такое охлаждение ни для локальной, ни для общей памяти. Особо следует отметить, что для того, чтобы этот тип охлаждения был эффективным, требовалась замкнутая система. ETA пришлось вводить новшества, чтобы сделать это возможным, поскольку на рынке не было никаких коммерчески доступных решений. 44-слойная печатная плата также была инновационной, и ETA пришлось разработать новые процессы для ее производства.
Каждый ЦП имел собственную локальную память на 4 миллиона слов, созданную на основе микросхем SRAM. Каждый ЦП также подключен к общей памяти на 256 миллионов слов, созданной на основе микросхем DRAM. В дополнение к этим запоминающим устройствам, имеется буфер связи, используемый для синхронизации ЦП и других протоколов, связанных с мультипроцессорной связью. Ввод-вывод осуществлялся с помощью от одного до восемнадцати процессоров ввода-вывода, каждый из которых имел прямой путь к общей памяти. ETA10 использовал оптоволоконные линии для связи между ЦП и устройствами ввода-вывода, новый подход к взаимодействию систем в 1980-х годах.
До того, как ETA Systems была реинкорпорирована в CDC, было поставлено в общей сложности 25 систем. Среди получателей были:
К концу 1980-х годов оставшиеся системы ETA10 были переданы в дар средним школам через конкурс по информатике SuperQuest: