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| マイクロチャネルアーキテクチャ | |
 IBM XGA-2 32ビットグラフィックカード | |
| 作成年 | 1987年 （1987年）[ NB 1 ] |
|---|---|
| 作成者 | IBM |
| 取って代わる | ISA |
| 置き換えられました | PCI（1993年） |
| ビット単位の幅 | 16または32 |
| スピード | 10MHz |
| スタイル | 平行 |
| ホットプラグインターフェース | いいえ |
| 外部インターフェース | いいえ |
マイクロチャネルアーキテクチャ、またはマイクロチャネルバスは、IBMが1987年に発表した独自の16ビットまたは32ビット並列コンピュータバスであり、1990年代半ばまでPS/2などのコンピュータで使用されていました。IBM自身は略称を使用していませんが、一般的には「MCA」と略されます。IBM製品においてはISAバスに取って代わり、その後PCIバスアーキテクチャに取って代わられました。
マイクロチャネルの開発は、技術的な圧力とビジネス上の圧力の両方によって推進された。
後に業界標準アーキテクチャ（ISA）バスとして知られるようになったIBM ATバスには、以下のような多くの技術的な設計上の制約があった。
さらに、他にも以下のような問題があった。
タスクや周辺機器の範囲が広がり、 IBM PC互換機のメーカーが増えるにつれて、これらの制約はより深刻になった。IBMはすでにデスクトップマシンへのRISCプロセッサの採用を検討しており、理論的には、すべてのコンピュータ製品ラインアップで単一の十分に文書化されたバスを使用できれば、かなりのコスト削減が可能になるはずだった。
IBMは新たな標準規格を策定することで、必要なライセンス供与を通じて標準規格の支配権を取り戻せると考えられていた。しかし、特許の取得には3年以上かかる場合があるため、マイクロチャネルが発表された時点ではISA関連の特許しかライセンス供与できなかった。プラグアンドプレイによる自動構成など、マイクロチャネルの重要な機能に関する特許は、PCIが市場でマイクロチャネルに取って代わった後になってようやくIBMに付与された。全体的な反応は冷ややかで、マイクロチャネルが世界のPC市場に与えた影響はごくわずかだった。
マイクロチャネルアーキテクチャは、エンジニアのチェット・ヒースによって設計されました。[ 1 ] [ 2 ]開発されたマイクロチャネルカードの多くは、チップス・アンド・テクノロジーズのP82C612 MCAインターフェースコントローラを使用しており、MCAの実装が非常に容易になりました。[ 3 ]
マイクロチャネルは主に32ビットバスであったが、 IBM PS/2のようなインテルベースのマシンにおけるコネクタやロジックのコストを削減するために設計された16ビットモードもサポートしていた。
しかし、事態はそれほど単純ではなかった。32ビット版と16ビット版の両方に、当初はメモリカード用のオプションコネクタが多数追加されていたため、バス接続メモリ用の物理的に互換性のないカードが大量に発生した。やがてメモリはCPUのローカルバスに移行し、この問題は解消された。一方で、マイクロチャネル社がグランドピンと電源ピンを追加し、干渉を最小限に抑えるようにピンを配置したことで、信号品質は大幅に向上した。これにより、すべての信号から3ピン以内にグランドまたは電源が配置されるようになった。
グラフィックカード用に別のコネクタ拡張も用意されていました。この拡張はビデオカードからのアナログ出力に使用され、システムボードを経由してシステムのモニター出力にルーティングされました。この利点は、マイクロチャネルシステムボードに基本的なVGAまたはMCGAグラフィックシステムを搭載でき、より高レベルのグラフィック（XGAやその他のアクセラレータカード）でも同じポートを共有できることでした。これにより、アドオンカードは「従来の」VGAモードに縛られることなく、必要に応じてオンボードグラフィックシステムを活用し、グラフィックのアップグレードが可能な単一のシステムボードコネクタを使用できるようになりました。
マイクロチャネルカードには、ソフトウェアで読み取り可能な独自の16ビットIDも搭載されており、これが初期のプラグアンドプレイシステムの基盤となっていました。BIOSやOSはIDを読み取り、既知のカードのリストと比較し、それに合わせてシステム構成を自動的に実行できます。このため、古いBIOSが新しいカードを認識できず、起動時にエラーが発生するというブート障害が発生しました。このため、IBMは定期的に更新されたリファレンスディスク（ CMOSセットアップユーティリティ）をリリースする必要がありました。既知のIDのかなり完全なリストが利用可能です（ § 外部リンクを参照）。これらのリファレンスディスクにはADFファイルが付属しており、セットアップによって読み取られ、カードの構成情報が提供されました。ADFは、カードのメモリアドレス指定と割り込みに関する情報を含むシンプルなテキストファイルでした。
MCA カードは同等の非 MCA カードのほぼ 2 倍の価格でしたが、マーケティングでは、ユーザーが PC にカードを簡単にアップグレードまたは追加できるため、技術者の費用を大幅に節約できることが強調されていました。この重要な領域において、マイクロ チャネル アーキテクチャの最大の利点は最大の欠点でもあり、その衰退の主な理由の 1 つはこれでした。新しいカード (ビデオ、プリンター、メモリ、ネットワーク、モデムなど) を追加するには、ユーザーはMCAカードを差し込み、カスタマイズされたフロッピー ディスク(PC に付属) を挿入するだけで、新しいカードが元のハードウェアに自動的に統合されました。必要な変更をすべて手動で行うために高額な訓練を受けた技術者を呼ぶ必要はありませんでした。割り込み (しばしば混乱を招く問題) やその他の変更に関するすべての選択は、PC によって自動的に実行され、フロッピー ディスクから古い構成を読み取り、ソフトウェアに必要な変更を行い、新しい構成をフロッピー ディスクに書き込みました。しかし実際には、これはユーザーが同じフロッピー ディスクをその PC に合わせて保管する必要があることを意味していました。数台のPCしかない小規模企業にとっては、これは煩わしいものの、実用的だった。しかし、数百台、あるいは数千台ものPCを抱える大企業にとって、各PCに専用のフロッピーディスクを永久的に用意することは、物流的に現実的ではなく、不可能だった。オリジナルの更新済みフロッピーディスクがなければ、PCのカードに変更を加えることはできなかった。こうした経験が何千回も繰り返されるうちに、経営陣は、アップグレードの簡便性という理想的なシナリオが企業社会では通用しないことに気づき、より良いプロセスを模索し始めた。
マイクロチャネルの基本データレートは、ISAの8 MHzから10 MHzに増加しました。クロックレートの観点からはわずかな増加かもしれませんが、バス幅の拡大とバーストモード転送を利用する専用バスコントローラにより、実効スループットはISAの最大5倍になりました。より高速な転送のために、アドレスバスをデータ用に再利用することができ、バスの実効幅をさらに拡大することができました。10 MHzのレートでは32ビット幅で40 MB/sのスループットが可能でしたが、後のRS/6000マシンモデルではデータレートが20 MHzに、スループットが80 MB/sに増加しました。[ 4 ]マイクロチャネルバスの高スループット機能の一部はRS/6000プラットフォームでのみ利用可能で、当初はIntelプラットフォームで動作するカードではサポートされていませんでした。[ 5 ]
バスマスタリングでは、各カードが互いに直接通信することができました。これにより、CPUに依存しないパフォーマンスが実現しました。マルチマスタ設計の潜在的な欠点の1つは、複数のカードがバスマスタリングを試みる際に衝突が発生する可能性でしたが、Micro Channelには、このような状況を修正するためのアービトレーション機能が搭載されており、マスタがバーストモードを使用することも可能でした。Micro Channelカードは、最大12ミリ秒間、完全な制御権を持っていました。これは、テープや通信機器など、オーバーランしやすいデバイスからの受信データを、バス上の他のデバイスが最大限にバッファリングするのに十分な時間でした。
複数のバスマスターのサポートと改良されたアービトレーションにより、複数のデバイスが共存し、システムバスを共有することが可能になります。マイクロチャネルバスマスター対応デバイスは、他のシステム介入なしに、システムCPUよりも高速な速度でバスを介して直接通信（ピアツーピア）することもできます。理論的には、マイクロチャネルアーキテクチャシステムは、メインフレームのように、インテリジェントマスターを追加するだけで拡張でき、中央プロセッサを定期的にアップグレードする必要もありません。
調停機能の強化により、制御がより効率的に受け渡されるため、システムのスループットが向上します。高度な割り込み処理とは、レベルセンシティブ割り込みを使用してシステム要求を処理することを指します。専用の割り込みラインではなく、複数のラインを共有することで、より多くの割り込みが可能になり、ISAバスの割り込みライン競合問題を解決できます。
マイクロチャネルアーキテクチャでは、すべての割り込み要求信号が「公開」されていたため、バス上のどのカードでもI/Oプロセッサとして機能し、I/Oデバイスの割り込みを直接処理することができました。ISAでは、このような処理はシステムCPUのみに限定されていました。同様に、バスマスター要求信号と許可信号も公開されていたため、バスに接続されたデバイスはレイテンシを監視して、I/Oプロセッサの内部バッファリングを制御することができました。これらの機能はPCIには採用されず、すべてのI/Oサポートはシステムボードのプロセッサのみから提供される必要がありました。
マイクロチャネルアーキテクチャの最後の主要な改良は、すべてのセットアップをソフトウェアで行えるようにするプログラマブルオプションセレクト（POS）でした。この機能は今では当たり前ですが、当時はISAシステムにとってセットアップは非常に面倒な作業でした。POSは、ファームウェアにデバイスIDを含めるシンプルなシステムで、コンピュータのドライバがそれを解釈することになっていました。（この種のソフトウェア構成システムは、今日ではプラグアンドプレイとして知られています。）この機能は実際にはその約束を果たせませんでした。自動構成は、うまく機能すれば問題なかったが、頻繁に機能せず、結果としてコンピュータが起動不能になった。手動で介入して問題を解決するのは、ISA システムを構成するよりもはるかに困難だった。特に、MCA デバイスのドキュメントは自動構成が機能することを前提としており、手動で設定するために必要な情報を提供していなかったためである。ISA デバイスのドキュメントは、必然的に詳細な情報を提供していた（ただし、すべてのIRQ設定を物理的に削除して確認し、新しいデバイス用の新しい IRQ を見つけて設定する（適切なデバイスが利用可能な場合）のは、ISA の場合、全く楽しくなく、多くのユーザーにとって無理だった。ソフトウェアによる仲裁構成への移行が試みられた理由、そしてこれが後にPnPの形で成功した理由は明らかである）。
1983年11月、エコノミスト誌は、IBM PC規格がパーソナルコンピュータ市場を支配していることは「競争の促進に役立つ」ため問題ではないと述べた。同誌は[ 6 ]と予測した。
IBMも間もなく、競合他社と同様に、自社の規格に縛られることになるだろう。IBMのマシンが一定数売れてしまうと、IBMは基本設計を急に変更することはできない。競合他社を出し抜くのに役立つような変更は、かえって顧客離れを招くことになるからだ。
マイクロチャネルアーキテクチャは、1987 年 4 月にPS/2シリーズの発売時に一般に紹介され、新機種 4 機種のうち 3 機種で採用されました。[ NB 3 ] IBM は実際には、IBM PS/2 の発売の半年前の 1986 年 10 月に、同社の「Gearbox」産業用コンピュータ 7552 シリーズの一部として、マイクロチャネルアーキテクチャを密かに導入していました。これらのコンピュータは、ラックマウント可能な堅牢なモジュール式産業用 PCでした。これらは、特定の ISA 信号線が無効化されたハイブリッド 16 ビット MCA および ISA バスを備えていました。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
IBMにおけるMCAの使用はRS/6000、AS/400、そして最終的にはSystem/370シリーズの最小機種であるIBM 9370システムにまで広がった。[ 11 ] [ 12 ]
IBMは、最初の1年間はマイクロチャネルのライセンス供与を一切行わないと明言していたが、[ 13 ]他の企業に売上高の1～5%でアーキテクチャのライセンスを供与した。[ 14 ]タンディ社はマイクロチャネルベースのコンピュータである5000 MCを最初に出荷したが、同社の社長であるジョン・ローチ氏は「誰かがそれを欲しがるなんて驚きだ」と述べ、タンディ社がコンピュータを販売したのは、需要があったからだとローチ氏は語った。[ 15 ] NCRコーポレーションはマイクロチャネルを全面的に採用し、SCSI、グラフィックス、ネットワーク、オーディオなどのマイクロチャネルアーキテクチャベースのロジックコンポーネントを含む、マイクロチャネルをサポートする高性能パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバープラットフォームを設計および構築した。アプリコット、デル、リサーチマシン、オリベッティなどの少数の他のメーカーもマイクロチャネルを採用したが、PC製品群の一部にのみ採用した。
MCAはISAに比べて技術的に非常に大きな進歩であったにもかかわらず、IBMによる導入とマーケティングは拙劣であったことがすぐに明らかになった。IBMはマイクロチャネルアーキテクチャのシステム機能に関する強力な特許を保有しており、マイクロチャネルシステムメーカーにライセンス料の支払いを要求し、第三者がライセンスなしでその実装を販売することを阻止するために積極的に特許を取得した。PCクローン市場は、この新技術を使用するためにIBMにロイヤリティを支払うことを望まず、16ビットATバス（IBMの「AT」商標を避けるためにISAと改名された）と手動設定にほぼ留まったが、Intel '486マシンではVESAローカルバス（VLB）が一時的に人気を博した。
IBMに対する不満が高まった。[ 13 ]サーバーにとって、旧ISAの技術的な制約は大きすぎたため、1988年後半、コンパックが率いる「 9人組」は、競合する高性能バスであるExtended Industry Standard Architecture（EISA）を発表した。これは、Micro Channelと同様のパフォーマンス上の利点を提供したが、古いISAボードを受け入れることができ、IBMの支配から解放されるという2つの利点があった。
IBMがEISAと同時にATバスベースのPS/2 Model 30 286を発表したことは、ATバスが時代遅れだと顧客に伝えてから17か月後も、顧客がまだそれを求めていることを同社が認めたことを意味する。 [ 16 ]数年間、EISAとマイクロチャネルはサーバー分野で激しい競争を繰り広げたが、1996年にIBMは事実上敗北を認め、EISAバスサーバーを自社で製造した。[ 17 ] 2001年、IBM幹部のロバート・モファットは、PC市場における同社の失敗の中で「最も明白なのはマイクロチャネルだ」と述べた。[ 18 ]
1992年の登場から数年のうちに、PCIはマイクロチャネル、EISA、VLBをほぼ完全に取って代わった。
EISAの台頭を受けて、IBMと13社のマイクロチャネルカードおよび周辺機器メーカーがマイクロチャネル開発者協会を設立しました。これは、マイクロチャネルの成熟化におけるステップを検討し優先順位付けすること、およびマイクロチャネルに関する技術情報を第三者に普及させるためのより良いアプローチを模索することを目的としたコンソーシアムでした。[ 19 ] 1992年には、IBMを含む92社が加盟しました。[ 20 ] IBMが1995年にMCAシステムの販売を中止した後も、コンソーシアムは会議を開催し、MCAデバイスのカタログをオンラインで維持しました。[ 21 ]
1980年代後半から1990年代初頭にかけて、PS/2以外のコンピュータが多数製造されました。このようなサードパーティ製コンピュータは、PS/2クローンまたはMCAクローンとも呼ばれていました。[ 22 ] [ 23 ]サードパーティ製のマイクロチャネルベースのコンピュータとしては、 1988年にTandy Corporationが5000 MCを発売しました。 [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]マイクロチャネルコンピュータのサードパーティメーカーは、IBMがマイクロチャネル技術の合法的な使用を許可するために高額なライセンス料を支払ったこともあり、研究開発に多額の費用を費やしましたが、1990年までに、ほとんどのMCAクローンはマイクロチャネルアーキテクチャやマイクロチャネルベースの拡張カードと完全には互換性がありませんでした。[ 27 ] IBMが1992年にPS/2パーソナルコンピュータの生産を終了した頃には（1987年にマイクロチャネルを一般に普及させる手段として機能した）、NCRコーポレーションはMCAクローンを販売し続ける数少ないベンダーの1つとして残っていた。[ 28 ]
マイクロチャネルバス用の拡張カードは、通常、 SCSI、トークンリング、イーサネット、IBM 5250、IBM 3270接続を備え、ハイエンドのグラフィックワークステーションやサーバーの要件を対象としていました。
MCAサウンドカードはごく少数しか生産されませんでした。例としては以下のようなものがあります。
IBM は PS/2 を工場現場のマシンとして宣伝していませんが、PS/2 のバックプレーンバス構造である Micro Channel は、PS/2 自体が市場に出る前に工場現場のコンピュータに登場しました。一見すると AT の工場強化版である IBM 7552 Gearbox を調べた人々は、ユニットのバスに奇妙な点があることに気づきました。AT バスでは説明できないほど多くのバスラインがあったのです。余分なラインは 16 ビットの Micro Channel であることが判明しました。当時、IBM の誰もこれについて何も言いませんでした。なぜなら、PS/2 はまだ発表されていなかったからです。