TI アドバンスト サイエンティフィック コンピュータ

アドバンストサイエンティフィック コンピュータ( ASC ) は、テキサス インスツルメンツ(TI) が 1966 年から 1973 年にかけて設計および製造したスーパーコンピュータです。 ^[1] ASC の中央処理装置(CPU)は、高性能の鍵となるパフォーマンス向上技術であるベクトル処理をサポートしていました。ASC は、 Control Data Corporation のSTAR-100スーパーコンピュータ (同年に発表) とともに、ベクトル処理を採用した最初のコンピュータでした。しかし、この技術の潜在能力は、技術に対する理解が不十分だったため、ASC や STAR-100 のどちらでも十分には実現されませんでした。ベクトル処理を完全に実現し普及させたのは、1975 年に発表されたCray Research のCray-1スーパーコンピュータでした。Cray-1 でのベクトル処理の実装がより成功したことで、ASC (および STAR-100) は第 1 世代のベクトル プロセッサとなり、Cray-1 は第 2 世代に属することになりました。

TI は、石油探査会社のために地震調査を行っていたGeophysical Service Incorporated (GSI)の一部門として始まりました。GSI は TI の子会社となり、TI は最新のコンピュータ技術を地震データセットの処理と分析に適用したいと考えました。ASC プロジェクトは、Advanced Seismic Computerとして開始されました。プロジェクトが進むにつれて、TI はその範囲を拡大することを決定しました。名前の「Seismic」が「Scientific」に置き換えられ、プロジェクトは ASC という名称を維持できるようになりました。

もともと、オペレーティングシステムとFORTRANコンパイラを含むソフトウェアは、George R. Trimble, Jr. ^{[2] [3]の指揮の下、} Computer Usage Companyとの契約に基づいて作成されていました が、後にTI自身に引き継がれました。ダラスのSouthern Methodist Universityは、ASC用のALGOLコンパイラを開発しました。

ASC は、CPU と 8 つのI/O チャネルコントローラによってアクセスされる単一の高速共有メモリを基盤としており、その構成はSeymour Crayの画期的なCDC 6600に似ています。メモリへのアクセスは、メモリ コントロール ユニット (MCU) の制御下でのみ行われました。MCU は、双方向でチャネルあたり 256 ビットの並列ネットワークであり、最大 8 つの独立したプロセッサをサポートし、9 番目のチャネルは「メイン メモリ」(「拡張メモリ」と呼ばれる) にアクセスするために使用されました。MCU はキャッシュ コントローラとしても機能し、 8 つのプロセッサ ポートに半導体ベースのメモリへの高速アクセスを提供し、メイン メモリの 24 ビット アドレス空間へのすべての通信を処理しました。MCU は非同期で動作するように設計されているため、さまざまな速度で動作し、さまざまなパフォーマンス ポイントにわたって拡張できます。たとえば、メイン メモリは、低速だが安価なコア メモリで構成できますが、これは実際には使用されませんでした。最速では、ポートあたり 8,000 万 32 ビット ワード/秒の転送速度を維持でき、合計転送速度は 6 億 4,000 万ワード/秒に達しました。これは、当時の最速メモリの能力をはるかに超えるものでした。

CPU のクロック サイクルは 60 ns (クロック周波数 16.67 MHz) で、ロジックはTI がILLIAC IVスーパーコンピュータ用に開発した20ゲートの エミッタ結合ロジック 集積回路で構築されていました。CPU は当時としては非常に高度なアーキテクチャと構成で、スカラー、ベクトル、または行列で動作するマイクロコード化された算術および数学命令をサポートしていました。ベクトル処理機能はメモリ間アーキテクチャで、ベクトル オペランドがメモリから読み取られ、結果のベクトルがメモリに書き込まれました。CPU には 1 つ、2 つ、または 4 つのベクトル レーンがあり、インストールされているベクトル レーンの数に応じて、CPU はサイクルごとに 1 ～ 4 つのベクトル結果を生成できました。ベクトル レーンはスカラー命令にも使用され、各レーンでは最大 12 個のスカラー命令を同時に実行できました。4 つのレーンを備えた CPU では、CPU 全体で合計最大 36 個の命令を実行できました。

このプロセッサには 48 個の 32 ビット レジスタがあり、当時としては膨大な数でした。レジスタのうち 16 個はアドレス指定に、16 個はスカラー演算に、8 個はインデックス オフセットに、8 個はベクター命令のさまざまなパラメータの指定に使用されました。データはロード/ストア命令によってレジスタとメモリ間で移動され、一度に 4 ～ 64 ビット (2 つのレジスタ) を転送できました。

ほとんどのベクトル プロセッサは、メモリ帯域幅が制限される傾向があり、つまり、メモリからデータを取得するよりも速くデータを処理できます。これは、現代の SIMD 設計でも依然として大きな問題です。そのため、現代のコンピュータ設計では、メモリ スループットの向上に多大な努力が払われてきました (ほとんどは失敗に終わりましたが)。ASC では、メモリ バッファ ユニット (MBU) と呼ばれる CPU のメモリ インターフェイスを使用して、今後のメモリ アクセスを予測し、スカラー レジスタに目に見えない形でロードする先読みユニットによって、この問題がいくらか改善されました。

「周辺プロセッサ」は、オペレーティング システムとその中で実行されるプログラムを高速に実行し、CPU にデータを供給することだけを目的とした独立したシステムです。PP は、命令と基本的な整数演算のみを処理するように設計された 8 つの「仮想プロセッサ」(VP) から構成されています。各 VP には独自のプログラム カウンタとレジスタがあり、システムは同時に 8 つのプログラムを実行できます。メモリ アクセスによってのみ制限されます。8 つのプログラムを実行し続けることで、システムは、その時点でメモリ バスで使用可能なデータに応じて CPU 上のプログラムの実行をシャッフルし、CPU がメモリからのデータを待機しなければならない「デッド タイム」を最小限に抑えることができます。

PP には、64 個の 32 ビット通信レジスタ (CR) も含まれていました。CR には、ASC のさまざまな部分 (CPU、VP、チャネル コントローラ) 間の通信に必要な状態が格納されていました。

ASC 命令セットには、高速フーリエ変換(FFT) の計算を高速化することを目的としたビット反転命令が含まれています。ASC が製造される頃には、この操作を必要としないより優れた FFT アルゴリズムが開発されていました。TI は、この命令の有効な使用法を最初に思いついた人に賞金を出すとしていましたが、賞金は支払われませんでした。

ASC マシンが 1970 年代初めに初めて利用可能になったとき、その性能はCDC STAR-100を含むほぼすべての他のマシンを上回り、特定の条件下ではILLIAC IVの性能に匹敵しました。しかし、 1975 年にCray-1が発表された時点では、わずか 7 台しかインストールされていません^{でした。Cray - 1は、その設計のほとんどすべてを、100 万を超える 64 ビット ワードの半導体メモリと、ASC の 5 分の 1 (12.5 ns) のサイクル タイムを含む、メモリへ}の持続的な高速アクセスに捧げまし^た。ASC はいくつかの点でより拡張可能な設計でしたが、スーパーコンピュータ市場では速度が好まれ、^{[説明が必要]}、Cray-1 の方がはるかに高速でした。ASC の販売はほぼ一夜にして終了し、サイクル タイムがオリジナルの 5 分の 1 になるアップグレードされた ASC が設計されたにもかかわらず、Texas Instruments は市場から撤退することを決定しました。

ASC #1 プロトタイプは 1 本のパイプのシステムで、情報機密上の理由から TI のメイン工場から離れたテキサス州オースティンに持ち込まれました。後に 2 本のパイプにアップグレードされ、ASC # 1A と改名されました。その後、TI の GSI 部門で地震データ処理に使用されました。ASC #2 はオランダの Shell Oil Company にリースされ、地震データ処理にも使用されました。ASC #3 は、弾道ミサイル迎撃技術の開発のためにアラバマ州ハンツビルのレッドストーン兵器廠に設置されました。SALT条約により、このシステムは後にダム応力解析のためにミシシッピ州ビックスバーグの陸軍工兵隊に再配備されました。ASC #4 は、プリンストン大学の NOAA で気象予報モデルの開発に使用されました。ASC システム #5 と #6 は TI のオースティンのメイン工場に設置され、GSI で地震データ処理にも使用されました。 ASC#7はプラズマ物理学の研究のためワシントンDCの海軍研究所^[4]へ向かいました。

• Peter M. Kogge (1981)。パイプラインコンピュータのアーキテクチャ。Taylor & Francis。pp . 159–162。

• TI ASC: 高度にモジュール化された柔軟なスーパーコンピュータアーキテクチャ
• TI ASC ドキュメント (bitsavers.org)