Lispマシン

1960年代と1970年代の人工知能（AI）コンピュータプログラムは、プロセッサ時間とメモリ空間で測ると、当時としては膨大な量のコンピュータパワーを本質的に必要としていました。AI研究のパワー要件は、Lisp記号プログラミング言語によってさらに悪化しました。当時、市販のハードウェアはアセンブリ言語やFortranのようなプログラミング言語向けに設計・最適化されていました。当初、このようなコンピュータハードウェアのコストが高かったため、多くのユーザーで共有する必要がありました。 1960年代から1970年代初頭にかけて集積回路技術によってコンピュータのサイズとコストが縮小し、AIプログラムのメモリ要件が最も一般的な研究用コンピュータであるDigital Equipment Corporation（DEC）PDP-10のアドレス空間を超え始めたため、研究者たちは新しいアプローチを検討しました。それは、大規模な人工知能プログラムの開発と実行に特化して設計され、 Lisp言語のセマンティクスに合わせたコンピュータです。対話型プログラムで一貫したパフォーマンスを提供するために、これらのマシンは共有されることはほとんどなく、一度に1人のユーザー専用となることが多かったのです。^{[ 3 ]}

1973年、マサチューセッツ工科大学（MIT）人工知能研究所（AI Lab）のプログラマー、リチャード・グリーンブラットとトーマス・ナイトは、 24ビットのタグ付きアーキテクチャで、特定の基本的なLisp操作をソフトウェアではなくハードウェアで実行するように設計されたコンピュータの構築を開始し、後にMIT Lisp Machineプロジェクトとなるプロジェクトに着手しました。このマシンは、インクリメンタル（またはArena）ガベージコレクションも実行しました。より具体的に言うと、Lisp変数はコンパイル時ではなく実行時に型付けされるため、テスト命令と分岐命令のために、2つの変数の単純な加算は従来のハードウェアでは5倍の時間がかかる可能性がありました。Lisp Machineは、より一般的な単一命令の加算と並行してテストを実行しました。同時テストが失敗した場合、結果は破棄され、再計算されました。これは多くの場合、数倍の速度向上を意味しました。この同時チェック方式は、参照時の配列の境界テストや、その他のメモリ管理の必要性（ガベージコレクションや配列だけでなく）にも使用されました。

型チェックは、従来の 32 ビットのバイト ワードがSymbolics 3600 モデルの Lisp マシン^{[ 4 ]} で36 ビットに拡張され、最終的には 40ビット以上に拡張されたときにさらに改善され、自動化されました (通常、以下の説明で説明されない余剰ビットは誤り訂正コードに使用されました)。最初のグループの余剰ビットは型データを保持するために使用され、マシンはタグ付きアーキテクチャになりました。残りのビットは、圧縮データ表現(CDR) コーディング (通常のリンク リストの要素が圧縮されてスペースの約半分を占める) を実装するために使用され、ガベージ コレクションが桁違いに改善されたと報告されています。さらに、Lisp関数を特にサポートする 2 つのマイクロ コード命令により、Symbolics の実装によっては、関数呼び出しのコストがわずか 20 クロック サイクルにまで削減されました。 

The first machine was called the CONS machine (named after the list construction operator cons in Lisp). Often it was affectionately referred to as the Knight machine, perhaps since Knight wrote his master's thesis on the subject; it was extremely well received. It was subsequently improved into a version called CADR (a pun; in Lisp, the cadr function, which returns the second item of a list, is pronounced /ˈkeɪ.dəɹ/ or /ˈkɑ.dəɹ/, as some pronounce the word "cadre") which was based on essentially the same architecture. About 25 of what were essentially prototype CADRs were sold within and without MIT for ~$50,000; it quickly became the favorite machine for hacking – many of the most favored software tools were quickly ported to it (e.g. Emacs was ported from ITS in 1975). It was so well received at an AI conference held at MIT in 1978 that Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) began funding its development.

In 1979, Russell Noftsker believed that because of the strength of the Lisp language and how it could be further improved with hardware acceleration, Lisp machines presented a commercial opportunity. He proposed commercializing the technology with Greenblatt. Greenblatt, as an AI Lab hacker, was not accustomed to the business environment and hoped to recreate the informal and productive atmosphere of the lab in their venture. His ideas and goals were different from those of Noftsker. The two negotiated at length, but could not find compromise. As the proposed firm could succeed only with the full and undivided assistance of the AI Lab hackers as a group, Noftsker and Greenblatt decided that the fate of the enterprise was up to them, and so the choice should be left to the hackers.

The ensuing discussions of the choice divided the lab into two factions. In February 1979, matters came to a head. The hackers sided with Noftsker, believing that a commercial venture-fund-backed firm had a better chance of surviving and commercializing Lisp machines than Greenblatt's proposed self-sustaining start-up.

ノフツカーの会社であるシンボリックスが徐々に形になり始めたのは、まさにこの時期だった。ノフツカーはスタッフに給料を支払っていたものの、ハッカーたちが作業できる建物も設備も持っていなかった。彼はパトリック・ウィンストンと交渉し、シンボリックスがスタッフをMITで働かせ続ける代わりに、シンボリックスが開発したすべてのソフトウェアをMITが内部で自由に使えるようにするという取り決めをした。ノフツカーとの会議が大失敗に終わってから約8か月後、西海岸のプログラマーのグループと自然言語コンピュータアプリケーションを構築しようとしていたCDCのコンサルタントが、グループが作業するためのLispマシンを求めてグリーンブラットのもとを訪れた。グリーンブラットは独自のLispマシン会社を立ち上げることを決意していたが、何もしていなかった。コンサルタントのアレクサンダー・ジェイコブソンは、グリーンブラットが会社を立ち上げ、ジェイコブソンが切実に必要としているLispマシンを構築するには、ジェイコブソンがグリーンブラットの会社設立を後押しし、あらゆる面で支援するしかないと判断した。ジェイコブソンはグリーンブラットのために事業計画、取締役会、そしてパートナー（F・スティーブン・ワイル）を集めた。新しく設立された会社はLISP Machine, Inc.（LMI）と名付けられ、ジェイコブソンを通じてCDC（疾病対策センター）の命令によって資金提供を受けた。

この頃、Symbolics（ノフツカーの会社）が営業を開始した。ノフツカーがグリーンブラットに1年間の先行期間を与えると約束したことと、ベンチャーキャピタルの調達が大幅に遅れたことが、Symbolicsの活動を妨げていた。Symbolicsには依然として大きな利点があった。AIラボのハッカーのうち3、4人がグリーンブラットに就職した一方で、他の14人のハッカーがSymbolicsに入社したのだ。AIラボの2人、リチャード・ストールマンとマービン・ミンスキーはどちらにも採用されなかった。しかし、ストールマンはAIラボを中心としたハッカーコミュニティの衰退はSymbolicsのせいだと非難した。1982年から1983年末までの2年間、ストールマンはSymbolicsのプログラマーの成果物をクローンする作業に一人で取り組み、ラボのコンピュータを独占するのを阻止しようとした。^{[ 5 ]}

いずれにせよ、一連の内部抗争を経て、Symbolics は 1980/1981 年に事業を開始し、CADR を LM-2 として販売したが、Lisp Machines社は LMI-CADR として販売した。Symbolics は Lisp マシンの 3600 ファミリーがすぐに出荷される予定だったため、LM-2 を多数生産するつもりはなかったが、3600 は何度も遅延し、Symbolics は最終的に 100 台の LM-2 を生産し、それぞれ 70,000 ドルで販売した。両社は、CADR をベースにした第 2 世代製品、Symbolics 3600と LMI-LAMBDA (LMI は約 200 台を販売) を開発した。1 年遅れて出荷された 3600 は、マシン ワードを 36 ビットに拡張し、アドレス空間を 28 ビットに拡張し^{[ 6 ]}、CADR のマイクロ コードで実装された特定の一般的な機能を高速化するハードウェアを追加することで、CADR を拡張した。 3600の1年後、1983年に登場したLMI-LAMBDAはCADRと互換性があり（CADRマイクロコードを実行できた）、ハードウェアに違いがあった。テキサス・インスツルメンツ（TI）はLMI-LAMBDAの設計をライセンス供与し、独自のバリアントであるTI Explorerを製造してこの競争に加わった。LMI-LAMBDAとTI Explorerの一部は、LispプロセッサとUnixプロセッサの両方を搭載したデュアルシステムだった。TIはまた、TI Explorer向けにLisp CPUの32ビットマイクロプロセッサ版を開発した。このLispチップは、 Apple Macintosh II用のNuBusボードであるMicroExplorerにも使用された（NuBusは当初、Lispマシンで使用するためにMITで開発された）。

Symbolics は 3600 ファミリーとそのオペレーティングシステムGeneraの開発を続け、Symbolics アーキテクチャのVLSI実装である Ivory を製造しました。1987 年以降、Ivory プロセッサをベースにしたマシンがいくつか開発されました。Sun および Mac 用のボード、スタンドアロン ワークステーション、さらには組み込みシステム (I-Machine Custom LSI、32 ビット アドレス、Symbolics XL-400、UX-400、MacIvory II。1989 年に利用可能なプラットフォームは Symbolics XL-1200、MacIvory III、UX-1200、Zora、NXP1000「ピザ ボックス」) でした。Texas Instruments は Explorer をシリコンに縮小し、Apple Mac II用のカードとして MicroExplorer を提供しました。LMI は CADR アーキテクチャを放棄し、独自の K-Machine ^{[ 7 ]}を開発しましたが、マシンを市場に出す前に LMI は倒産しました。 LMIは消滅する前、Mobyスペースを使用してLAMBDA用の分散システムに取り組んでいた。^{[ 8 ]}

これらのマシンは、様々な基本的なLisp操作（データ型テスト、CDRコーディングなど）のためのハードウェアサポートに加え、インクリメンタルガベージコレクションのためのハードウェアサポートも備えていました。大規模なLispプログラムを非常に効率的に実行できました。Symbolicsマシンは多くの商用スーパーミニコンピュータと競合する性能を持っていましたが、従来の用途には採用されませんでした。Symbolics Lispマシンは、コンピュータグラフィックス、モデリング、アニメーションといった、AI以外の市場にも販売されました。

MIT発祥のLispマシンは、MITのMaclispから派生したLisp Machine Lispと呼ばれるLisp方言を実行した。オペレーティングシステムはLispでゼロから記述され、多くの場合、オブジェクト指向拡張機能が用いられた。後に、これらのLispマシンはCommon Lispの様々なバージョン（ Flavors、New Flavors、Common Lisp Object System（CLOS）を含む）もサポートするようになった。

ボルト、ベラネク、ニューマン(BBN) は、 Interlispのバージョンを実行するJericho ^{[ 9 ]}という独自の Lisp マシンを開発しました。これは市販されることはありませんでした。失望した AI グループ全体が辞職し、ほとんどが Xerox に雇われました。そのため、Xeroxパロアルト研究所は、MIT での Greenblatt 自身の開発と同時に、InterLisp (後にCommon Lisp ) を実行するように設計された独自の Lisp マシンを開発しました。同じハードウェアは、異なるソフトウェアでSmalltalkマシンやXerox Starオフィス システムとしても使用されました。これらには、Xerox 1100、Dolphin (1979 年)、Xerox 1132、Dorado、Xerox 1108、Dandelion (1981 年)、Xerox 1109、Dandetiger、Xerox 1186/6085、Daybreakが含まれます。^{[ 10 ]} Xerox Lisp マシンのオペレーティングシステムも仮想マシンに移植され、Medleyという製品として複数のプラットフォームで利用可能になっています。Xerox マシンは、高度な開発環境 (InterLisp-D)、ROOMS ウィンドウマネージャ、初期のグラフィカルユーザーインターフェイス、NoteCards (最初のハイパーテキストアプリケーションの 1 つ) などの斬新なアプリケーションでよく知られていました。

ゼロックスはまた、「ゼロックス共通Lispプロセッサ」を使用してRISC（縮小命令セットコンピューティング）に基づくLispマシンを開発し、1987年までに市場に投入する計画を立てていたが^{[ 11 ]} 、それは実現しなかった。

1980年代半ば、Integrated Inference Machines (IIM) は Inferstar という Lisp マシンのプロトタイプを製作した。^{[ 12 ]}

1984年から1985年にかけて、 RacalとNorsk Dataの合弁子会社である英国企業Racal-Norskは、Norsk DataのND-500スーパーミニをCADRソフトウェアを実行するマイクロコードLispマシンとして再利用しようと試みた。そのソフトウェアとは、知識処理システム（KPS）である。^{[ 13 ]}

日本のメーカーはLispマシン市場への参入を何度か試みており、富士通のFacom-alpha ^{[ 14 ]}メインフレームコプロセッサ、NTTのElis ^{[ 15 ] [ 16 ]} 、東芝のAIプロセッサ（AIP）^{[ 17 ]}、NECのLIME ^{[ 18 ]}などがある。大学の研究活動では、神戸大学のTAKITAC-7 ^{[ 19 ]} 、理化学研究所のFLATS ^{[ 20 ]}、大阪大学のEVLIS ^{[ 21 ]など、動作するプロトタイプがいくつか開発された。}

フランスでは、トゥールーズ・ポール・サバティエ大学のM3L ^{[ 22 ]}と、後にMAIA ^{[ 23 ]という2つのLispマシンプロジェクトが誕生した。}

ドイツでは、シーメンスがRISCベースのLispコプロセッサCOLIBRIを設計した。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

AIの冬の到来と、ミニコンピュータやワークステーションメーカーを一掃するマイクロコンピュータ革命の初期の始まりとともに、より安価なデスクトップPCは、専用ハードウェアを使用することなく、Lispマシンよりもさらに高速にLispプログラムを実行できるようになりました。高収益のハードウェアビジネスが消滅したことで、ほとんどのLispマシンメーカーは90年代初頭までに倒産し、Lucid Inc.のようなソフトウェアベースの企業、あるいは崩壊を避けるためにソフトウェアとサービスに転換したハードウェアメーカーだけが残りました。2015年1月現在 XeroxとTIの他に、Symbolicsは現在も稼働している唯一のLispマシン企業であり、Open Genera Lispマシンソフトウェア環境とMacsymaコンピュータ代数システムを販売している。^{[ 28 ] [ 29 ]}

さまざまな Lisp マシン用のオープンソース エミュレータを作成する試みがいくつか行われてきました。CADR エミュレーション^{[ 30 ]} 、 Symbolics L Lisp マシン エミュレーション^{[ 31 ]} 、 E3 プロジェクト (TI Explorer II エミュレーション) ^{[ 32 ]}、Meroko (TI Explorer I) ^{[ 33 ]} 、および Nevermore (TI Explorer I) ^{[ 34 ]}などです。2005年 10 月 3 日、MIT は CADR Lisp マシンのソース コードをオープンソースとして公開しました。^{[ 35 ]}

2014年9月、PicoLispの開発者であるAlexander Burgerは、ハードウェア上でPicoLispを実装したPilMCUを発表した。^{[ 36 ]}

BitsaversのPDFドキュメントアーカイブ^{[ 37 ]}には、Symbolics Lispマシン^{[ 38 ]} 、 TI Explorer ^{[ 39 ]}およびMicroExplorer ^{[ 40 ]} Lispマシン、Xerox Interlisp-D Lispマシン^{[ 41 ]の広範なドキュメントのPDF版があります。}

Lispマシンが利用された分野は、主に人工知能アプリケーションという広範な分野であったが、コンピュータグラフィックス、医用画像処理など、その他多くの分野にも及んだ。

80年代の主な商用エキスパートシステムとしては、IntellicorpのKnowledge Engineering Environment (KEE)、The Carnegie Group Inc.のKnowledge Craft、Inference CorporationのART ( Automated Reasoning Tool )などがあった。 ^{[ 42 ]}