VAX 9000 — это снятое с производства семейство мэйнфреймов , разработанное и произведенное Digital Equipment Corporation (DEC) с использованием специализированных процессоров на базе ECL, реализующих архитектуру набора инструкций VAX (ISA). Оснащенные дополнительными векторными процессорами , они также продавались в сфере суперкомпьютеров . [1] Как и другие системы VAX, они продавались с операционными системами VMS или Ultrix .
Системы ведут свою историю от лицензирования DEC в 1984 году нескольких технологий от Trilogy Systems , которая представила новый способ плотной упаковки чипов ECL в сложные модули. Разработка дизайна 9000 началась в 1986 году, предполагалось, что он заменит семейство VAX 8800 [2] , в то время высококлассное предложение VAX. Первоначальные планы предусматривали две общие модели: высокопроизводительную Aquarius с водяным охлаждением, как в системах IBM, и системы Aridus средней производительности с воздушным охлаждением. Во время разработки инженеры настолько улучшили систему воздушного охлаждения, что Aquarius не предлагался; модели Aridus были «модернизированы на месте» до Aquarius, но они не предлагали этого. [3]
9000 позиционировался в DEC как «убийца IBM», машина с непревзойденной производительностью по гораздо более низкой цене, чем системы IBM. DEC намеревалась, чтобы 9000 позволила компании вернуться на рынок мэйнфреймов, который она покинула с 1983 года, [4] поскольку она наблюдала, как нижний сегмент компьютерного рынка захватывался постоянно совершенствующимися совместимыми с IBM персональными компьютерами и новыми 32-разрядными рабочими станциями Unix . Компания инвестировала приблизительно 1 миллиард долларов в разработку 9000, несмотря на значительную внутреннюю обеспокоенность по поводу концепции в эпоху быстрого улучшения производительности RISC . Производственные проблемы отодвинули его выпуск, к тому времени эти опасения оправдались, и более новые микропроцессоры, такие как собственный NVAX от DEC , предлагали значительную часть производительности 9000 за ничтожную часть цены.
Примерно четыре дюжины систем были поставлены, прежде чем производство было прекращено, [ нужна цитата ] массовый провал. Один представительный образец ЦП находится на хранении в Музее компьютерной истории , а не на публичном обозрении. Другой находится на хранении в Музее крупномасштабных систем.
С началом 1980-х годов DEC становилась все сильнее и сильнее. PDP-11 был выпущен в 1970 году и продолжил высокие продажи, которые в конечном итоге достигли 600 000 машин, в то время как их недавно представленный VAX-11 продолжил там, где закончился PDP, и начал делать крупные набеги на рынок среднего класса IBM . DEC также представила свои знаменитые компьютерные терминалы серии VT и широкий спектр других популярных периферийных устройств, которые все принесли значительный денежный поток. [5]
В течение этого периода DEC предприняла несколько попыток выйти на рынок персональных компьютеров , но все они потерпели неудачу. Наиболее известной из них была Rainbow 100 , которая была нацелена на возможность запуска как программ MS-DOS , так и CP/M , но вместо этого продемонстрировала себя неспособной делать ни то, ни другое, при этом стоила примерно столько же, сколько и покупка двух отдельных машин. По мере расширения рынка ПК DEC отказалась от своих предложений ПК и все больше обращала внимание на рынок среднего уровня. [6]
В рамках этого изменения фокуса был изменен ряд давних политик, что вызвало трения с их клиентской базой, и особенно со сторонними разработчиками. В одном примере их новая шина VAXBI не могла использоваться другими разработчиками, если они не подписали соглашение о разработке. Это было резким контрастом со стандартом Unibus PDP и более ранних машин VAX, которые имели процветающий рынок сторонних продуктов. Кен Олсен был процитирован, сказав: «Мы потратили миллионы на разработку этой шины. Я не знаю, почему мы не сделали этого раньше». [6]
Поскольку эти политики «закрывали» DEC, новые компании быстро воспользовались этим. Среди них выделялась Sun Microsystems , чьи системы на базе Motorola 68000 предлагали производительность, схожую с серией DEC VAXstation , при этом будучи основанными на операционной системе UNIX . Во второй половине 1980-х годов Sun все чаще позиционировала себя как замену DEC на техническом рынке, позиционируя DEC как закрытого, проприетарного «кровопийцу». [7] Этому способствовало собственное решение DEC в 1985 году отказаться от технического рынка в пользу более высокой маржи в центре обработки данных . [5]
В 1960-х годах компьютеры DEC были построены из отдельных транзисторов и начали переходить на использование микросхем малой интеграции (SSI IC). Они собирались на нескольких платах , которые затем соединялись проводами на объединительной плате для создания центрального процессора (ЦП). К началу 1970-х годов использовались микросхемы малой и средней интеграции , а крупномасштабная интеграция (LSI) позволяла реализовывать более простые ЦП в одной микросхеме (или «чипе»). К концу 1970-х годов было доступно несколько версий PDP-11 в формате LSI, сначала в виде многокристальных устройств, таких как LSI -11 от DEC , [8], а затем в виде однокристальных версий, таких как J-11 . [9]
VAX была более сложной системой, выходящей за рамки возможностей LSI 1970-х годов в однокристальном формате. Ранние модели напоминали PDP более ранних поколений, но с несколькими чипами LSI на печатных платах, создающими более сложный ЦП, а не чипами SSI на платах с накруткой проводов. [a] К середине 1980-х годов неумолимое воздействие закона Мура подтолкнуло LSI к тому, что теперь называлось сверхбольшой интеграцией (VLSI). Микросхемы VLSI могли содержать сотни тысяч или миллионы транзисторов, что было достаточно для реализации всей системы VAX на одном чипе. Это привело к появлению в 1985 году MicroVAX 78032 , который реализовал подмножество VAX, но было ясно, что пройдет немного времени, прежде чем «полный» VAX поместится на одном чипе. [b]
Чтобы оставаться актуальным для центров обработки данных, требовалась новая архитектура, плохо подходящая для изготовления одного чипа. В то время изготовление КМОП обычно производило более медленные ИС, чем конкурирующая система с эмиттерно-связанной логикой (ECL). [10] Однако плотность ECL была ниже, а ее размеры элементов отставали примерно на поколение от CMOS. DEC пришлось выбирать между созданием очень быстрой машины ECL с большим количеством чипов или несколько более медленной машины CMOS с меньшим количеством чипов. Использование ECL было более сложным, но соответствовало долгой истории DEC по разработке многочиповых и многокарточных ЦП.
Связанная с этим проблема ECL заключалась в разрастании межчиповой проводки, пропорциональном значительному увеличению числа контактов, требуемому ростом адресного пространства современных машин. В 1980 году Джин Амдал основал Trilogy Systems для решения проблем в производстве высокопроизводительных мэйнфреймов на основе ECL. Разработки Trilogy включали новую систему межчиповых соединений с использованием медных проводников, встроенных в полиимидную изоляцию, для создания тонкой пленки с чрезвычайно плотной проводкой. [11]
В 1984 году DEC лицензировала части технологий Trilogy и начала разработку практических версий этих концепций на своей фабрике в Хадсоне . Это было рождением проекта 9000. [7] В отличие от цели Trilogy внедрить свои собственные совместимые с плагинами мэйнфреймы и напрямую конкурировать с IBM, [11] DEC использовала похожую технологию для производства VAX, превосходящего предложения IBM по более низкой цене. Технологии проводки Trilogy использовались для создания «многочиповых блоков» (MCU) размером с карту, работающих вместе, как и более ранние конструкции многокарточных ЦП. В окончательном проекте 13 MCU образовывали ЦП. [12]
Первоначально система требовала водяного охлаждения для достижения своих целей производительности, что привело к кодовому названию Aquarius, то есть «водонос». Во время разработки была введена новая система воздушного охлаждения, которая заменила водяное охлаждение. Версия с воздушным охлаждением получила кодовое название Aridus, что означает «сухой». [12] [c]
Пока продолжалась разработка, в конце 1988 года IBM представила свои системы AS/400 , новую линейку среднего класса, которая была намного более конкурентоспособной по стоимости, чем предыдущие предложения. Ценовое преимущество DEC было серьезно подорвано, и их прежде быстрый рост рынка почти сразу же прекратился. IBM в конечном итоге получила около 14 миллиардов долларов годового дохода от этой линейки, что было больше, чем весь доход компании DEC. Тем временем Sun представила свой микропроцессор SPARC , который позволил настольным компьютерам превзойти даже самые быстрые из существующих машин DEC. Это подорвало ценность DEC на ее другом традиционном рынке систем Unix. [7] Поскольку компания была зажата в нижнем и среднем диапазоне, 9000 стал основным направлением компании; они называли его «убийцей IBM». [14]
DEC изначально скептически относилась к RISC, [15] полагая, что он работает на тривиальных пятистрочных программах, но не будет успешным в области обработки транзакций . Это мнение было перевернуто с ног на голову в 1986 году, когда экспериментальный RISC, разработанный в Западной исследовательской лаборатории DEC, был сравнен лицом к лицу с новейшим VAX 8800 и превзошел его в соотношении 2 к 1. Это привело к программе по разработке масштабируемой конструкции RISC промышленного качества, которая появилась как DEC PRISM . [16] Дэйв Катлер , отвечавший за конструкцию PRISM, затем начал разрабатывать высокопроизводительную машину, используя ее, что немедленно привело к борьбе с группой Aridus, которая считала, что они наступают на «их территорию». [16] Инженерный комитет компании, Strategy Task Force, неоднократно рекомендовал отменить Aridus. Каждый год они пытались урезать бюджет проекта, но в результате руководитель проекта Боб Глориозо обратился напрямую к Кену Олсену и совету директоров и добился его восстановления, заявив: «Эти инженеры не имеют права указывать нам, бизнесменам, что делать». [16]
«Я просто не понимаю, как это возможно, как этот чип может заменить эти стойки с электроникой, я просто не понимаю»
—Кен Олсен [17]
Пока продолжалась битва между группами RISC и ECL, команда CMOS, создающая процессоры VAX, также продолжала совершенствоваться. Боб Супник утверждает, что старшим техническим специалистам было ясно еще в 1987 году, что следующее поколение чипов CMOS, NVAX , будет работать так же хорошо, как 9000 к 1988 году, хотя запуск 9000 был запланирован только в 1989 году. [14] Существует несколько цитат видных инженеров по проекту NVAX, которые описывают нежелание Олсена убивать 9000 даже после того, как ему прямо сказали, что он не будет конкурентоспособным к началу 1990-х годов, [14] и его прямое отрицание того, что такое вообще возможно. [17]
Поскольку компания продолжала поддерживать 9000, в то время как становилось все более и более ясно, что он не будет конкурентоспособным, различные группы внутри компании начали разрабатывать системы на основе RISC. Маловероятным результатом этого стало то, что все проекты RISC были вместо этого убиты [18] за исключением некоторой продолжающейся работы на Hudson Fab над бюджетным PRISM. [19]
DEC официально анонсировала 9000 в октябре 1989 года, заявив в то время, что поставки начнутся «следующей весной». Сравнивая его с бюджетным IBM 3090 , флагманским мэйнфреймом IBM, DEC позиционировала машину для обработки транзакций и высокопроизводительных систем баз данных . Было анонсировано пять систем, от 1,2 до 3,9 миллионов долларов, охватывающих диапазон производительности от 30 до 117 раз больше, чем у 11/780. [20]
Разработка 9000 в конечном итоге обошлась примерно в 3 миллиарда долларов. [14] Планировавшийся к выпуску в 1989 году, задержки в производстве чипов задержали его на год, а дальнейшие задержки в создании полной машины привели к тому, что в 1990 году было поставлено лишь небольшое количество систем. Системы были полны проблем и требовали постоянного обслуживания на местах. [7] К 1991 году у компании был портфель заказов всего из 350 систем. При стоимости в 1,5 миллиона долларов за машину система окупила только 25% затрат на разработку, не считая фактического производства. [14] В феврале 1991 года они анонсировали бюджетную версию, Model 110, по цене 920 000 долларов, которая была привлекательна для клиентов, ищущих мощность процессора без необходимости в обширном хранилище или других опциях. [21]
Между тем, предсказания инженерной группы о неумолимом марше КМОП оказались верными. К 1991 году на рынке также появился NVAX, предлагающий примерно такую же производительность за ничтожную долю стоимости и размера. При более низких настройках производительности тот же дизайн был доступен в настольной форме, превосходя все предыдущие машины VAX. 9000 удалось не только потерять миллиарды долларов, но и привести к концу нескольких гораздо более многообещающих проектов. [14]
К 1991 году обозреватели отрасли описывали 9000 как «заглохшую» и «разочаровывающую». В августе Глорисосо покинул DEC, сославшись на семейные проблемы. [22]
В октябре 1991 года DEC объявила, что подразделение будет реорганизовано в Production System Business Unit, а также сократит цены на текущие модели 9000 на 30% и на 38% на ее серверное программное обеспечение. Они также анонсировали три новые модели на базе КМОП-чипов, 9X15, 9600 и 9800, ни одна из которых не была отправлена. Они также объявили, что существующим пользователям 9000 будет предложена скидка на обновление до новых систем на базе DEC Alpha . [23]
В дополнение к бедам, в начале 1992 года было сообщено, что установленные системы начали страдать от серии аппаратных сбоев, которые, по-видимому, начались во второй половине 1991 года. Исследование показало, что 37% установленных систем страдали от «жестких сбоев», в основном на моделях 9420. [24] Последующее исследование дало системе высокие оценки за обслуживание и совместимость с другими системами DEC, но низкие оценки за надежность и стоимость. [25]
VAX 9000 был многопроцессорным и поддерживал один, два, три или четыре ЦП с тактовой частотой 62,5 МГц (время цикла 16 нс). Система была основана на коммутаторе-переключателе в системном блоке управления (SCU), к которому подключались от одного до четырех ЦП, два контроллера памяти, два контроллера ввода-вывода (I/O) и сервисный процессор. Ввод-вывод обеспечивался четырьмя шинами Extended Memory Interconnect (XMI).
Каждый ЦП был реализован с 13 многокристальными блоками (MCU), причем каждый ЦП содержал несколько массивов макроячеек с эмиттерно-связанной логикой (ECL) , содержащих логику ЦП. Вентильные матрицы были изготовлены в процессе Motorola "MOSAIC III", биполярном процессе с шириной протяжки 1,75 микрометра и тремя слоями межсоединений. ЦП были установлены в планарный модуль ЦП, который вмещал 16 ЦП и имел размер 24 на 24 дюйма (610 мм).
Центральный процессор VAX 9000 был связан с векторным процессором с максимальной теоретической производительностью 125 MFLOPS. Схема векторного процессора присутствовала во всех поставляемых устройствах и отключалась с помощью программного переключателя на устройствах, продаваемых «без» векторного процессора. Векторный процессор назывался V-box, и это была первая реализация векторной архитектуры VAX от Digital в ECL. Проектирование векторного процессора началось в 1986 году, через два года после начала разработки центрального процессора VAX 9000. [26]
Реализация V-box включала 25 устройств Motorola Macrocell Array III (MCA3), распределенных по трем многокристальным блокам (MCU), которые находились на планарном модуле. V-box был опциональным и мог устанавливаться в полевых условиях. V-box состоял из шести субблоков: векторного регистра, векторного сложения, векторного умножения, векторной маски, векторного адреса и векторного управления.
Векторный регистровый блок, также известный как векторный регистровый файл, реализовал 16 векторных регистров, определенных векторной архитектурой VAX. Векторный регистровый файл был многопортовым и содержал три порта записи и пять портов чтения. Каждый регистр состоял из 64 элементов, и каждый элемент имел ширину 72 бита, при этом 64 бита использовались для хранения данных, а 8 бит — для хранения информации о четности. [27]
SID (Synthesis of Integral Design) — программа логического синтеза , используемая для генерации логических вентилей для VAX 9000. Из источников высокого уровня поведения и уровня регистровых передач было синтезировано около 93% скалярных и векторных блоков ЦП , более 700 000 вентилей. [28]
SID была системой на основе правил искусственного интеллекта и экспертной системой с более чем 1000 написанных вручную правил. В дополнение к созданию логических вентилей , SID перенесла проект на уровень проводки, распределив нагрузки по сетям и предоставив параметры для инструментов CAD размещения и маршрутизации . По мере работы программы она генерировала и расширяла собственную базу правил до 384 000 низкоуровневых правил. [28] [29] Полный синтез для VAX 9000 занял 3 часа.
Первоначально это было несколько спорно, но было принято, чтобы сократить общий бюджет проекта VAX 9000. Некоторые инженеры отказались его использовать. Другие сравнили свои собственные проекты на уровне вентилей с теми, которые были созданы SID, в конечном итоге приняв SID для работы по проектированию на уровне вентилей. Поскольку правила SID были написаны опытными разработчиками логики и с участием лучших разработчиков в команде, были достигнуты отличные результаты. По мере развития проекта и написания новых правил результаты, сгенерированные SID, стали равны или лучше ручных результатов как по площади, так и по времени. Например, SID создал 64-битный сумматор, который был быстрее, чем спроектированный вручную. Спроектированные вручную области в среднем имели 1 ошибку на 200 вентилей, тогда как логика, сгенерированная SID, в среднем имела 1 ошибку на 20 000 вентилей. После обнаружения ошибки правила SID были исправлены, что привело к 0 ошибкам при последующих запусках. [28] Часть VAX 9000, сгенерированная SID, была завершена на 2 года раньше запланированного срока, тогда как другие области разработки VAX 9000 столкнулись с проблемами внедрения, что привело к значительному задержке выпуска продукта. После VAX 9000 SID больше никогда не использовался.
VAX 9000 Model 110 была моделью начального уровня с той же производительностью, что и Model 210, но имела меньший объем памяти и была укомплектована меньшим количеством программного обеспечения и услуг. 22 февраля 1991 года ее цена составляла от 920 000 долларов США, а при оснащении векторным процессором — от 997 000 долларов США.
VAX 9000 Model 210 была моделью начального уровня с одним ЦП, который можно было модернизировать. Если присутствовал векторный процессор, он был известен как VAX 9000 Model 210VP.
Модель VAX 9000 Model 4x0 была многопроцессорной моделью, значение «x» (1, 2, 3 или 4) обозначало количество имеющихся ЦП. Эти модели поддерживали векторный процессор, причем на каждый ЦП поддерживался один векторный процессор. Максимальная конфигурация имела 512 МБ памяти. Количество поддерживаемых шин ввода-вывода варьировалось: модели 410 и 420 поддерживали два XMI, десять CI и восемь VAXBI ; в то время как модели 430 и 440 поддерживали четыре XMI, десять CI и 14 VAXBI.
PDP-10 ...был снят с производства в 1983 году