ETA10

El ETA10 es un superordenador vectorial diseñado, fabricado y comercializado por ETA Systems , una división derivada de Control Data Corporation (CDC). El ETA10 fue una evolución del CDC Cyber ​​205 , que a su vez tiene sus orígenes en el CDC STAR-100 , uno de los primeros superordenadores vectoriales desarrollados. ^{[ 1 ] [ Nota 1 ]}

El 18 de abril de 1983, en la conferencia Frontiers of Supercomputing, celebrada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos , el CDC anunció la creación de ETA Systems, sucesora del Cyber ​​205. ^{[ 2 ]} Inicialmente se la denominó provisionalmente Cyber ​​2XX , y posteriormente GF-10 , antes de ser nombrada ETA10. ^{[ 3 ]} Los prototipos estuvieron operativos a mediados de 1986, y la primera entrega se realizó en diciembre de ese mismo año. La supercomputadora se anunció formalmente en abril de 1987 en un evento celebrado en la primera instalación de un cliente, el Instituto de Investigación Científica Computacional de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee. ^{[ 4 ]} El 17 de abril de 1989, el CDC cerró abruptamente ETA Systems debido a las continuas pérdidas financieras y suspendió la producción del ETA10. ^{[ 5 ]} Muchos de sus usuarios, como la Universidad Estatal de Florida, negociaron hardware de Cray a cambio. ^{[ 6 ]}

CDC tenía una sólida trayectoria en la creación de potentes supercomputadoras, comenzando con la CDC 6600. Uno de los arquitectos informáticos más famosos surgidos de CDC fue Seymour Cray . Tras un desacuerdo con la dirección de CDC respecto al desarrollo de la CDC 8600 , fundó su propia empresa de supercomputadoras, Cray Research . Mientras tanto, en CDC se continuó trabajando en el desarrollo de una supercomputadora de gama alta, la CDC STAR-100 , liderada por otro famoso arquitecto, Neil Lincoln. La supercomputadora vectorial Cray-1 de Cray Research tuvo éxito, superando a la STAR-100 de CDC. CDC respondió con derivados de la STAR, la Cyber ​​203 y la 205. La Cyber ​​205 tuvo un éxito moderado frente a la sucesora de la Cray-1, la Cray X-MP . La alta dirección de CDC se percató de la necesidad de reducir el tiempo de desarrollo de la siguiente generación de computadoras , por lo que se consideró un nuevo enfoque para la sucesora de la Cyber ​​205.

Tras separarse de CDC en septiembre de 1983, ETA se propuso crear una supercomputadora con un tiempo de ciclo inferior a 10 ns. Para lograrlo, se implementaron varias innovaciones, entre ellas el uso de nitrógeno líquido para refrigerar las CPU basadas en CMOS .

El ETA10 cumplió con éxito los objetivos iniciales de la compañía (10 GFLOPS ), y algunos modelos alcanzaron un tiempo de ciclo de aproximadamente 7 ns (143 MHz), considerado rápido para los estándares de mediados de la década de 1980. Se fabricaron siete versiones refrigeradas con nitrógeno líquido y 27 versiones más pequeñas refrigeradas por aire. Los circuitos CMOS generaban solo una fracción del calor de los circuitos integrados anteriores. El sucesor previsto para 1987 se iba a denominar Cyber ​​250 o ETA30, en referencia a los 30 GFLOPS. Finalmente, ETA se reincorporó a CDC, cesando sus operaciones el 17 de abril de 1989.    

La serie ETA10 podía ejecutar tanto el sistema operativo EOS de ETA , que fue ampliamente criticado por diversos problemas, como una versión adaptada de UNIX System V (Release 3) desarrollada por Lachman Associates, una empresa de personal de software. Si bien EOS tenía mala fama por su baja calidad, UNIX de ETA fue mejor recibido por los clientes.

EOS fue precedido por el sistema operativo CDC VSOS para Cyber ​​205 y era compatible con él en formato binario ejecutable . Al igual que VSOS, EOS contaba con memoria virtual paginada bajo demanda (la parte VS) con dos tamaños de página para un mejor rendimiento de la memoria virtual gracias a las rápidas arquitecturas de hardware de ETA. Si bien tenía sus raíces en el sistema interactivo de tiempo compartido de Livermore (LTSS), VSOS se centraba en el procesamiento por lotes . VSOS no se utilizaba en muchas instituciones y su rendimiento orientado a aplicaciones, junto con su enfoque histórico en la supercomputación, hacía que sus características quedaran obsoletas debido a su limitada base de usuarios.

Para solucionar esta deficiencia y lograr que el sistema operativo fuera más fácil de usar, se combinaron las características de VSOS con las de UNIX en un sistema operativo híbrido. El sistema operativo se diseñó para ser eficaz tanto en tareas por lotes que exigían al máximo el hardware como para su uso interactivo en el desarrollo desde una estación de trabajo UNIX.

EOS se escribió principalmente en Cybil , un lenguaje de programación similar a Pascal creado por Control Data para sus sistemas operativos Cyber ​​posteriores. Fue un esfuerzo nuevo, ya que VSOS se implementó en IMPL , un lenguaje similar a Fortran creado para la implementación de LTSS. La interfaz de línea de comandos de todos estos sistemas era similar a la que se remonta a UNIVAC EXEC*8 .

EOS se lanzó junto con las primeras entregas de hardware y presentó algunos de los problemas típicos de las primeras versiones de sistemas operativos. Algunos clientes retrasaron el pago de las instalaciones de sus supercomputadoras.

Posteriormente, ETA lanzó una versión de UNIX para la línea ETA-10, que fue rápidamente aceptada por sus clientes. Sin embargo, esta versión comenzó como un núcleo de un solo procesador que no aprovechaba de forma transparente la arquitectura de hardware con hasta 8 CPU de gran capacidad para aplicaciones.

Existían cuatro modelos del ETA10. Cualquiera de estos modelos podía fabricarse en configuraciones de uno o varios procesadores.

Los modelos E y G fueron los de mayor rendimiento de la línea ETA10 y utilizaron refrigeración por nitrógeno líquido para lograr ciclos de funcionamiento rápidos. El primero en ser anunciado fue el modelo E, cuyos procesadores tenían un  ciclo de reloj de 10,5 ns (aproximadamente 95  MHz). El modelo E podía admitir hasta ocho procesadores, para un rendimiento máximo de 8,32  GFLOPS. El modelo G posterior, cuyos procesadores tenían un  ciclo de reloj de 7 ns (aproximadamente 142  MHz), alcanzó un rendimiento máximo de 10,3  GFLOPS en su configuración máxima de ocho procesadores.

Los modelos P y Q eran versiones más lentas, económicas y refrigeradas por aire. El modelo P, cuyo nombre en clave era " Piper ", tenía procesadores con un  ciclo de reloj de 24 ns. El modelo Q, más rápido y con dos procesadores, tenía un  ciclo de reloj de 19 ns.

Entre los modelos de mayor rendimiento refrigerados por nitrógeno líquido (ETA10-E, G, etc. ) y los modelos más económicos refrigerados por aire (ETA10-P, Q, etc. ), la línea ETA10 abarcaba un rango de rendimiento de 27:1. El rendimiento máximo en los modelos de gama alta alcanzaba los 10  GFLOPS.

Un procesador único ETA10 logró 52 MFLOPS en el benchmark LINPACK ^{[ 9 ]} para una matriz de tamaño 100 × 100.   

El ETA10 era un sistema multiprocesador que admitía hasta ocho CPU. Cada CPU era similar a la de un Cyber ​​205 de dos carriles. Una de las principales innovaciones del ETA10 fue la implementación de la CPU: esta estaba compuesta por 250 circuitos integrados de matriz de puertas CMOS montados en una placa de circuito impreso (PCB) de 44 capas . Cada matriz de puertas contenía 20 000 puertas y se fabricaba con tecnología de 1,25 micrómetros (μm), accesible a través del programa VHSIC de Honeywell. En contraste, la tecnología comercial predominante en ese momento se encontraba en el rango de 3 a 5 μm. ^{[ 10 ] [ 11 ]} 

Se optó por la circuitería CMOS, que no se utilizaba habitualmente en las CPU de supercomputadoras vectoriales en aquel entonces, debido a la alta densidad que se podía alcanzar, lo que reduce tanto el retardo dentro como fuera del chip. Los retardos de la CPU se gestionaron mediante un ajuste preciso de cada PCB fabricada en conjunto con la tecnología lógica e incorporando dos tecnologías clave conocidas como JTAG y BIST . Las matrices de puertas se diseñaron utilizando una combinación de herramientas de simulación y colocación desarrolladas internamente, y una de las primeras herramientas comerciales de automatización del diseño electrónico (una aplicación para la captura de esquemas) de Mentor Graphics . Antes de que ETA utilizara la captura de esquemas, los diseñadores usaban listas de conexiones textuales para describir la interconexión de los circuitos lógicos.

Sin embargo, los circuitos CMOS de la época eran significativamente más lentos que los bipolares , especialmente la lógica de acoplamiento de emisor , ampliamente utilizada en las CPU de supercomputadoras vectoriales. Para compensar esto, la CPU se sumergía en nitrógeno líquido  a -196,15 °C para su refrigeración. Si bien dicha refrigeración podía acelerar la lógica CMOS hasta cuatro veces, en la práctica, el nitrógeno líquido proporcionaba un aumento de velocidad de aproximadamente el doble en comparación con los sistemas refrigerados por aire. No obstante, dado que la refrigeración con nitrógeno líquido solo ofrecía beneficios marginales en el rendimiento, ninguno de los sistemas ETA10 la utilizaba para las memorias locales o compartidas. Cabe destacar que, para que este tipo de refrigeración fuera eficaz, se requería un sistema de circuito cerrado. ETA tuvo que innovar para lograrlo, ya que no existían soluciones comerciales disponibles en el mercado. La placa de circuito impreso de 44 capas también era innovadora, y ETA tuvo que desarrollar nuevos procesos para su fabricación.

Cada CPU disponía de su propia memoria local de 4 millones de palabras, construida con circuitos integrados SRAM. Además, cada CPU estaba conectada a una memoria compartida de 256 millones de palabras, construida con circuitos integrados DRAM. Adicionalmente, existía un búfer de comunicación utilizado para la sincronización de las CPU y otros protocolos de comunicación relacionados con el multiprocesador. Las operaciones de entrada/salida se gestionaban mediante entre uno y dieciocho procesadores de E/S, cada uno con acceso directo a la memoria compartida. El ETA10 utilizaba líneas de fibra óptica para la comunicación entre las CPU y los dispositivos de E/S, un enfoque innovador para la interconexión de sistemas en la década de 1980.

Antes de que ETA Systems se reincorporara a los CDC, se entregaron un total de 25 sistemas. Entre los destinatarios se encontraban:

• La Universidad Estatal de Florida (recibió el primer sistema ETA10, número de serie 1, el 5 de enero de 1987).
• Centro Espacial Johnson
• Centro John von Neumann (JVNC), (al no encontrarse compradores para las dos máquinas ETA10 en este centro, fueron destruidas a martillazos para evitar su uso ilícito)
• La Universidad de Purdue (contribuyó al ETA System V, la variante UNIX del System V que se ejecutaba en el ETA10).
• El Instituto Tecnológico de Tokio recibió un sistema de refrigeración líquida de 8 CPU en 1988.
• La Universidad Meiji recibió un sistema ETA10-P en 1989.
• Academia Sinica Archivado el 21/02/2015 en Wayback Machine
• Servicio Meteorológico Alemán

A finales de la década de 1980, los sistemas ETA10 restantes fueron donados a escuelas secundarias a través de una competencia de ciencias de la computación , SuperQuest :

• Escuela Secundaria Thomas Jefferson de Ciencia y Tecnología

• EOS , el sistema operativo desarrollado internamente por ETA Systems
• Sistema de tiempo compartido Cray
• NLTSS
• Cronología de los sistemas operativos

• Descripción de los sistemas informáticos del museo de Waalsdorp, incluida la línea ETA. Archivado el 31 de agosto de 2006 en la Wayback Machine.
• Otra página en Waalsdorp, que incluye un diagrama de bloques de la arquitectura ETA. Archivada el 27/11/2005 en la Wayback Machine.
• Artículo de IEEE sobre el sistema de supercomputación ETA10 refrigerado con nitrógeno líquido.
• La saga de ETA
• Breve historia de la tecnología de hardware desarrollada para el ETA-10 de ETA Systems.