Фрэнк Солтис - Основы AS/400

Самая большая проблема VLIW в том, что генератор кода компилятора должен быть тесно связан с аппаратурой. Чтобы генерировать команды для каждого функционального узла процессора, компилятор должен иметь точную информацию, сколько узлов на микросхеме, какие они и как связаны друг с другом. В результате, практически невозможно использовать код, сгенерированный таким компилятором на любом модифицированном процессоре, так как у них отсутствует двоичная совместимость (или они имеют разное число функциональных узлов).

Ранее предполагалось, что Intel использует в микросхеме Merced трансляцию команд х86 и IA-64 в команды VLIW «на лету», аналогично Pentium II и Pentium Pro, где команды х86 и IA-64 «на лету» транслируются в последовательность RISC-подобных команд непосредственно микросхемой. Intel называет эти RISC-подобные команды микрооперациями и описывает данный прием как динамическое исполнение. Затем ядро процессора исполняет эти микрооперации конвейерным устройством, которое выглядит точно так же, как и любой RISC-процессор.

Intel не первая применила такой механизм. Точно так же работал процессор Nx586 другого производителя микросхем х86 — NexGen, теперь приобретенной AMD (Advanced Micro Devices). NexGen называла этот подход внутренними командами RISC86. Теперь он использован в другой совместимой с х86 микросхеме AMD — К6. Все эти продукты продемонстрировали, что динамическое исполнение удачно для RISC-процессора. В то же время оно может не очень хорошо сказываться на объеме параллелизма в потоке команд VLIW-процессора.

Далее RISC-процессор анализирует следующие 3 — 6 команд и направляет их в максимально возможное в данный момент количество узлов процессора. RISC-компиляторы отвечают за помещение в поток команд независимых друг от друга инструкций, чтобы за один цикл можно было отправить на выполнение их максимальное количество. Генератор кода компилятора обрабатывает промежуточное представление и генерирует двоичные машинные команды. Обычно для предоставления процессору достаточного числа независимых команд требуется анализ команд некоторого участка промежуточного представления.

В VLIW-машине число функциональных устройств сильно возрастает, что нужно для достижения большего параллелизма. В ближайшее время можно вполне ожидать появления процессоров, имеющих от 16 до 32 (а в будущем и более) функциональных узлов. Для обеспечения загрузки командами компьютеров такого типа генератору кода компилятора потребуется проанализировать гораздо больший диапазон промежуточного представления. Для генерации команд каждого цикла компилятору придется просмотреть, возможно, сотни и даже тысячи промежуточных команд. При использовании динамического подхода «на лету», для генерации команды VLIW просматривается лишь несколько команд. Способность эффективной загрузки большого числа функциональных узлов в этом случае остается под большим вопросом.

В соответствии с последней информацией от Intel, подход, который будет использован в Merced, будет больше походить на RISC-подобный подход Pentium Pro. В новом процессоре могут быть использованы некоторые базовые концепции VLIW, включая параллельное диспетчирование большого числа команд. Один из руководителей Intel сказал, что они взяли разработки VLIW от HP и разработки CISC/RISC от Intel и собираются создать на их основе нечто новое. Он сказал, что это новый тип архитектуры, который идет дальше не только RISC, но и VLIW. Мы в Рочестере наблюдаем за происходящим с большим интересом.

Рочестер заинтересовался архитектурой с очень длинным словом команд в начале 80-х. В то время здесь было организовано специальное подразделение исследования новых технологий для наших будущих системах. В этом подразделении я руководил группой систем. Задача группы состояла не в том, чтобы создать продукт, который будет поставляться заказчикам, но разобраться, заслуживают ли некоторые идеи внимания, и может ли на их основе быть создана аппаратура. Разумеется, лучший способ продемонстрировать положительный ответ — работоспособный прототип.

Наша группа сосредоточила свое внимание на высокопроизводительных вычислениях и параллельной обработке, в основном, применительно к System/38. Мы были убеждены, что когда-нибудь создадим модели System/38 очень высокой производительности, и хотели быть готовы к этому. Исследование процессоров возглавлял Рой Хоффман. Его идея состояла в следующем: добавить к System/38 процессоры, специально предназначенные для приложений, с которыми эта система справлялась не очень хорошо. Одним из сопроцессоров, которые мы присоединили к System/38, был высокопроизводительный процессор операций с плавающей точкой. После этого мы решили пойти дальше и построить System/38 с производительностью суперкомпьютера. В наши намерения входило добиться на своем прототипе большей производительности приложений, интенсивно использующих плавающую точку, чем на System/ 390 с ее векторными возможностями. Достичь поставленной цели мы собирались с помощью сопроцессора фирмы FPS (Floating Point Systems).

В 1975 году FPS выпустила АР-120В — первенец семейства матричных процессоров FPS, использовавшийся, в основном, для обработки сигналов. Матричные процессоры работают с упорядоченными наборами данных, обычно, векторами или матрицами. В 1980 году FPS выпустила FPS-164 на основе архитектуры АР, предназначенный для сложных научных расчетов. FPS-164 был полностью 64-разрядным процессором. Он мог с успехом соревноваться с любыми суперкомпьютерами того времени, включая Cray.

Процессор FPS не был автономным, а подключался к управляющей вычислительной системе. Мы купили его и подключили к System/38, а параллельно стали разыскивать коммерческие приложения, которым требовались высокопроизводительные вычисления с плавающей точкой. Мы хотели показать, что вычисления такого типа применимы не только к научным расчетам. Наиболее обещающими были приложения для банков и работы с ценными бумагами.

^чЧУЦ//>, Физически FPS-164 был гораздо больше System/38. У него были также свои «капризы», которыми не страдала наша система, например требования к охлаждению воздуха. Мы оборудовали ему специальную комнату с фальшполом и самым большим кондиционером, который когда-либо устанавливали наши техники. Вентиляторы FPS засасывали холодный воздух из-под фальшпола с таким шумом, будто в комнате находилось судно на воздушной подушке. Когда мы его выключали, в комнате становилось так холодно, и никто из персонала не мог там долго находиться. Однако, как вычислительная машина FPS-164 работал по-настоящему быстро.

У FPS были планы — создать с помощью новых технологий такие версии FPS-164, которые работали бы вместе с System/38 в нормальных условиях офиса. Но именно тогда проект Fort Knox был прекращен, и мы сосредоточили все свои силы на Silverlake. Увы, проект использования с System/38 новых сопроцессоров нам не довелось довести до конца. Однако он кое-чему научил нас, и этот опыт пригодился при работе над сопроцессорами для AS/400.