Sistemas informáticos Alliant

Alliant fue fundada, como Dataflow Systems, en mayo de 1982 por Ron Gruner, Craig Mundie y Rich McAndrew ^{[ 1 ]} para producir máquinas para usuarios científicos y de ingeniería que necesitaban máquinas más pequeñas y menos costosas que las que ofrecían Cray Computer y otros proveedores de gama alta similares. Las máquinas que atendían a este segmento de mercado se conocieron posteriormente como minisupercomputadoras . En aquel entonces, existía una enorme brecha en la relación precio/rendimiento, ya que una VAX 11/780 altamente configurada tenía un rendimiento de aproximadamente un MIPS y un MegaFLOPS por alrededor de 1 millón de dólares estadounidenses, mientras que una Cray-1S o una Cray 1M costaban más de 10 millones de dólares estadounidenses.

Las primeras máquinas de Alliant se anunciaron en 1985, comenzando con la serie FX. La serie FX constaba de cuatro tipos de placas de 18" x 18": Elementos Computacionales (CE), Caché del Sistema, Caché del Procesador Interactivo (IP) y Módulos de Memoria. Cada placa se conectaba a un plano posterior mediante un conector especial de alta densidad. Las cachés y los módulos de memoria se comunicaban entre sí a través de un bus de 2 x 64 bits llamado DMB (Dataflow Memory Bus). El plano posterior era activo y contenía un conmutador de barra transversal de 8 x 4 (FX/8) que permitía que cualquier CE se conectara a uno de los cuatro puertos de caché, dos en cada Caché del Sistema. El ancho de banda total de la caché era de 376 MB/s . 

Los CE incluían un conjunto de unidades de punto flotante (FPU ) Weitek 1064/1065 y varios chips de soporte diseñados a medida para implementar un procesador vectorial personalizado . El conjunto de instrucciones escalares se basaba en la popular arquitectura Motorola 68000. El conjunto de instrucciones de punto flotante, el conjunto de instrucciones vectoriales y el conjunto de instrucciones de concurrencia eran conjuntos de instrucciones de coprocesador personalizados diseñados por Alliant. La caché del sistema compartida y un bus de concurrencia especial implementaban un control de concurrencia de baja latencia que podía ser aprovechado automáticamente por compiladores de lenguajes de alto nivel para proporcionar procesamiento paralelo de datos entre los CE. El tiempo de ciclo de las instrucciones escalares para el CE original era de 170 ns, mientras que el procesador vectorial era el doble de rápido que el procesador escalar, con un tiempo de ciclo de 85 ns.  

Cada caché IP tenía tres puertos que se conectaban mediante cables planos a procesadores interactivos (IP), que utilizaban Motorola 68012 y, posteriormente, Motorola 68020 y luego Motorola 68030 con 4  MB de RAM local en un formato Multibus conectado a un chasis Multibus de 13 ranuras.

Los módulos de memoria eran de 8  MB cada uno y contaban con intercalación de cuatro vías y ECC. El ancho de banda de lectura era de 188  MB/s.

Al igual que muchos sistemas multiprocesador primitivos , la serie FX ejecutaba una versión de BSD Unix 4.2 en las IP y CE, conocida como Concentrix, que inicialmente añadió soporte para multiprocesadores y nuevos subsistemas de VM y E/S. ^{[ 2 ]} Las versiones posteriores añadieron características como el primer sistema de archivos de pista (TFS) con franjas y soporte para la programación en tiempo real (FX/RT).

Los sistemas se numeraron según el mayor número potencial de CE en su interior: FX/1, FX/4 y FX/8. Las máquinas Alliant eran bastante pequeñas; la FX/1 tenía aproximadamente el tamaño de un PC grande de altura completa, mientras que la FX/8 era más pequeña que una VAX-11/780 , aproximadamente del tamaño de una fotocopiadora grande . Todos los sistemas eran refrigerados por aire . La velocidad de una FX/1 era de aproximadamente 2,5 MIPS ( millones de instrucciones por segundo ) y se comparaba favorablemente con la de 1 MIPS de la VAX-11/780 . Una FX/8 con ocho CE completamente equipada, con ocho veces el MIPS agregado, era en la práctica alrededor de cinco veces más rápida que la FX/1 al resolver problemas que permitían un alto grado de computación paralela (véase la ley de Amdahl ).

Una segunda serie de máquinas FX, introducida a principios de 1988, reemplazó el CE con un nuevo hardware personalizado compatible con pines, conocido como Advanced Computational Element (ACE). Las FPU de Weitek fueron reemplazadas por un chipset de punto flotante fabricado por Bipolar Integrated Technology , que constituía el núcleo de un procesador vectorial rediseñado con 32 elementos vectoriales de 64 bits, 8 registros escalares de punto flotante de 64 bits , 8 registros enteros de 32 bits y 8 registros de direcciones de 32 bits. El nuevo procesador vectorial aumentó la velocidad de procesamiento vectorial al reducir el tiempo de ciclo en registro a 42  ns. El tiempo de ciclo de instrucción escalar, la caché y el ancho de banda de la memoria se mantuvieron iguales. El ACE, con su mayor nivel de integración mediante ASIC más avanzados , también requería menos espacio en la placa de circuito impreso, lo que le permitió volver al perfil cuadrado de 18x18 pulgadas utilizado por las demás placas del sistema en el chasis principal. Estos se utilizaron en las máquinas FX/40, FX/80 y VFX. Además, debido a la compatibilidad de pines, los sistemas FX/4 y FX/8 existentes podían actualizarse a configuraciones FX/40 y FX/80 mediante la simple sustitución de las unidades CE por unidades ACE y la actualización del archivo de microcódigo en el disco del sistema. Sin embargo, no se admitían sistemas con configuraciones mixtas de unidades CE y ACE. El modelo FX/1, de menor tamaño, no podía actualizarse debido a las limitaciones en la refrigeración del chasis.

Alliant ofrecía varios paquetes de software para sus máquinas, incluyendo un solucionador de ecuaciones lineales (FX/Skyline Solver), un compilador de C (FX/C compiler) y bibliotecas científicas (FX/Linpack y FX/Eispack). ^{[ 3 ]}

En julio de 1988, Alliant adquirió Raster Technologies, ^{[ 4 ]} un proveedor de terminales gráficas de alta resolución y tarjetas gráficas personalizadas para estaciones de trabajo de Sun Microsystems . Su producto GX4000 era una combinación del software PHIGS+ y tarjetas gráficas especiales que podían generar y mostrar vectores gráficos muy rápidamente. Para efectos 3D, disponía de un búfer Z de hardware. La tecnología gráfica de Raster se integró con las máquinas FX/40 y FX/80 para producir la VFX, la primera minisupercomputadora gráfica totalmente integrada de Alliant . ^{[ 5 ]}

En 1990, la serie FX/2800 reemplazó los CE/ACE y los IP con módulos basados ​​en el chip RISC Intel i860 . El i860 fue una de las primeras CPU superescalares que permitía al programador acceder directamente a las tuberías ; con programación personalizada, el 860 era un sistema muy rápido, ideal para aplicaciones de supercomputación . En la nueva serie, tanto el Elemento de Supercomputación (SCE) como el Procesador Superinteractivo (SIP) constaban de hasta cuatro i860, de los cuales se podían interconectar hasta siete en la matriz de interconexión. Un FX/2800 completamente expandido podía admitir un total de 28 i860.

La última serie de productos de Alliant fue el CAMPUS/800, una máquina de procesamiento masivamente paralelo basada en unidades similares al FX/2800, conocidas como ClusterNodes, que compartían hasta 4 GB de memoria unificada. Cada ClusterNode se conectaba a hasta 32 unidades mediante un conmutador intra-ClusterNode, con una latencia de 1 μs y un ancho de banda de 1,12 GB/s. También estaba disponible un conmutador inter-ClusterNode basado en HIPPI , con una latencia de 30 μs y un ancho de banda de 2,56 GB/s. El sistema CAMPUS más grande creado incluía un total de 192 ClusterNodes y proporcionaba 4,7 GFLOPS.    

El CAMPUS/800 se anunció por primera vez en 1991, pero la empresa se vio afectada por una serie de problemas financieros y quebró en 1992. Sin embargo, varios sistemas de Alliant siguieron en funcionamiento durante muchos años más y, en general, se consideraban muy fiables.

Alliant también contribuyó al desarrollo de High Performance Fortran . ^{[ 6 ] : 7–9}

El Museo de Historia de la Computación posee ejemplos de los modelos FX/8 y FX/1 (procedentes de Convex Computer Corporation tras la quiebra de Alliant), pero busca ejemplos de las configuraciones FX/80 y FX/2800.