Lisp マシン

Lisp マシンは、Lisp をメインのソフトウェアおよびプログラミング言語として効率的に実行するように設計された汎用コンピュータで、通常はハードウェアサポートを介して実行されます。これらは、高級言語コンピュータアーキテクチャの一例です。ある意味では、最初の商用シングルユーザーワークステーションでした。数は少なかったものの (1988 年の時点で合計 7,000 台程度^[1] )、Lisp マシンは、効率的なガベージコレクション、レーザー印刷、ウィンドウシステム、コンピュータマウス、高解像度のビットマップラスターグラフィックス、コンピュータグラフィックレンダリング、Chaosnetなどのネットワークイノベーションなど、現在では当たり前になっている多くの技術を商業的に開拓しました。^{[2] 1980 年代には、} Symbolics (3600、3640、XL1200、MacIvory、およびその他のモデル)、Lisp Machines Incorporated (LMI Lambda)、Texas Instruments ( Explorer、MicroExplorer )、Xerox ( Interlisp -D ワークステーション) など、いくつかの企業が Lisp マシンを構築して販売しました。オペレーティング システムはLisp Machine Lisp、Interlisp (Xerox) で書かれ、後に部分的にCommon Lispでも書かれました。

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定すると、当時としては膨大なコンピュータ パワーが必要でした。AI 研究のパワー要件は、Lisp シンボリック 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やFortranのようなプログラミング言語用に設計され、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は、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て調整されたコンピュータです。オペレーティング システムを(比較的) シンプルに保つために、これらのマシンは共有されず、単一のユーザー専用になります。^{[引用が必要]}

1973年、マサチューセッツ工科大学（MIT）人工知能研究所（AIラボ）のプログラマーであるリチャード・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実行するのではなく、ハードワイヤードで実行するように最初にコンピュータの構築を開始し、MIT Lispマシンプロジェクトとなるプロジェクトを開始しました。このマシンは、増分（またはアリーナ）ガベージコレクションも実行しました。^[要出典]より具体的には、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、テストと分岐命令のために、2つの変数の単純な加算に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マシンは、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、結果は破棄されて再計算されました。これは多くの場合、速度が数倍向上することを意味しました。この同時チェックアプローチは、参照時の配列の境界のテストや、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はない）のテスト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Lispマシン^[3]で36ビットに延長され、最終的には40ビット以上に延長されたときにさらに改善され自動化されました（通常、以下に説明されない余分なビットはエラー訂正コードに使用されました）。最初のグループの余分なビットは型データを保持するために使用され、マシンをタグ付きアーキテクチャにし、残りのビットはCDRコーディング（通常のリンクリスト要素が約半分のスペースを占めるように圧縮される）を実装するために使用され、ガベージコレクションを1桁向上させたと言われています。さらなる改善は、Lisp関数を具体的にサポートする2つのマイクロコード命令であり、一部のSymbolics実装では関数の呼び出しコストをわずか20クロックサイクルに削減しました。

最初のマシンは CONS マシン ( consLisp のリスト構築演算子にちなんで名付けられた) と呼ばれていた。ナイトが修士論文をこのテーマで書いたためか、親しみを込めてナイト マシンと呼ばれることが多く、非常に好評だった。 ^[要出典]その後、基本的に同じアーキテクチャに基づいた CADR (Lisp では、リストの 2 番目の項目を返す関数は/ˈkeɪ.dəɹ/または/ˈkɑ.dəɹ/と発音され、一部の人は「cadre」という単語をこのように発音する) と呼ばれるバージョンに改良された。基本的にプロトタイプの CADR が 25 台ほど MIT 内外で約 5 万ドルで販売され、すぐにハッキングに人気のマシンとなり、最も好まれたソフトウェア ツールの多くがすぐに移植された (たとえば、Emacsは1975 年にITSから移植された^{[異論あり–議論あり]} )。 1978 年に MIT で開催された AI カンファレンスで非常に好評を博し、国防高等研究計画局(DARPA) が開発資金の調達を開始しました。 cadr

1979年、ラッセル・ノフトスカーは、Lisp言語の強みとハードウェアアクセラレーションという実現要素により、Lispマシンには明るい商業的未来があると確信し、グリーンブラットにその技術を商業化するよう提案した。^[要出典] AIラボのハッカーにとっては直感に反する行動であったが、グリーンブラットは、実際のビジネスでラボの形式張らない生産的な雰囲気を再現できるかもしれないと期待して、同意した。これらのアイデアと目標は、ノフトスカーのものとはかなり異なっていた。2人は長時間交渉したが、どちらも妥協しなかった。提案された会社は、AIラボのハッカー集団の全面的かつ全面的な支援がなければ成功しないため、ノフトスカーとグリーンブラットは、企業の運命は自分たちにかかっており、選択はハッカーに委ねるべきだと決定した。

選択に関するその後の議論で、研究室は 2 つの派閥に分かれた。1979 年 2 月、事態は頂点に達した。ハッカーたちは、グリーンブラットが提案した自立型スタートアップよりも、商業ベンチャー ファンドに支えられた企業の方が Lisp マシンを生き延びて商品化できる可能性が高いと考え、ノフツカーの側についた。グリーンブラットは戦いに敗れた。

ノフトスカーの企業であるシンボリックスがゆっくりとまとまってきたのもこの頃だった。ノフトスカーはスタッフに給料を払っていたものの、ハッカーたちが作業するための建物も機材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、シンボリックスのスタッフがMITで働き続けることと引き換えに、シンボリックスは開発したすべてのソフトウェアをMITが社内で自由に使用できるようにすることにした。ノフトスカーとの悲惨な会議から約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まとめようとしていた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ところにやって来た。グリーンブラットはライバルのLispマシン会社を立ち上げることを決めていたが、何もしていなかった。コンサルタントのアレクサンダー・ヤコブソンは、グリーンブラットが会社を立ち上げ、ヤコブソンが切実に必要としているLispマシンを作る唯一の方法は、ヤコブソンがグリーンブラットの会社立ち上げを後押しし、あるいは手助けすることだと判断した。ジェイコブソンは、グリーンブラットのためにビジネス プラン、役員会、パートナー (F. スティーブン ワイル) をまとめました。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 の命令で資金提供を受けました。

この頃、ノフトスカーの会社であるシンボリックスが営業を開始した。ノフトスカーがグリーンブラットに1年間の先行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で、事業は停滞していた。シンボリックス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、14人の他のハッカーがシンボリックスに契約していたのだ。AIラボの2人はどちらにも雇われなかった。リチャード・ストールマンとマービン・ミンスキーである。しかし、ストールマンはAIラボを中心としていたハッカーコミュニティの衰退はシンボリックスによるものだと非難した。1982年から1983年末までの2年間、ストールマンはシンボリックスプログラマーの成果物を複製する作業を一人で行い、シンボリックスプログラマーがラボのコンピューターを独占するのを阻止しようとした。^[4]

いずれにせよ、一連の内部闘争の後、Symbolicsは1980年から1981年にかけて事業を軌道に乗せ、CADRをLM-2として販売し、Lisp Machines , Inc.はそれを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はずだったため、LM-2を大量に生産するつもりはなかったが、3600は度重なる遅延があり、Symbolicsは結局約100台のLM-2を生産し、1台あたり7万ドルで販売した。両社はCADRをベースに第2世代の製品、Symbolics 3600とLMI-LAMBDA（LMIは約200台を販売した）を開発した。1年遅れで出荷された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、^[5] CADRのマイクロコードで実装されていた特定の共通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 年後の 1983 年に登場した LMI-LAMBDA は、CADR と互換性がありました (CADR マイクロコードを実行できました) が、ハードウェアには違いがありました。Texas Instruments (TI) は、LMI-LAMBDA 設計のライセンスを取得してこの競争に加わり、独自の派生製品であるTI Explorer を製造しました。LMI-LAMBDA と TI Explorer の一部は、Lisp とUnixプロセッサの両方を備えたデュアル システムでした。TI は、TI Explorer 用に Lisp CPU の 32 ビットマイクロプロセッサバージョンも開発しました。この Lisp チップは、Apple Macintosh II用のNuBusボードである MicroExplorer にも使用されました(NuBus は当初、Lisp マシンで使用するために MIT で開発されました)。

Symbolics は 3600 ファミリ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 年から、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) です。Texas Instruments は Explorer を MicroExplorer としてシリコンに縮小し、Apple Mac II用のカードとして提供しました。LMI は CADR アーキテクチャを放棄し、独自の K-Machine ^[6]を開発しましたが、マシンを市場に投入する前に LMI は倒産しました。 LMIは解散する前に、Moby空間を使用したLAMBDAの分散システムの開発に取り組んでいました。^[7]

これらのマシンは、さまざまな基本的な Lisp 操作 (データ型テスト、 CDR コーディング)のハードウェア サポートと、増分ガベージ コレクションのハードウェア サポートを備えていました。大規模な Lisp プログラムを非常に効率的に実行しました。Symbolics マシンは、多くの市販のスーパーミニコンピュータと競合しましたが、従来の目的には適応されませんでした。Symbolics Lisp マシンは、コンピューター グラフィックス、モデリング、アニメーション などの AI 以外の市場にも販売されました。

MIT 由来の Lisp マシンは、MIT のMaclispから派生したLisp Machine Lispという Lisp 方言を実行していました。オペレーティング システムは Lisp で一から書かれ、オブジェクト指向の拡張機能がよく使用されていました。後に、これらの Lisp マシンは、さまざまなバージョンのCommon Lisp ( Flavors、New Flavors、およびCommon Lisp Object System (CLOS) を使用) もサポートしました。

Bolt、Beranek、Newman (BBN)は、 Interlispのバージョンを実行するJericho ^[8]という独自のLispマシンを開発しました。これは市場に出されることはありませんでした。失望したAIグループ全員が辞職し、ほとんどがXeroxに雇用されました。そのため、Xerox Palo Alto Research Centerは、GreenblattのMITでの開発と同時期に、InterLisp（および後に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とともに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、およびXerox 1186/6085、Daybreakが含まれます。^[9]ゼロックス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ており、Medleyという製品としていくつかのプラットフォームで利用できます。ゼロックスマシンは、高度な開発環境（InterLisp-D）、ROOMSウィンドウマネージャー、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。

ゼロックス社はまた、 「ゼロックス・コモン・リスプ・プロセッサ」を使用したRISC（縮小命令セット・コンピューティング）に基づくリスプマシンの開発に取り組んでおり、1987年までに市場に投入する計画だったが^[10] 、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構築しました。^[11]

1984年から1985年にかけて、 RacalとNorsk Dataの合弁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ソフトウェアであるKnowledge Processing System（KPS）を実行するマイクロコード化されたLispマシンとして再利用しようと試みました。^[12]

日本のメーカーがLispマシン市場に参入しようとした試みはいくつかあった。富士通のメインフレーム用コプロセッサFacom-alpha ^[13]、NTTのElis ^{[14] [15]} 、東芝のAIプロセッサ（AIP）^{[16] 、NECのLIME [17]}などである。いくつかの大学の研究成果によって実用的なプロトタイプが作られており、その中には神戸大学のTAKITAC-7 ^[18] 、理化学研究所のFLATS ^[19]、大阪大学のEVLIS ^[20]などがある。

フランスでは、トゥールーズ・ポール・サバティエ大学のM3L ^{[21]と、その後のMAIA [22]}という2つのLisp Machineプロジェクトが生まれました。

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。^{[23] [24] [25] [26]}

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のメーカーを駆逐することになるマイクロコンピュータ革命の初期の始まりとともに、安価なデスクトップPCはすぐに、専用ハードウェアを使わずに、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。利益率の高いハードウェアビジネスが消滅し、ほとんどのLispマシンメーカーは90年代初頭までに廃業し、 Lucid Inc.のようなソフトウェアベースの企業か、崩壊を避けるためにソフトウェアとサービスに切り替え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^[update]、ゼロックスとTIを除いて、Symbolicsは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唯一のLispマシン企業です。^{[27] [28]}

様々な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なされてきた：CADRエミュレーション^[29] 、 Symbolics L Lispマシンエミュレーション^[30]、 E3プロジェクト（TI Explorer IIエミュレーション）^[31] 、 Meroko（TI Explorer I）^{[32] 、Nevermore（TI Explorer I） [33]}。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リリースした。^[34]

2014年9月、PicoLispの開発者であるAlexander Burgerは、PicoLispのハードウェア実装であるPilMCUを発表しました。^[35]

BitsaversのPDF文書アーカイブ^[36]には、Symbolics Lispマシン^[37] 、 TI Explorer ^[38]、MicroExplorer ^[39] Lispマシン、Xerox Interlisp-D Lispマシン^{[40]に関する詳細なドキュメントのPDF版が保存されています。}

Lisp マシンを使用する領域は、主に人工知能アプリケーションの幅広い分野でしたが、コンピューター グラフィックス、医療画像処理などにも広がっていました。

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）などがありました。^[41]

当初、Lisp マシンは Lisp でのソフトウェア開発用の個人用ワークステーションとして設計されました。これらは 1 人のユーザーによって使用され、マルチユーザー モードは提供されていませんでした。マシンには、大型の白黒ビットマップ ディスプレイ、キーボードとマウス、ネットワーク アダプタ、ローカル ハード ディスク、1 MB を超える RAM、シリアル インターフェイス、および拡張カード用のローカル バスが装備されていました。カラー グラフィック カード、テープ ドライブ、およびレーザー プリンタはオプションでした。

プロセッサは Lisp を直接実行するのではなく、コンパイルされた Lisp 用に最適化された命令を備えたスタック マシンでした。初期の Lisp マシンは、マイクロコードを使用して命令セットを提供しました。いくつかの操作では、実行時にハードウェアで型チェックとディスパッチが行われました。たとえば、さまざまな数値型 (整数、浮動小数点数、有理数、複素数) で使用できる加算操作は 1 つだけでした。その結果、Lisp コードのコンパイルされた表現は非常にコンパクトになりました。

次の例では、述語が返すリストの要素の数をカウントする関数を使用しますtrue。

( defun example-count (述語リスト) ( let ((カウント0 )) ( dolist ( iリストカウント) ( when ( funcall述語i ) ( incfカウント)))))   
    
       
         
         

上記の関数の逆アセンブルされたマシン コード (Symbolics の Ivory マイクロプロセッサ用):

コマンド: ( disassemble ( compile #'example-count))   

  0 ENTRY: 2必須、0オプション;PREDICATE および LIST の作成2 PUSH 0 ;COUNT の作成3 PUSH FP | 3 ;LIST 4 PUSH NIL ;I の作成5 BRANCH 15 6 SET - TO - CDR - PUSH - CAR FP | 5 7 SET - SP - TO - ADDRESS - SAVE - TOS SP |- 1 10 START - CALL FP | 2 ;PREDICATE 11 PUSH FP | 6 ;I 12 FINISH - CALL - 1 - VALUE 13 BRANCH - FALSE 15 14 INCREMENT FP | 4 ;COUNT 15 ENDP FP | 5 16分岐-偽6 17設定- SP -宛先-アドレスSP |- 2 20戻り-シングル-スタック            
                                  
                               
                                
     
     
     
                        
                              
   
    
                         
    
    
    
   

オペレーティング システムは、仮想メモリを使用して、大きなアドレス空間を提供しました。メモリ管理は、ガベージ コレクションによって行われました。すべてのコードは、単一のアドレス空間を共有しました。すべてのデータ オブジェクトは、実行時にタイプを判別できるように、メモリ内にタグ付きで保存されました。複数の実行スレッドがサポートされ、プロセスと呼ばれました。すべてのプロセスは、1 つのアドレス空間で実行されました。

すべてのオペレーティング システム ソフトウェアは Lisp で書かれていました。Xerox は Interlisp を使用しました。Symbolics、LMI、および TI は Lisp Machine Lisp (MacLisp の派生) を使用しました。Common Lisp の登場により、Common Lisp は Lisp Machines でサポートされ、一部のシステム ソフトウェアは Common Lisp に移植されたか、後に Common Lisp で書かれました。

その後の Lisp マシン (TI MicroExplorer、Symbolics MacIvory、Symbolics UX400/1200 など) は完全なワークステーションではなく、ホスト コンピューター (Apple Macintosh II、Sun-3、Sun-4)に組み込むように設計されたボードになりました。

Symbolics XL1200 などの一部の Lisp マシンには、特殊なグラフィック ボードを使用した高度なグラフィック機能がありました。これらのマシンは、医療画像処理、3D アニメーション、CAD などの分野で使用されました。

• ICAD –もともと Lisp マシン上で開発された知識ベースのエンジニアリングソフトウェアの例で、Common Lisp 経由で Unix に移植されるほど有用でした。
• 孤立した技術

一般的な

• シンボリックス社のウェブサイト
• メドレー
• Bitsavers、PDFドキュメント
  • LMIドキュメント
  • MIT CONS ドキュメント
  • MIT CADRドキュメント
• Lisp マシンマニュアル、Chinual
  • 「Lisp マシン マニュアル、第 4 版、1981 年 7 月」
  • 「Lisp Machine マニュアル、第 6 版、HTML/XSL バージョン」
  • 「Lisp マシン マニュアル」
• LMI Lambda および LMI K-Machine の情報とコード
• Jaap Weel の Lisp マシン Web ページ( Wayback Machine ) (2015 年 6 月 23 日アーカイブ) – あらゆる種類の Lisp マシンに関するリンクとローカルに保存されたドキュメントのセット
• 「LISP マシンについて私が知っているいくつかのこと」 – 主に Lisp マシンの購入に関する議論のリンク集
• ラルフ・モラーのシンボリックス Lisp マシン博物館
• ヴィンテージコンピュータフェスティバルで撮影された Lisp マシンの写真。そのうちの 1 つは Genera を実行しています。
• LISPMachine.net – Lisp の書籍と情報
• Lisp マシンのタイムライン – Symbolics 社と他社の Lisp マシンのタイムライン
• （フランス語）「Présentation Générale du projet M3L」 – 同じ趣旨でのフランスの取り組みの説明
• 議論
  • 「機能するものは AI ではない: 人工知能スタートアップの商業的視点」
  • 「Symbolics, Inc.: 異種エンジニアリングの失敗」 – (PDF)
  • 「私の Lisp 体験と GNU Emacs の開発」 –リチャード・ストールマンがEmacs、Lisp、Lisp マシンについて行ったスピーチの記録