ヴァックス9000

VAX 9000は、 Digital Equipment Corporation (DEC)が開発・製造したメインフレームの廃止されたシリーズで、 VAX命令セットアーキテクチャ(ISA) を実装したカスタムECLベースのプロセッサを使用しています。オプションのベクトルプロセッサを搭載し、スーパーコンピュータの分野でも販売されました。^{[1]他のVAXシステムと同様に、} VMSまたはUltrixオペレーティングシステムとともに販売されました。

このシステムの歴史は、ECLチップを複雑なモジュールに高密度に詰め込む新しい方法を導入したTrilogy Systemsから、DECが1984年にいくつかの技術をライセンスしたことに遡る。9000の設計開発は1986年に始まり、当時のVAXのハイエンド製品であったVAX 8800ファミリー^[2]の代替品として意図されていた。当初の計画では、IBMシステムに見られるような水冷式を採用した高性能のAquariusと、空冷式を採用した中性能のAridusという2つのモデルが想定されていた。開発中に、エンジニアが空冷式システムを大幅に改良したため、Aquariusは提供されなかった。AridusモデルはAquariusに「現場でアップグレード可能」であったが、提供されなかった。^[3]

DEC では、9000 は IBM システムよりはるかに低価格で比類のないパフォーマンスを持つマシンとして「IBM キラー」と位置付けられていました。DEC は、1983 年以降に放棄していたメインフレーム市場への再進出を 9000 で実現しようと考えていました。^[4]当時、コンピュータ市場のローエンドがIBM 互換の パーソナル コンピュータシステムと新しい 32 ビットUnix ワークステーションマシンに取って代わられつつありました。RISC パフォーマンスが急速に向上する時代に社内でこのコンセプトに対する懸念が高まっていたにもかかわらず、同社は 9000 の開発に推定 10 億ドルを投資しました。製造上の問題でリリースが延期された頃には、これらの懸念は現実のものとなり、DEC 独自のNVAXなどの新しいマイクロプロセッサが 9000 の性能のかなりの部分とわずかな価格を実現していました。

生産が中止されるまでに約 4 ダースのシステムが納品されましたが、これは大規模な失敗でした^{[要出典] 。代表的な CPU の 1 つは}コンピュータ歴史博物館に保管されており、一般公開されていません。もう 1 つは大規模システム博物館に保管されています。

1980年代に入ると、DECはますます力をつけていた。1970年に発売されたPDP-11は、最終的に60万台に達する好調な販売を続け、新たに発表されたVAX-11はPDPの終焉を引き継ぎ、IBMの中級市場への大きな進出を開始した。DECはまた、有名なVTシリーズのコンピュータ端末や、その他さまざまな人気周辺機器を発表し、いずれもかなりのキャッシュフローを生み出した。^[5]

この時期、DECはパソコン分野への参入を何度か試みたが、いずれも失敗に終わった。最も有名なのはRainbow 100で、 MS-DOSとCP/Mの両方のプログラムを実行する機能を提供することを目指していたが、代わりに2台のマシンを購入するのと同程度のコストで、どちらも十分に実行できないことが判明した。PC市場が拡大するにつれて、DECはPCの提供を中止し、ミッドレンジ市場にますます注意を向けるようになった。^[6]

この焦点の変更の一環として、長年の方針がいくつか変更され、顧客ベース、特にサードパーティの開発者との摩擦を引き起こしました。1つの例では、新しいVAXBIバスは、開発契約に署名しない限り、他の開発者が使用できませんでした。これは、サードパーティ製品の市場が繁栄していたPDPおよび以前のVAXマシンのUnibus標準とは対照的でした。ケン・オルセンは「このバスの開発に何百万ドルも費やしました。なぜ以前にこれをしなかったのかわかりません」と語ったと伝えられています。^[6]

これらの方針により DEC は「閉鎖」されつつあったため、新しい企業がすぐにこの機会を利用した。その中でも注目すべきはSun Microsystemsで、同社のMotorola 68000ベースのシステムはUNIXオペレーティングシステムをベースにしながらもDEC のVAXstationシリーズと同等の性能を提供していた。1980 年代後半、Sun は技術市場における DEC の代替として自らを売り込み、DEC を閉鎖的で独占的な「血まみれの」企業と位置付けた。^{[7] DEC が 1985 年に技術市場から撤退し、利益率の高い}データセンターへと移行するという決定を下したことも、この動きを後押しした。^[5]

1960年代、DECのコンピュータは個々のトランジスタから構築されていましたが、小規模集積 回路（SSI IC）の使用に移行し始めました。これらは多数の回路基板上に構築され、バックプレーン上でワイヤラップされて中央処理装置（CPU）が作られました。1970年代初頭までに、小規模および中規模の集積回路（SSI）が使用されるようになり、大規模集積回路（LSI）により、より単純なCPUを単一のIC（または「チップ」）に実装できるようになりました。1970年代後半までに、PDP-11のLSIバージョンがいくつか利用可能になりました。最初はDEC独自のLSI-11のようなマルチチップユニットとして、^{[8] 、後に}J-11のようなシングルチップバージョンとして利用可能になりました。^[9]

VAX は、1970 年代のシングル チップ フォーマットの LSI の能力を超える、より複雑なシステムでした。初期のモデルは、以前の世代の PDP に似ていましたが、ワイヤ ラップ ボード上の SSI チップではなく、プリント回路基板上の複数の LSI チップでより複雑な CPU が構築されていました。^[a] 1980 年代半ばまでに、ムーアの法則の容赦ない影響により、LSI は超大規模集積回路(VLSI) へと押し上げられました。VLSI IC は、数十万または数百万のトランジスタを収容でき、VAX システム全体を 1 つのチップに実装するのに十分な数でした。これが 1985 年のMicroVAX 78032につながり、VAX のサブセットが実装されましたが、VAX 全体が 1 つのチップに収まるようになるまで、それほど時間はかからないことは明らかでした。^[b]

データセンターでの使用に関連性を保つには、シングルチップ製造には適さない新しいアーキテクチャが必要でした。当時、CMOS製造では通常、競合するエミッタ結合ロジック(ECL) システムよりも低速のICが製造されていました。 ^[10]しかし、ECLの密度は低く、その機能サイズはCMOSより1世代ほど遅れていました。DECは、チップ数の多い非常に高速なECLマシンを構築するか、チップ数が少ないやや低速のCMOSマシンを構築するかを選択する必要がありました。ECLの使用はより複雑でしたが、DECのマルチチップおよびマルチカードCPU設計の長い歴史と一致していました。

関連するECLの問題は、現代のマシンのアドレス空間の拡大に必要なピン数の大幅な増加に比例して、チップ間配線が急増したことです。1980年に、ジーン・アムダールは、高性能ECLベースのメインフレーム製造の問題を解決するためにトリロジーシステムズを設立しました。トリロジーの開発には、ポリイミド絶縁体に埋め込まれた銅導体を使用して、非常に高密度の配線を備えた薄膜を生成する新しいチップ間接続システムが含まれていました。^[11]

1984年、DECはトリロジーの技術の一部をライセンスし、ハドソン工場でこれらのコンセプトの実用バージョンの開発を開始しました。これが9000プロジェクトの誕生でした。^[7]独自のプラグ互換メインフレームを導入してIBMと直接競合するというトリロジーの目標とは対照的に、 ^[11] DECは同様の技術を使用して、より低価格でIBMの製品を上回るVAXを生産しました。トリロジーの配線技術は、以前のマルチカードCPU設計のように連携して動作するカードサイズの「マルチチップユニット」（MCU）を作成するために使用されました。最終設計では、13個のMCUがCPUを構成しました。^[12]

当初、このシステムは性能目標を達成するために水冷を必要としたため、水を持つという意味の「アクエリアス」というコード名が付けられた。開発中に、水冷に代わって新たに導入された空冷システムが採用された。空冷バージョンは「乾燥」を意味する「アリダス」というコード名が付けられた。^{[12] [c]}

開発が進む中、1988年後半にIBMはAS/400システムを発表した。これは、以前の製品よりはるかにコスト競争力のある新しいミッドレンジ製品ラインだった。DECの価格優位性は著しく損なわれ、かつての急速な市場成長はほぼ即座に終わった。IBMは最終的にこの製品ラインから年間約140億ドルの収益を上げ、これはDECの全収入を上回るものだった。一方、SunはデスクトップマシンがDECの既存マシンの最速のものよりも優れたパフォーマンスを発揮できるSPARCマイクロプロセッサを発表した。これにより、DECのもう1つの伝統的な市場であるUnixシステムにおける価値は低下した。 ^[7]同社はローレンジとミッドレンジで圧迫され、9000が同社の主な焦点となり、同社はこれを「IBMキラー」と呼んだ。^[14]

DECは当初RISCに懐疑的だった^[15]。5行程度の簡単なプログラムには使えるが、トランザクション処理の分野では成功しないだろうと考えていた。しかし、1986年にDECの西部研究所で開発された実験的なRISCが最新のVAX 8800と直接比較され、2倍の性能を示したことで、この見解は一変した。これが、量産品質のスケーラブルRISC設計を開発するプログラムにつながり、DEC PRISM ^[16] として登場した。PRISM設計を担当していたデイブ・カトラーは、PRISMを使用してハイエンドマシンの開発を開始したが、すぐにアリダスグループとの争いが勃発した。アリダスは、PRISMが「自分たちの縄張り」を侵害していると考えた^[16] 。同社の技術委員会である戦略タスクフォースは、繰り返しアリダスを中止するよう勧告した。毎年、彼らはプロジェクトの予算を削減しようとしたが、プロジェクトリーダーのボブ・グロリオソがケン・オルセンと理事会に直接行き、「これらのエンジニアには、私たちビジネスマンに何をすべきかを指示する権利はない」と言って予算を復活させた。^[16]

RISC グループと ECL グループの戦いが続く一方で、VAX プロセッサを開発していた CMOS チームも改良を続けていた。ボブ・サプニックは、9000 の発売が 1989 年まで予定されていなかったにもかかわらず、1987 年にはすでに上級技術者の間で次世代の CMOS チップであるNVAXが 1988 年までに 9000 と同等の性能を発揮することが明らかだったと主張している。 ^[14] NVAX プロジェクトの著名なエンジニアによる引用がいくつかあり、オルセンは 1990 年代初頭までに競争力がないとはっきり言われても 9000 を廃止する気はなかったこと、^[14]そして、そのようなことが可能だと断固として拒否したことが述べられている。^[18]

同社は9000の支持を続けていたが、それが競争力がないことが明らかになり、社内のさまざまなグループがRISCベースのシステムの開発を開始した。その結果、ハドソン工場で進行中のローエンドのPRISMの作業を除いて、 RISCプロジェクトはすべて中止された^{[19] 。 [20]}

DEC は 1989 年 10 月に 9000 を正式に発表し、当時は「来春」に出荷されると主張していた。IBM の主力メインフレームであるローエンドのIBM 3090と比較し、DEC は 9000 をトランザクション処理およびハイエンドのデータベースシステム用として位置付けた。120 万ドルから 390 万ドルの 5 つのシステムが発表され、その性能範囲は 11/780 の 30 倍から 117 倍に及んだ。^[21]

9000の開発には最終的に約30億ドルが費やされた。^[14] 1989年にリリースされる予定だったが、チップ製造の遅れにより1年遅れ、さらに完成機の製造が遅れたため、1990年にはごく少数しか納品されなかった。システムは問題に悩まされ、現場での継続的なメンテナンスが必要だった。^[7] 1991年までに、同社の受注台数はわずか350台だった。1台あたり150万ドルのコストで、実際の製造を除く開発コストのわずか25%しか回収できなかった。^[14] 1991年2月、同社は92万ドルの低価格版モデル110を発表した。これは、大規模なストレージやその他のオプションを必要とせずにCPUパワーを求める顧客にとって魅力的なものだった。^[22]

一方、エンジニアリング チームの CMOS の容赦ない進歩に関する予測は的中しました。1991 年までに、NVAX も市場に登場し、ほぼ同等の性能をわずかなコストとサイズで提供しました。より低いパフォーマンス設定では、同じ設計がデスクトップ形式で提供され、以前のすべての VAX マシンよりも優れた性能を発揮しました。9000 は数十億ドルの損失を出しただけでなく、より有望な設計のいくつかを終わらせることにもつながりました。^[14]

1991年までに、業界関係者は9000を「行き詰まった」そして「期待外れ」と評していた。8月、グロリソソは家庭の問題を理由にDECを去った。^[23]

1991年10月、DECは、この部門をプロダクションシステム事業部に再編し、現行の9000モデルの価格を30%、サーバーソフトウェアを38%値下げすると発表した。また、CMOSチップをベースにした3つの新モデル、9X15、9600、9800も発表したが、いずれも出荷されなかった。また、9000の既存ユーザーには、新しいDEC Alphaベースのシステムへの割引アップグレードパスが提供されることも発表した。^[24]

1992 年初頭、インストールされたシステムが 1991 年後半から始まったと思われる一連のハードウェア障害に見舞われ始めたことが報告され、さらに事態は悪化した。調査によると、インストールされたシステムの 37% が「ハード障害」に見舞われ、そのほとんどは 9420 モデルであった。^[25]フォローアップ調査では、このシステムはサービスと他の DEC システムとの互換性で高い評価を受けたが、信頼性とコストで低い評価を受けた。^[26]

VAX 9000 はマルチプロセッサで、62.5 MHz (16 ns サイクル時間) で動作する 1、2、3、または 4 つの CPU をサポートしていました。システムはシステム制御ユニット (SCU) 内のクロスバー スイッチをベースとしており、1 ～ 4 つの CPU、2 つのメモリ コントローラ、2 つの入出力(I/O) コントローラ、およびサービス プロセッサが接続されていました。I/O は 4 つの拡張メモリ相互接続 (XMI) バスによって提供されていました。

各 CPU は 13 個のマルチチップ ユニット (MCU) で実装され、各 MCU にはCPU ロジックを含む複数のエミッタ結合ロジック(ECL)マクロセル アレイが含まれていました。ゲート アレイは、モトローラの「MOSAIC III」プロセスで製造されました。これは、描画幅 1.75 マイクロメートル、3 層の相互接続を備えたバイポーラ プロセスです。MCU は、16 個の MCU を収容し、サイズが 24 x 24 インチ (610 mm) の CPU プレーナ モジュールにインストールされました。

VAX 9000 の CPU は、理論上の最大性能が 125 MFLOPS のベクトル プロセッサと結合されていました。ベクトル プロセッサ回路は出荷されたすべてのユニットに搭載されており、ベクトル プロセッサなしで販売されたユニットではソフトウェア スイッチによって無効にされていました。ベクトル プロセッサは V-box と呼ばれ、Digital が初めて ECL で実装した VAX ベクトル アーキテクチャでした。ベクトル プロセッサの設計は、VAX 9000 CPU の開発開始から 2 年後の 1986 年に開始されました。^[27]

V ボックスの実装は、平面モジュール上にある 3 つのマルチチップ ユニット (MCU) にまたがる 25 個の Motorola Macrocell Array III (MCA3) デバイスで構成されていました。V ボックスはオプションで、現場でインストール可能でした。V ボックスは、ベクトル レジスタ ユニット、ベクトル加算ユニット、ベクトル乗算ユニット、ベクトル マスク ユニット、ベクトル アドレス ユニット、およびベクトル制御ユニットの 6 つのサブユニットで構成されていました。

ベクトルレジスタユニット（ベクトルレジスタファイルとも呼ばれる）は、VAXベクトルアーキテクチャで定義された16個のベクトルレジスタを実装した。ベクトルレジスタファイルはマルチポートで、3つの書き込みポートと5つの読み取りポートが含まれていた。各レジスタは64個の要素で構成され、各要素は72ビット幅で、64ビットはデータの格納に使用され、8ビットはパリティ情報の格納に使用された。^[28]

SID（Synthesis of Integral Design）は、VAX 9000用の論理ゲートを生成するために使用された論理合成プログラムでした。高レベルの動作およびレジスタ転送レベルのソースから、 CPUスカラーおよびベクターユニットの約93％、70万ゲート以上が合成されました。^[29]

SIDは、1000以上の手書きルールを持つ人工知能 ルールベースシステムおよびエキスパートシステムでした。論理ゲートの作成に加えて、SIDは設計を配線レベルにまで進め、ネットに負荷を割り当て、配置配線CADツールにパラメータを提供しました。プログラムを実行すると、独自のルールベースが生成され、384,000の低レベルルールに拡張されました。^{[29] [30]} VAX 9000の完全な合成実行には3時間かかりました。

当初は多少議論がありましたが、VAX 9000 プロジェクト全体の予算を削減するために採用されました。エンジニアの中には、これを使用することを拒否した人もいました。また、自分のゲート レベルの設計と SID が作成したものを比較した人もいましたが、最終的にはゲート レベルの設計作業に SID を採用しました。SID ルールは熟練したロジック設計者によって書かれ、チームの最も優秀な設計者からの意見も取り入れられていたため、優れた結果が得られました。プロジェクトが進み、新しいルールが書かれるにつれて、SID が生成した結果は、面積とタイミングの両方で手動の結果と同等かそれ以上になりました。たとえば、SID は、手動設計のものよりも高速な 64 ビット加算器を生成しました。手動設計の面積では、平均して 200 ゲートあたり 1 つのバグでしたが、SID が生成したロジックでは、平均して 20,000 ゲートあたり 1 つのバグでした。バグが見つかった後、SID ルールは修正され、その後の実行ではバグは 0 になりました。^[29] VAX 9000のSID生成部分は予定より2年早く完成しましたが、VAX 9000開発の他の部分では実装上の問題が発生し、製品のリリースが大幅に遅れました。VAX 9000以降、SIDは二度と使用されませんでした。

VAX 9000 モデル 110 は、モデル 210 と同じ性能を持つエントリー レベルのモデルでしたが、メモリ容量が小さく、バンドルされているソフトウェアとサービスも少なかったです。1991 年 2 月 22 日の時点で、価格は 920,000 米ドルからで、ベクトル プロセッサを搭載した場合は 997,000 米ドルからでした。

VAX 9000 モデル 210 は、アップグレード可能な 1 つの CPU を搭載したエントリー レベルのモデルでした。ベクトル プロセッサが搭載されている場合は、VAX 9000 モデル 210VP と呼ばれていました。

VAX 9000 モデル 4x0 はマルチプロセッサ対応モデルで、"x" の値 (1、2、3、または 4) は CPU の数を示します。これらのモデルはベクトル プロセッサをサポートし、CPU ごとに 1 つのベクトル プロセッサがサポートされます。最大構成のメモリは 512 MB でした。サポートされる I/O バスの数はさまざまで、モデル 410 と 420 は 2 つの XMI、10 の CI、8 つのVAXBIをサポートし、モデル 430 と 440 は 4 つの XMI、10 の CI、14 の VAXBI をサポートしました。

• Goodwin, David; Johnson, Roger (2009)。DEC: 崩壊につながった間違い(PDF) (技術レポート)。ロンドン大学。
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