Una máquina de conexión ( CM ) es miembro de una serie de supercomputadoras masivamente paralelas que surgieron de la investigación doctoral sobre alternativas a la arquitectura tradicional de computadoras von Neumann realizada por Danny Hillis en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) a principios de la década de 1980. A partir del CM-1, las máquinas estaban destinadas originalmente a aplicaciones de inteligencia artificial (IA) y procesamiento simbólico, pero versiones posteriores encontraron mayor éxito en el campo de la ciencia computacional .
Danny Hillis y Sheryl Handler fundaron Thinking Machines Corporation (TMC) en Waltham, Massachusetts , en 1983, y en 1984 se mudaron a Cambridge, MA. En TMC, Hillis reunió un equipo para desarrollar lo que se convertiría en la máquina de conexión CM-1, un diseño para una disposición masivamente paralela basada en un hipercubo de miles de microprocesadores , que surgió de su trabajo de tesis doctoral en el MIT en Ingeniería Eléctrica e Informática (1985). ). [1] La disertación ganó el premio de Disertación Distinguida ACM en 1985, [2] y se presentó como una monografía que resumió la filosofía, la arquitectura y el software de la primera máquina de conexión, incluida información sobre su enrutamiento de datos entre la unidad central de procesamiento (CPU ) nodos, su manejo de memoria y el lenguaje de programación Lisp aplicado en la máquina paralela. [1] [3] Los primeros conceptos contemplaban poco más de un millón de procesadores, cada uno de ellos conectado en un hipercubo de 20 dimensiones, [4] que luego fue reducido.
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Cada microprocesador CM-1 tiene sus propios 4 kilobits de memoria de acceso aleatorio (RAM), y su conjunto basado en hipercubo fue diseñado para realizar la misma operación en múltiples puntos de datos simultáneamente, es decir, para ejecutar tareas en una sola instrucción, múltiples modo de datos ( SIMD ). El CM-1, dependiendo de la configuración, tiene hasta 65.536 procesadores individuales, cada uno de ellos extremadamente simple, que procesa un bit a la vez. CM-1 y su sucesor CM-2 toman la forma de un cubo de 1,5 metros de lado, dividido en partes iguales en ocho cubos más pequeños. Cada subcubo contiene 16 placas de circuito impreso y un procesador principal llamado secuenciador. Cada placa de circuito contiene 32 chips. Cada chip contiene un enrutador , 16 procesadores y 16 RAM. El CM-1 en su conjunto tiene una red de enrutamiento basada en hipercubo de 12 dimensiones (que conecta los 2 12 chips), una RAM principal y un procesador de entrada-salida (un controlador de canal) . Cada enrutador contiene cinco buffers para almacenar los datos que se transmiten cuando no hay un canal libre disponible. Los ingenieros habían calculado originalmente que se necesitarían siete buffers por chip, pero esto hizo que el chip fuera demasiado grande para construirlo. El físico ganador del Premio Nobel Richard Feynman había calculado previamente que cinco buffers serían suficientes, usando una ecuación diferencial que involucra el número promedio de 1 bits en una dirección. Volvieron a presentar el diseño del chip con sólo cinco buffers y cuando armaron la máquina, funcionó bien. Cada chip está conectado a un dispositivo de conmutación llamado nexo. El CM-1 utiliza el algoritmo de Feynman para calcular logaritmos que había desarrollado en el Laboratorio Nacional de Los Álamos para el Proyecto Manhattan . Se adapta bien al CM-1, usando como lo hacía, sólo desplazando y sumando, con una pequeña mesa compartida por todos los procesadores. Feynman también descubrió que el CM-1 calcularía los diagramas de Feynman para cálculos de cromodinámica cuántica (QCD) más rápido que una costosa máquina de propósito especial desarrollada en Caltech. [5] [6]
Para mejorar su viabilidad comercial, TMC lanzó el CM-2 en 1987, agregando coprocesadores numéricos de punto flotante Weitek 3132 y más RAM al sistema. Treinta y dos de los procesadores de un bit originales compartían cada procesador numérico. El CM-2 se puede configurar con hasta 512 MB de RAM y un sistema de disco duro redundante de discos independientes ( RAID ) , llamado DataVault , de hasta 25 GB. También se produjeron dos variantes posteriores del CM-2, el CM-2a más pequeño con procesadores de un solo bit 4096 u 8192, y el CM-200 más rápido .
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Debido a sus orígenes en la investigación de IA, el software para el procesador de un solo bit CM-1/2/200 fue influenciado por el lenguaje de programación Lisp y se implementó una versión de Common Lisp , *Lisp (hablado: Star-Lisp ). el CM-1. Otros idiomas tempranos incluyeron el IK de Karl Sims y el URDU de Cliff Lasser. Gran parte del software de utilidad del sistema para el CM-1/2 se escribió en *Lisp. Sin embargo, muchas aplicaciones para el CM-2 se escribieron en C* , un superconjunto de datos paralelos de ANSI C.
Con el CM-5 , anunciado en 1991, TMC pasó de la arquitectura hipercúbica de procesadores simples del CM-2 a una nueva y diferente arquitectura de instrucciones múltiples y datos múltiples ( MIMD ) basada en una red de árbol grueso de computación de conjunto de instrucciones reducido (RISC). Procesadores SPARC . Para facilitar la programación, se creó para simular un diseño SIMD . El último CM-5E reemplaza los procesadores SPARC con SuperSPARC más rápidos. Una CM-5 era la computadora más rápida del mundo en 1993 según la lista TOP500 , ejecutando 1024 núcleos con un Rpeak de 131.0 G FLOPS , y durante varios años muchas de las 10 computadoras más rápidas fueron CM-5. [7]
Las Connection Machines se destacaron por su sorprendente diseño visual. Los equipos de diseño CM-1 y CM-2 estuvieron dirigidos por Tamiko Thiel . [8] [9] [ se necesita una mejor fuente ] La forma física de los chasis CM-1, CM-2 y CM-200 era un cubo de cubos, que hacía referencia a la red de hipercubos interna de 12 dimensiones de la máquina , con el rojo Diodos emisores de luz (LED), que indican por defecto el estado del procesador, visibles a través de las puertas de cada cubo.
De forma predeterminada, cuando un procesador ejecuta una instrucción, su LED está encendido. En un programa SIMD, el objetivo es tener tantos procesadores como sea posible trabajando en el programa al mismo tiempo, lo que se indica con todos los LED encendidos. Aquellos que no estaban familiarizados con el uso de los LED querían verlos parpadear o incluso deletrear mensajes a los visitantes. El resultado es que los programas terminados a menudo tienen operaciones superfluas para hacer parpadear los LED.
El CM-5, en vista en planta, tenía forma de escalera y también tenía grandes paneles de LED rojos parpadeantes. La destacada escultora y arquitecta Maya Lin contribuyó al diseño del CM-5. [10]
El primer CM-1 está en exhibición permanente en el Museo de Historia de la Computación de Mountain View, California, que también tiene otros dos CM-1 y CM-5. [11] Otras máquinas de conexión sobreviven en las colecciones del Museo de Arte Moderno de Nueva York [12] y Living Computers: Museum + Labs Seattle (CM-2 con rejillas de LED que simulan los LED de estado del procesador), y en el Smithsonian Institution National Museo de Historia Estadounidense , el Museo de Computación de América en Roswell, Georgia, [13] y el Museo Nacional Sueco de Ciencia y Tecnología (Tekniska Museet) en Estocolmo, Suecia. [14]
En la película Jurassic Park apareció un CM-5 en la sala de control de la isla (en lugar de una supercomputadora Cray X-MP como en la novela). En la sala de control se podían ver dos bancos, un banco de 4 Unidades y uno único a la derecha del conjunto. [15]
Las computadoras centrales de Fallout 3 se inspiraron en gran medida en el CM-5. [dieciséis]
Cyberpunk 2077 presenta numerosas unidades de estilo CM-1/CM-2 en varias partes del juego.