Фрэнк Солтис - Основы AS/400

Системы FPS были одними из первых с длинным словом команды, содержавшим по несколько операций на команду. В машине имелось 10 функциональных узлов, и каждому из них требовалась на каждом цикле собственная подкоманда. В длинном слове команды были отдельные подкоманды для каждого узла. Одна команда могла полностью обработать вектор.

Вместо оптимизирующего компилятора для создания длинных слов команд применялись библиотеки языка ассемблера. Основной компьютер обрабатывал логику программы и вызывал процедуры с длинными командами для исполнения на машине FPS. Данный тип программирования схож с микрокодом с длинным словом типа HMC, использовавшегося в System/38. Хотя в командах НМС было не так много битов, как длинном слове команды FPS, но каждая команда НМС запускала несколько функций процессора System/38. Одно время мы рассматривали возможности использовать в НМС некоторые приемы для распределения команд по функциональным узлам.

Примерно в то же самое время, группа исследователей Йельского университета (Yale University) предложила создать машину с очень длинной командой (512 бита), которую они назвали VLIW. Коммерческий проект попыталась осуществить фирма Multiflow Computers, но, в конечном счете, потерпела неудачу из-за недостатка финансирования. В 1993 HP лицензировала у более не существующей компании пакет ее патентов.

Интерес к машинам VLIW в Рочестере сохранялся и в конце 80-х годов, главным образом, благодаря связи этой технологии и НМС. После объявления IBM AS/400 мы начали работу над процессором для систем следующего поколения. Технология VLIW стала частью новой архитектуры.

Одним из руководителей проекта VLIW был Дэйв Льюк (Dave Luick). Дэйв начинал с нашего первого процессора, возглавлял разработку процессора System/38 Model 7 и с тех пор участвовал в проектировании всех наших процессоров. Он из тех, кто всегда стремится выйти за пределы традиционной технологии, и очень заинтересовался применением к НМС некоторых технологий VLIW. Процессор C-RISC, обсуждавшийся в главе 2, был разработан как процессор для Advanced Series перед тем, как мы перешли на технологию PowerPC. Так вот, благодаря Дэйву и некоторым его соратникам, C-RISC имел НМС с рядом характеристик машины VLIW.

В 1991 году Дэйв в составе группы из 10 человек занимался оценкой возможности использования процессоров PowerPC для AS/400. После принятия решения о переходе на технологию PowerPC, он и его единомышленники направили свои усилия на создание PowerPC-совместимой машины VLIW. Так как VLIW очень зависит от технологии компиляторов, немедленно начались совместные исследования с IBM Research. Специалисты этой лаборатории, работавшие над VLIW, не могли найти для этой технологии такую платформу, чтобы новшества не оказали негативного влияния на бизнес заказчиков. Технологическая независимость AS/400 снимала этот вопрос. Мы могли внедрить VLIW в AS/400 безболезненно для пользователей.

Работа над VLIW в Рочестере показала огромный потенциал данной технологии для повышения производительности AS/400. Во-первых, благодаря упрощенной архитектуре, больше похожей на Speed Demon; можно сократить время такта процессора и создать по той же технологии микросхему, которая по скорости будет вдвое превосходить стандартный PowerPC. Во-вторых, в течение нескольких следующих лет достижим намного больший параллелизм (16 или даже более конвейеров) на одной микросхеме, чем в суперскалярных RISC; где всего лишь пять или шесть конвейеров.

В настоящее время работа над VLIW в Рочестере по ряду причин приостановлена. Дело, прежде всего, в том, что мы договорились использовать универсальную технологию процессора как для серии AS/400е, так и для продуктов линии RS/6000. Хотя благодаря независимости от технологии в AS/400 можно внедрить столь радикально новую технологию как VLIW, на RS/6000 это невозможно. Зато обе системы могут использовать RISC-процессоры PowerPC.

Некоторое время мы рассматривали возможность создания процессора PowerPC с ядром VLIW. Такой процессор мог бы использоваться как AS/400, так и RS/6000. Новый транслятор для AS/400 генерировал бы код либо для интерфейса процессора PowerPC, либо обходил его и генерировал код непосредственно для ядра VLIW. Компоненты SLIC работали бы через интерфейс PowerPC, а со временем мы переписали бы их для исполнения непосредственно ядром VLIW. Прикладные программы с шаблоном внутри программного объекта, могли бы автоматически конвертироваться для VLIW, а программы без шаблона продолжали бы работать как программы PowerPC.

Из-за споров вокруг эффективности трансляции команд в операции ядра VLIW мы приостановили работы над процессором PowerPC с таким ядром. Придется подождать и посмотреть, сколь успешно технология VLIW будет использована в Intel Merced. Некоторые из наших разработчиков даже предлагали подумать над возможностью перехода AS/400 на этот новый 64-разрядный процессор Intel. На мой взгляд, это было бы забавно.

Вторая причина приостановок работ по VLIW — то, что производительность одиночного процессора в сегодняшних системах не является слабым местом. На наш взгляд, гораздо больше выгод принесет усовершенствование подсистем памяти, и первые реализации новых подсистем уже это подтвердили.

До сих пор мы говорили только об отдельных процессорах и возможностях их применения в серии ASA^X^. Следующий раздел посвящен перспективам развития многопроцессорных систем.

На любой конференции по компьютерным архитектурам, независимо от заявленной темы, разговор обязательно заходит о масштабируемых многопроцессорных системах с общей памятью. Я твердо верю, что многопроцессорные системы данного типа обеспечат в будущем прогресс вычислительных систем. Внимание к архитектурам МРР без разделения памяти гораздо меньше — ведь они более специализированы и набор типов приложений для них ограничен. А, кроме того, заниматься масштабируемыми архитектурами с общей памятью нам просто интересно!

Системы с централизованной и распределенной общей памятью мы рассматривали в главе 2.

В первой из них имеется центральная память, которую совместно используют несколько процессоров, и именно такую модель имеют в виду, когда говорят об SMP. Так как в такой системе время, требуемое каждому процессору для доступа к центральной памяти, одинаково, то их обычно называют системами с однородным доступом к памяти или системами UMA.

Во втором случае память распределена между несколькими узлами, каждый из которых содержит небольшое число процессоров, подключенных к памяти узла по схеме SMP. В узле есть процессоры и память, но нет дисков и других устройств ввода-вывода. Адресное пространство всех узлов общее, то есть любой процессор может адресовать память любого узла. Чтобы проще представить это себе, вообразите фрагменты общей памяти расположенные в узлах системы и связанные между собой вы