Программные продукты и системы

В феврале 1992 года в Шотландии в городе Сауз-Квинсферри (South Queensferry), расположенном неподалеку от Эдинбурга, Digital провела презентацию новой технологии фирмы, получившей название Alpha. В отличие от многих других, это событие не стерлось в череде бесконечных выставок, презентаций и конференций компьютерного мира. Напротив, его без преувеличения можно считать одним из важнейших событий года. Digital представила на суд своих пользователей и партнеров технологию, которая может определить направления развития всей компьютерной техники на ближайшие четверть века. Газета "Уолд Стрит Джорнал", ссылаясь на мнения аналитиков, писала: "... новый компьютерный чип, представленный Digital Equipment Corporation, превосходит по мощности все конкурирующие процессоры и может принести Digital внушительное превосходство на рынке. Микропроцессор под кодовым названием Alpha, как ожидается, составит основу всех проектов Digital на предстоящее десятилетие и более. Немаловажным моментом является и тот факт, что Digital предполагает выдавать лицензии на использование чипа другим компаниям".

Процессор Alpha "имеет огромные функциональные возможности и производительность", - сказал Джон Рольваген {John Rollwagen), один из ведущих сотрудников компании CRAY. Он также добавил, что один микропроцессор Alpha "имеет ту же максимальную производительность, что и система Сгау-1", малый суперкомпьютер.

Аналитики отмечают, что CRAY предпочла Alpha микропроцессорам других ведущих фирм, в числе которых Sun Microsystems, Hewlett-Packard Co., International Business Mashines Corp.

Цена акций Digital (59,125 доллара) на композитных торгах Нью-Йоркской Фондовой Биржи возросла на 2,25 доллара.

"Это потрясающая технология, - сказал Марк Дж. Шульман, (Mark G. Shulman) из UBS Securities Inc., - если приведенные значения производительности точны, то Digital за один год переместилась в технологиях аппаратного обеспечения с последнего места на первое".

Бэрри Ф. Вильям (Barry F. William), аналитик из Sanford С. Bernstein and Co., назвал Alpha "прорывом на новый уровень" в проектировании микропроцессоров. "Эта технология должна поставить Digital впереди не только настоящего, но и будущих поколений микропроцессоров Sun и Hewlett-Packard".

Си. Гордой Белл (С. Gordon Bell), бывший сотрудник Digital, занимавший в последние годы весьма скептическую позицию по отношению к разработкам фирмы по программе VAX, назвал Alpha "экстраординарным техническим достижением".

Что же в действительности представляет собой программа Alpha?

Можно считать, что разработка программы Alpha началась около двенадцати лет назад, когда специалисты Digital поставили перед собой задачу разработать перспективную модель микропроцессора, имеющую богатый потенциал развития. Сегодня программа приобрела вполне конкретные очертания и включает в себя два основных компонента:

-    новую 64-разрядную RISC-архитектуру, обеспечивающую одновременно высокую ско рость работы, надежность и открытость;

-    реализацию этой архитектуры в виде од нокристальной микросхемы, промышленный образец которой 21064 был изготовлен и представлен в Сауз-Квинсферри,

С технической точки зрения микросхема 21064 представляет собой 64-разрядный конвейерный RISC-процессор с тактовой частотой 200 МГц. Такая величина тактовой частоты позволяет процессору выполнять в секунду до 400 целочисленных операций (MIPS) и 200 операций с плавающей точкой (MFLOPS). Тем самым микросхема работает практически вдвое быстрее самого быстрого из процессоров Hewlett-Packard, в тысячи раз превосходит все модели универсальных компьютеров IBM по соотношению скорости и производительности и имеет мощность суперкомпьютера Сгау-1 при габаритах и цене рабочей станции. Микросхема изготовлена по КМОП-технологии (CMOS -Complimentary Metal Oxide Semiconductor) и насчитывает 1,68 миллиона транзисторов, размер которых может достигать 0,75 микрона. Для сравнения скажем, что если бы потребовалось увеличить чип настолько, чтобы каждый из его элементов стал виден невооруженным глазом, то общая площадь такого микропроцессора покрыла бы территорию Швейцарии.

Процессор имеет именно 64-разрядную RISC-архитектуру без каких-либо послаблений в сторону 32-раэрядности, Он имеет 64-разрядные физические И виртуальные адреса (тем самым адресное пространство увеличивается в четыре миллиарда раз), 64-разрядные целые числа и числа с плавающей точкой. Последние могут иметь как формат VAX, так и формат IEEE (Стандарт Международного института инженеров электротехников и радиоэлектроникой). Обработка команд выполняется в суперскалярном режиме, то есть устройство управления командами микропроцессора" за одни такт работы может получать и обрабатывать две 32-разрядные команды. Микросхема включает нее элементы, необходимые для использования ее в качестве центрального процессора компьютера, включая устройства обработки целых чисел и чисел с плавающей точкой. Эти устройства, как и устройства адресации и управления переходами, способны выполнять инструкции за один цикл.

Микропроцессор содержит два высокоскоростных устройства кэш-памяти, по одному для команд и данных. За один тактовый цикл можно передать две 32-разрядные команды и 64 бита данных. Результирующая скорость передачи данных тем самым достигает 3,2 ГбаЙта/с, что было бы просто невозможно без полной интеграции устройств.

По оценкам аналитиков, К МОП-технологии Digital на сегодняшний день остаются наиболее совершенными. Это позволяло фирме в последние годы производить процессоры, превосходящие по мощности изделия таких ведущих поставщиков микроэлектроники, какими являются MIPS, Sun Microsystems, IBM, Cypress, NEC, Intel, Motorola и Toshiba. Предыдущие поколения КМОП-технологий дали Digital возможность создать в 1990 г. CISC-микропроцессор (Complex Instruction Set Chip - чип со сложным набором команд), имеющий тактовую частоту 62,5 МГц, который использовался в модели 500 VAX 6000.

Новое, четвертое поколение КМОП-техно-логиЙ позволило Digital достичь абсолютного рекорда производительности CISC-процессоров, - тактовая частота процессора модели 600 VAX 6000 составила 83 МГц. Именно эта технология и была использована при производстве микросхемы 21064.

Кому-то может показаться странным утверждение, что вот уже на протяжении длительного времени Digital остается крупнейшим производителем микроэлектроники. Тем не менее это действительно так. Все это время Digital изготавливала практически все микросхемы, используемые в компьютерах собственного производства. За последние три года инженеры Digital разработали и RISC-процессоры, превосходящие по быстродействию все, что появлялось на рынке до настоящего времени.

Создатели Alpha пришли к выводу, что этот процессор слишком хорош, чтобы оставаться в руках одной, пусть даже столь большой компании, какой является Digital. Развитие компьютерной технологии в ближайшие годы бесспор но пойдет в направлении магистрали, проло женной Digital. Но на создание аналогов Alpha уйдут годы, что затормозит развитие индустрии в целом, с одной стороны, и затруднит внедрение микропроцессора в качестве стандарта, с другой. Сказанное определило решение лицензировать технологию и дать возможность другим компаниям использовать микросхему 21064 в своих компьютерах. Начав продавать микропроцессор 21064 как самостоятельное изделие, Digital вступила на рынок микроэлектроники.

Решение о лицензировании технологии уже успело дать первые результаты. Cray Research, например, будет использовать 21064 в своем новом суперкомпьютере. Компания Kubota Computer Inc. также будет применять чип в своих рабочих станциях. Кроме того, предполагается продавать микропроцессор как готовое изделие независимым разработчикам программного обеспечения.

Производство Alpha налажено как в Соединенных Штатах, так и в Европе. В Сауз-Квинс-ферри для этих целей был построен и оборудован один из крупнейших европейских заводов по производству полупроводников. Это решение не случайно, оно является частью стратегической программы долгосрочных инвестиций Digital в Европе, поскольку сегодня на долю европейского рынка приходится около 40% всех доходов корпорации.

Официальное открытие завода состоялось в сентябре 1990 года. Общий объем капиталовложений в это одно из наиболее совершенных предприятий в мире и второе по величине инвестиций Digital за пределами США составлял к тому времени уже более 200 млн. долларов.

Digital остается единственной корпорацией в Европе, имеющей подобного рода производства, а завод - уникальным в Великобритании предприятием, имеющим полный цикл производства: от кремниевого сырья до готовых компьютеров.

С весны 1992 года Digital дополнительно инвестировала 50 млн. долларов на подготовку к производству Alpha. По оценкам экспертов стоимость завода, подобного построенному в Сауз-Квинсферри, сегодня составляет около 500 млн. долларов, а в 1995 году на создание производства подобного типа пришлось бы израсходовать уже около одного миллиарда долларов.

Завод в Сауз-Квинсферри представляет собой одно нз наиболее современных предприятий микроэлектронной промышленности. Его персонал насчитывает 450 человек, на обучение которых только за последний год было израсходовано около 6 млн. долларов.

При работе с допусками в один микрон даже частичка пыли размером в одну сотую диаметра человеческого волоса может вызвать в схеме замыкание. Поэтому кремниевые пластины в Сауз-Квинсферри производятся в помещениях первого класса чистоты, где воздух в тысячи раз превосходит по чистоте другие производственные помещения и в миллионы раз чище, чем в обычных офисах, для чего поступающий воздух проходит через ряд фильтрующих устройств, а по мере использования вновь очищается и выбрасывается в атмосферу столь же чистым, как и поступил оттуда. Каждый день двести тысяч галлонов воды в миллион раз чище водопроводной используется при производстве кремниевых пластин и для мытья помещений.

Как и производство, исследовательские работы по программе Alpha носили интернациональный характер. И как любой другой проект, требующий неординарных решений, он разрабатывался в атмосфере неформального творческого общения людей, принадлежащих к различным подразделениям Digital. "Разработка Alpha не имела жестко централизованного управления, - отмечал Боб Супник (Bob Supnik), технический менеджер программы Alpha, - в нашу группу, работавшую над Alpha, входило около десяти человек. И более никто для на нас не работал. Ни одного доллара бюджета я не отдал на сторону, и не было ни одного подразделения, откуда я получал бы непосредственные задания. Все строилось на взаимодействии, убежденности, доверии, обмене мнениями и согласовании идей".

Подавляющее большинство исследований концентрировалось в США в группе ASD -Advanced Semiconductor Development Group, но были и примеры значительного вклада в разработку программы групп, расположенных за пределами США.

Одна из них — Университетский инженерный центр, организованный Digital при Венском технологическом университете. С весны 1988 года сотрудники центра занимались вопросами имитационного моделирования поведения процессора. Моделирование проводилось при помощи программ Minimose и Promise, разработанных профессором Зигфридом Зельбергером (Sigfried Selberherr).

По признанию доктора Йохача Нитмана (Johann Nittmann), менеджера Университетского Центра Digital в Вене, усилия группы, в основном, концентрировались на исследовании физических характеристик отдельных транзисторов, поскольку Alpha в целом - слишком технически изощренное изделие, и его комплексное моделирование на компьютере пока остается непосильной задачей.

Если в технологическом отношении Alpha отражает результат качественного скачка в производительности микропроцессорной техники, то стратегия продвижения изделия на рынок представляет собой логическое продолжение подхода Digital, получившего название Open Advantage. Этот подход позволяет предоставить максимальные преимущества использования технологического лидерства Digital всеми категориями партнеров компании — от независимых поставщиков оборудования до конечных пользователей.

Здесь прежде всего следует обратить внимание на небольшие размеры кристалла — его величина составляет всего 16.8x13.9 мм. Для чипа, чья производительность превышает все имеющиеся на сегодняшний день системы, размер материнской платы компьютера будет совсем невелик. Пользователь получает мощность суперкомпьютера, разместив ее в корпусе и приобретя по цене рабочей станции.

Другой немаловажной особенностью является масштабируемость процессора. Иными словами, в схему заложена возможность увеличения производительности, причем максимальный коэффициент масштабирования равен 1000, а по некоторым оценкам может достигнуть и величины 10000. Тем самым открывается возможность использования Alpha в качестве универсальной платформы для компьютеров всех размеров, начиная от портативных палмто-пов (компьютеров, умещающихся на ладони), и кончая сверхмощными центрами обработки данных и компьютерами для массивной параллельной обработки. Подобный подход традиционно используется в рыночной стратегии Digital и направлен на защиту инвестиций покупателей, вкладываемых в продукцию фирмы. При повышении требований к мощности обработки пользователю нет смысла каждый раз приобретать новый компьютер. Digital делает все возможное, чтобы переход на новый уровень использования вычислительных мощностей сопровождался минимальными дополнительными вложениями средств.

Создавая Alpha, его разработчики стремились достигнуть максимальной степени универсальности и в отношении используемого системного и прикладного программного обеспечения. В связи с этим процессор в разрез с практикой, принятой практически у всех разработчиков, специально не рассчитывался на использование какого-либо определенного языка или операционной системы. Технология Alpha предполагает использование программ* ного интерфейса, обеспечивающего функционирование нескольких операционных систем. В настоящее время на Alpha могут запускаться операционные системы OSF/1 и VMS фирмы Digital. Однако в будущем предполагается и возможность подключения новых операционных систем, в том числе Microsoft Windows/NT.

Огромная производительность процессора, наконец, открывает совершенно новые перспективы в расширении прикладных областей использования компьютера:

-     прежде всего, это перевод многих прило жений, в которых традиционно использовались суперкомпьютеры, на рабочие станции. Alpha позволит формировать эконометркческие про гнозы, проектировать летательные аппараты, моделировать молекулярные цепочки при про изводстве лекарств и решать многие другие задачи;

-     голосовые интерфейсы. По мнению спе циалистов Digital, к 1995 году у пользователя появится возможность общаться с хомпьюте-

ром прк помощи голоса. Появление подобного рода средств должно ознаменовать собой "начало конца" клавиатуры. И в этом отношении фирма уже сделала первые шаги. Digital, например, поставляет коммерческую систему DtDDLY (Digital Integrated Distributed Data Library), которая позволяет подавать голосом команды компьютеру и выслушивать его ответы. Система уже тестируется в госпиталях, где она используется хирургами для получения информации о состоянии пациента во время операции. Другими потенциальными приложениями систем голосовых интерфейсов могут стать средства интерактивного общения пилота и бортового компьютера в летательных аппаратах, программы определения маршрута, устанавливаемые в автомобилях и автобусах, заказ покупок на дом и т.п.;

-    мультимедиа и видеокоммуникации. Средства, способные совмещать обработку изображений, текста, графики и голоса на компьютерах типа рабочих станций, идеально подходят Alpha, с его превосходным соотноше нием стоимости и производительности. Digital уже разработала систему-прототип Jabber- wocky, способную совмещать телефонную, ви део- и компьютерную системы и поддержи вать приложения типа видеоконференций и видеопочты. С помощью Alpha пользователи получат возможность общаться, видя изображе ния друг друга на экране монитора в реальном времени, одновременно обмениваясь при этом текстовыми сообщениями;

-    активные удостоверения. В системе ак тивных удостоверений для пропуска их владельцев используются инфракрасные лучи. Сигнал удостоверения обрабатывается центральным компьютером, который может подавать сигналы на открытие различных дверей, автоматически обеспечивать возможность работы с определенными компьютерами и т.п. Подобного рода приложения также связаны с переработкой больших объемов информации, где Alpha играет незаменимую роль;

—   виртуальная действительность. Виртуаль ная действительность — это способность взгля нуть на мир компьютера как бы изнутри. На пример, фирмы, торгующие недвижимостью, смогут "провести" клиента по комнатам поку паемого им дома, не покидая своего офиса. Подобного рода системы используются и в качестве тренажеров для обучения водителей, летчиков и т.п. Кто знает, быть может, с помощью Alpha люди скоро' смогут сыграть в гольф, не выходя из квартиры;

-  пек-компьютеры. Alpha, с ее высокой от дачей, способна значительно увеличить произ водительность систем, распознающих рукопис ный текст и воспринимающих команды не с клавиатуры, а при их написании на специаль ном планшете или прямо на экране.

Итак, Digital распахнула дверь в 21-й век. Но не следует ожидать, что Alpha завтра же перевернет мир. Большинство инноваций в компьютерной области за последние пятнадцать лет вряд ли раскроют весь свой потенциал в этом году, или даже в этом веке. По всей вероятности, Alpha — архитектура будущего, распахнутая дверь, а вот войти в нее или остаться у порога - каждый сможет решить сам.