CDC STAR-100 - CDC STAR-100

CDC STAR-100
CDC STAR-100 - версии 8 МБ и 4 МБ .png
Два CDC STAR-100, в версии 8 МБ (на переднем плане) и версии 4 МБ (на заднем плане)
Дизайн
ПроизводительКорпорация Control Data
ДизайнерДжим Торнтон
Дата выхода1974 (1974)[1]
Проданных единиц5[1]
Кожух
РазмерыПолный компьютер примерно:
Высота: 212 см (83 дюйма)
Длина: 745 см (293 дюйма)
Внутренние разделы:[2]
Высота: 76 дюймов (190 см)
Широкий: 28,5 дюйма (72 см)
Глубина: 30 дюймов (76 см)
Масса2200 фунтов (1000 кг)
Мощность250 кВт @ 208 В 400 Гц[2]
Система
Операционная системаГЕЛИОС [2]
ЦПУ64-битный процессор @ 25 МГц[1]
объем памятиДо 8 мегабайты (4 * 4 * 64 К x 64 бита) [3]
Место хранения-
MIPS1 MIPS (Скалярный )[4][2]
ФЛОПЫ100 MFLOPS (Вектор )[1]
Предшественник-
ПреемникCDC Cyber ​​200

В CDC STAR-100 это вектор суперкомпьютер который был разработан, изготовлен и продан Корпорация Control Data (CDC). Это была одна из первых машин, использующих векторный процессор для повышения производительности соответствующих научных приложений. Это был также первый суперкомпьютер, на котором интегральные схемы и первый, кто будет содержать миллион слов память компьютера.[5]

Название STAR было построено из слов STкольца двоичных цифр, составляющих ARлучи,[6] имея в виду векторную концепцию. 100 пришли из 100 миллион операций с плавающей запятой в секунду (MFLOPS ), скорость, с которой машина была разработана для работы.[5] Это по сравнению с их более ранними CDC 7600 который обеспечивал пиковую производительность 36 MFLOPS, но чаще работал со скоростью около 10 MFLOPS.

Дизайн был частью предложения, сделанного Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора в начале 1970-х гг. Ливермор искал партнера, который за свой бюджет построил бы гораздо более быструю машину, а затем сдал бы получившуюся конструкцию в лабораторию. Об этом было объявлено публично в начале 1970-х годов, а 17 августа 1971 года CDC объявил, что Дженерал Моторс разместила первый коммерческий заказ на STAR-100.

Ряд основных конструктивных особенностей машины означал, что ее реальная производительность была намного ниже, чем ожидалось, когда она впервые использовалась в коммерческих целях в 1974 году, и была одной из основных причин, по которой CDC отказались от своего прежнего доминирования на рынке суперкомпьютеров, когда Крей-1 было объявлено в 1975 году. Всего было поставлено три системы STAR-100: две в Ливерморскую лабораторию, а одна - в Исследовательский центр НАСА в Лэнгли.

Описание

В целом STAR был похож на предыдущие суперкомпьютеры CDC, где простая ЦПУ был поддержан рядом периферийные процессоры это разгружало служебные задачи и позволяло процессору обрабатывать числа как можно быстрее. В STAR и ЦП, и периферийные процессоры были намеренно упрощены, чтобы снизить стоимость и сложность реализации. STAR также отличался от более ранних дизайнов тем, что был основан на 64-битной архитектуре вместо 60-битной, что является побочным эффектом все более широкого использования 8-битных ASCII обработка. Также в отличие от предыдущих машин, в STAR широко использовались микрокод а также поддержал виртуальная память возможности.

Основным нововведением в STAR стало включение инструкции для векторной обработки. Эти новые и более сложные инструкции приблизительно соответствовали тому, что было доступно пользователям APL язык программирования и оперировал огромными векторами, которые хранились в последовательных местах в основной памяти. ЦП был разработан для использования этих инструкций для настройки дополнительного оборудования, которое как можно быстрее загружало данные из основной памяти. Например, программа может использовать одну инструкцию с несколькими параметрами для сложения всех элементов в двух векторах, длина которых может достигать 65 535 элементов.

Чтобы понять, почему векторные инструкции повышают производительность, рассмотрим простую задачу добавления двух массивов по 10 000 элементов. В традиционном дизайне каждый элемент требовал бы, чтобы компьютер получил ДОБАВИТЬ инструкции из памяти, декодировать ее, извлечь два операнда из памяти, выполнить сложение и записать результаты обратно в память. В векторной машине ДОБАВИТЬ инструкция читается только один раз, что позволяет сразу сэкономить 10 000 обращений к памяти. Кроме того, известно расположение в памяти «следующего» операнда, оно на одно слово выше в памяти, чем последнее. Это позволяет компьютеру получать следующие операнды, пока схема сумматора все еще добавляет последние два значения, ему не нужно ждать декодирования инструкции. Как только ДОБАВИТЬ завершено, сумматор может передать результат для записи и немедленно начать работу со следующими двумя значениями. Как и с конвейеры команд в общем, время, необходимое для выполнения любой одной инструкции, было не лучше, чем было раньше, но поскольку ЦП работает с несколькими точками данных одновременно, общая производительность резко улучшается из-за характера задачи конвейерной сборки.

В основной памяти было 65 536 сверхслов (МЕЧ), которые являются 512-битными. слова.[7] Основная память была 32-х полосная чередующийся для конвейерного доступа к памяти. Он был построен из основная память с время доступа 1,28 мкс. Доступ к основной памяти осуществлялся через 512-битную шину, управляемую контроллер доступа к хранилищу (SAC), который обрабатывал запросы от блок потока. Блок потока обращается к основной памяти через SAC через три 128-битные шины данных, две для чтения и одна для записи. Кроме того, имеется 128-битная шина данных для выборки команд, ввода-вывода и доступа к векторам управления. Блок потока служит в качестве блока управления, выборки и декодирования инструкций, инициирования доступа к памяти от имени конвейерных функциональных блоков и управления выполнением инструкций, среди других задач. Он также содержит два буфера чтения и один буфер записи для потоковой передачи данных в исполнительные блоки.[7]

STAR-100 имеет два конвейера, на которых выполняется арифметика. Первый конвейер содержит сумматор с плавающей запятой и умножитель, тогда как второй конвейер является многофункциональным, способным выполнять все скалярные инструкции. Он также содержит сумматор с плавающей запятой, множитель и делитель. Оба конвейера 64-битные для операций с плавающей запятой и управляются микрокодом. STAR-100 может разделять свои конвейеры с плавающей запятой на четыре 32-битных конвейера, удваивая пиковую производительность системы до 100 MFLOPS за счет половины точности.[7]

STAR-100 использует процессоры ввода-вывода для разгрузки операций ввода-вывода с ЦП. Каждый процессор ввода-вывода является 16-битным миникомпьютер со своей собственной основной памятью на 65 536 слов по 16 бит каждое, которая реализована с основной памятью. Все процессоры ввода / вывода совместно используют 128-битную шину данных с SAC.

Реальная производительность, пользователи и влияние

Реальные характеристики STAR-100 были лишь долей теоретических характеристик. Это произошло по ряду причин. Во-первых, векторные инструкции «память-память» имели относительно долгое время запуска, поскольку конвейер от памяти к функциональным блокам был очень длинным. В отличие от конвейерных функциональных блоков на основе регистров в 7600, конвейеры STAR были намного глубже. Проблема усугублялась тем, что у STAR время цикла было меньше, чем у 7600 (40 нс против 27,5 нс). Таким образом, длина вектора, необходимая для того, чтобы STAR работала быстрее, чем 7600, составляла около 50 элементов; если циклы работали с наборами данных с меньшим количеством элементов, временные затраты на настройку векторного конвейера были выше, чем экономия времени, обеспечиваемая векторными инструкциями.

Когда машина была выпущена в 1974 году, быстро стало очевидно, что ее общая производительность далека от ожидаемой. Очень немногие программы можно эффективно векторизовать в серию отдельных инструкций; почти все вычисления будут основываться на результатах какой-либо более ранней инструкции, но результаты должны были очистить конвейеры, прежде чем они могли быть возвращены. Это вынудило большинство программ столкнуться с высокими затратами на установку векторных модулей, и, как правило, те, которые это сделали "работа" были крайними примерами. Хуже того, была принесена в жертву базовая скалярная производительность ради улучшения векторной производительности. Каждый раз, когда программе приходилось выполнять скалярные инструкции, общая производительность машины резко падала. (Видеть Закон Амдала.)

В итоге две системы STAR-100 были доставлены Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора и один в НАСА Исследовательский центр Лэнгли.[8] Готовясь к поставкам STAR, программисты LLNL разработали библиотека из подпрограммы, называется STACKLIB, на 7600 до подражать векторные операции ЗВЕЗДЫ. В процессе разработки STACKLIB они обнаружили, что программы, преобразованные для его использования, работают быстрее, чем раньше, даже на 7600. Это еще больше снизило производительность STAR.

STAR-100 разочаровал всех участников. Джим Торнтон, ранее Сеймур Крей ближайший помощник на CDC 1604 и 6600 проектов и главный дизайнер STAR покинули CDC, чтобы сформировать Корпорация сетевых систем. Обновленная версия базовой архитектуры была позже выпущена в 1979 году как Кибер 203,[8] за которым следует Кибер 205 в 1980 г., но к этому моменту системы из Cray Research со значительно более высокими характеристиками были на рынке. Провал STAR привел к тому, что CDC оттеснили от своего прежнего доминирования на рынке суперкомпьютеров, что они пытались решить, создавая ETA Systems в сентябре 1983 г.[8]

Клиенты

С 1974 года поставлено пять CDC STAR-100:

  • Лаборатория Лоуренса Ливермора. (2)
  • НАСА Лэнгли
  • Корпорация Control Data, Арден-Хиллз, Миннесота (2)

Рекомендации

  1. ^ а б c d БОЛЬШИЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И НОВАЯ АРХИТЕКТУРА, Т. Блох, ЦЕРН, Женева, Швейцария, ноябрь 1978 г.
  2. ^ а б c d Предложение компьютерной лаборатории Атласа для компьютерной системы STAR, Майкл Бейлис, Control Data, апрель 1972 г.
  3. ^ Справочное руководство по аппаратному обеспечению Star-100
  4. ^ История и результаты теста Whetstone Benchmark
  5. ^ а б Маккензи, Дональд (1998). Познавая машины: очерки технических изменений. MIT Press. ISBN  9780262631884.
  6. ^ CJ PURCELL. «Контрольные данные STAR-100». S2CID  43509695. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ а б c ВЕЧЕРА. Когге, Архитектура конвейерных компьютеров, Тейлор и Фрэнсис, 1981, стр. 162–164.
  8. ^ а б c Р. В. Хокни и К. Р. Джесшоуп, Параллельные компьютеры 2: архитектура, программирование и алгоритмы, Адам Хильгер, 1988, стр. 21.


дальнейшее чтение

  • R.G. Хинц и Д. Тейт, "Конструкция процессора Control Data STAR-100", Proc. Compcon, 1972, с. 1–4.
  • П. Б. Шнек, Архитектура суперкомпьютера, Kluwer Academic, 1987, стр. 99–118.

внешняя ссылка