Máquina Lisp

Los programas informáticos de inteligencia artificial (IA) de las décadas de 1960 y 1970 requerían intrínsecamente lo que entonces se consideraba una enorme cantidad de potencia informática, medida en tiempo de procesador y espacio de memoria. Los requisitos de potencia de la investigación en IA se vieron exacerbados por el lenguaje de programación simbólica Lisp, cuando el hardware comercial se diseñó y optimizó para lenguajes de programación como el ensamblador y Fortran . Al principio, el coste de dicho hardware informático implicaba que debía compartirse entre muchos usuarios. A medida que la tecnología de circuitos integrados redujo el tamaño y el coste de los ordenadores en las décadas de 1960 y principios de 1970, y las necesidades de memoria de los programas de IA comenzaron a superar el espacio de direcciones del ordenador de investigación más común, el PDP-10 de Digital Equipment Corporation (DEC) , los investigadores consideraron un nuevo enfoque: un ordenador diseñado específicamente para desarrollar y ejecutar grandes programas de inteligencia artificial, y adaptado a la semántica del lenguaje Lisp . Para proporcionar un rendimiento constante para los programas interactivos, estas máquinas a menudo no se compartían, sino que se dedicaban a un único usuario a la vez. ^{[ 3 ]}

En 1973, Richard Greenblatt y Thomas Knight , programadores del Laboratorio de Inteligencia Artificial (AI Lab) del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) , iniciaron lo que se convertiría en el Proyecto MIT Lisp Machine. Comenzaron a construir una computadora cableada para ejecutar ciertas operaciones básicas de Lisp, en lugar de ejecutarlas por software, en una arquitectura etiquetada de 24 bits . La máquina también realizaba recolección de basura incremental (o Arena ) . Más específicamente, dado que las variables de Lisp se tipifican en tiempo de ejecución en lugar de en tiempo de compilación, una simple suma de dos variables podía tardar cinco veces más en hardware convencional, debido a las instrucciones de prueba y bifurcación. Las máquinas Lisp ejecutaban las pruebas en paralelo con las sumas de instrucciones individuales más convencionales. Si las pruebas simultáneas fallaban, el resultado se descartaba y se volvía a calcular; esto significaba, en muchos casos, un aumento de velocidad de varios factores. Este enfoque de verificación simultánea también se utilizó para probar los límites de los arreglos cuando se referenciaban y otras necesidades de administración de memoria (no solo recolección de basura o arreglos).

La verificación de tipos se mejoró y automatizó aún más cuando la palabra de byte convencional de 32  bits se extendió a 36  bits para las máquinas Lisp del modelo Symbolics 3600 ^{[ 4 ]} y finalmente a 40  bits o más (generalmente, los bits sobrantes no considerados por lo siguiente se usaban para códigos de corrección de errores ). El primer grupo de bits adicionales se usaba para almacenar datos de tipo, lo que hacía de la máquina una arquitectura etiquetada , y los bits restantes se usaban para implementar la codificación de representación de datos comprimidos (CDR) (en la que los elementos de la lista enlazada habitual se comprimen para ocupar aproximadamente la mitad del espacio), lo que ayudaba a la recolección de basura en un orden de magnitud, según se informa. Otra mejora fueron dos instrucciones de microcódigo que soportaban específicamente funciones Lisp , reduciendo el costo de llamar a una función a tan solo 20 ciclos de reloj, en algunas implementaciones de Symbolics.

La primera máquina se llamó CONS (nombre derivado del operador de construcción de listas consen Lisp). A menudo se la conocía cariñosamente como la máquina Knight , quizás porque Knight escribió su tesis de maestría sobre el tema; tuvo una acogida extraordinaria. Posteriormente se mejoró en una versión llamada CADR (un juego de palabras; en Lisp, la función que devuelve el segundo elemento de una lista se pronuncia /ˈkeɪ.dəɹ/ o /ˈkɑ.dəɹ/ , como algunos pronuncian la palabra "cadre"), que se basaba esencialmente en la misma arquitectura. Se vendieron alrededor de 25 de lo que eran esencialmente prototipos de CADR dentro y fuera del MIT por unos 50 000 dólares; rápidamente se convirtió en la máquina favorita para programar : muchas de las herramientas de software más populares se adaptaron rápidamente a ella (por ejemplo, Emacs se adaptó del ITS en 1975 ). Tuvo tan buena acogida en una conferencia de IA celebrada en el MIT en 1978 que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) comenzó a financiar su desarrollo.cadr 

En 1979, Russell Noftsker creía que, debido a la potencia del lenguaje Lisp y su potencial de mejora mediante la aceleración por hardware, las máquinas Lisp representaban una oportunidad comercial. Propuso comercializar la tecnología junto con Greenblatt. Greenblatt, como hacker del Laboratorio de IA, no estaba familiarizado con el entorno empresarial y deseaba recrear la atmósfera informal y productiva del laboratorio en su proyecto. Sus ideas y objetivos diferían de los de Noftsker. Ambos negociaron extensamente, pero no lograron llegar a un acuerdo. Dado que la empresa propuesta solo podría tener éxito con la ayuda plena e incondicional de los hackers del Laboratorio de IA como grupo, Noftsker y Greenblatt decidieron que el destino de la empresa dependía de ellos, y que, por lo tanto, la decisión debía recaer en los hackers.

Las discusiones subsiguientes sobre la elección dividieron al laboratorio en dos facciones. En febrero de 1979, la situación llegó a un punto crítico. Los hackers se pusieron del lado de Noftsker, convencidos de que una empresa comercial respaldada por un fondo de capital riesgo tenía más posibilidades de sobrevivir y comercializar máquinas Lisp que la empresa emergente autosostenible propuesta por Greenblatt.

Fue en este momento cuando Symbolics , la empresa de Noftsker, comenzó a tomar forma lentamente. Si bien Noftsker pagaba un salario a su personal, no disponía de un edificio ni de ningún equipo para que los programadores trabajaran. Negoció con Patrick Winston : a cambio de permitir que el personal de Symbolics siguiera trabajando en el MIT, Symbolics permitiría al MIT usar interna y libremente todo el software que desarrollara. Un consultor de CDC , que intentaba crear una aplicación informática de lenguaje natural con un grupo de programadores de la costa oeste, se acercó a Greenblatt en busca de una máquina Lisp para que su grupo trabajara, unos ocho meses después de la desastrosa reunión con Noftsker. Greenblatt había decidido fundar su propia empresa rival de máquinas Lisp, pero no había hecho nada. El consultor, Alexander Jacobson, decidió que la única manera de que Greenblatt fundara la empresa y construyera las máquinas Lisp que Jacobson necesitaba desesperadamente era si Jacobson lo impulsaba y lo ayudaba en el proceso. Jacobson reunió planes de negocios, una junta directiva y un socio para Greenblatt (un tal F. Stephen Wyle). La nueva empresa se denominó LISP Machine, Inc. (LMI) y fue financiada mediante órdenes de los CDC, a través de Jacobson.

Por esta época, Symbolics (la empresa de Noftsker) comenzó a operar. Se había visto obstaculizada por la promesa de Noftsker de darle a Greenblatt un año de ventaja y por graves retrasos en la obtención de capital de riesgo. Symbolics aún tenía la gran ventaja de que, mientras 3 o 4 de los hackers del AI Lab se habían ido a trabajar para Greenblatt, otros 14 hackers se habían unido a Symbolics. Dos personas del AI Lab no fueron contratadas por ninguna de las dos: Richard Stallman y Marvin Minsky . Stallman, sin embargo, culpó a Symbolics del declive de la comunidad hacker que se había centrado en el AI Lab. Durante dos años, desde 1982 hasta finales de 1983, Stallman trabajó por su cuenta para clonar la producción de los programadores de Symbolics, con el objetivo de impedir que obtuvieran el monopolio de las computadoras del laboratorio. ^{[ 5 ]}

A pesar de todo, tras una serie de conflictos internos, Symbolics finalmente despegó en 1980/1981, vendiendo el CADR como el LM-2, mientras que Lisp Machines , Inc. lo vendió como el LMI-CADR. Symbolics no tenía intención de producir muchos LM-2, ya que se suponía que la familia de máquinas Lisp 3600 se lanzaría rápidamente, pero los 3600 sufrieron repetidos retrasos, y Symbolics terminó produciendo alrededor de 100 LM-2, cada uno de los cuales se vendió por 70 000 dólares. Ambas empresas desarrollaron productos de segunda generación basados ​​en el CADR: el Symbolics 3600 y el LMI-LAMBDA (del cual LMI logró vender alrededor de 200). El 3600, que se lanzó con un año de retraso, amplió el CADR al aumentar la palabra de máquina a 36 bits, expandir el espacio de direcciones a 28 bits ^{[ 6 ]} y agregar hardware para acelerar ciertas funciones comunes que se implementaban en microcódigo en el CADR. El LMI-LAMBDA, que salió un año después del 3600, en 1983, era compatible con el CADR (podía ejecutar microcódigo CADR), pero existían diferencias de hardware. Texas Instruments (TI) se unió a la competencia cuando obtuvo la licencia del diseño del LMI-LAMBDA y produjo su propia variante, el TI Explorer . Algunos de los LMI-LAMBDA y el TI Explorer eran sistemas duales con un procesador Lisp y un procesador Unix . TI también desarrolló una versión de microprocesador de 32 bits de su CPU Lisp para el TI Explorer. Este chip Lisp también se usó para el MicroExplorer, una placa NuBus para el Apple Macintosh II (NuBus se desarrolló inicialmente en el MIT para su uso en máquinas Lisp).

Symbolics continuó desarrollando la familia 3600 y su sistema operativo, Genera , y produjo el Ivory, una implementación VLSI de la arquitectura Symbolics. A partir de 1987, se desarrollaron varias máquinas basadas en el procesador Ivory: placas para Suns y Macs, estaciones de trabajo independientes e incluso sistemas embebidos (I-Machine Custom LSI, dirección de 32 bits, Symbolics XL-400, UX-400, MacIvory II; en 1989 las plataformas disponibles eran Symbolics XL-1200, MacIvory III, UX-1200, Zora, NXP1000 "caja de pizza"). Texas Instruments redujo el Explorer a silicio como el MicroExplorer que se ofreció como una tarjeta para el Apple Mac II . LMI abandonó la arquitectura CADR y desarrolló su propia K-Machine, ^{[ 7 ]} pero LMI quebró antes de que la máquina pudiera salir al mercado. Antes de su desaparición, LMI estaba trabajando en un sistema distribuido para LAMBDA utilizando el espacio Moby. ^{[ 8 ]}

Estas máquinas contaban con soporte de hardware para diversas operaciones primitivas de Lisp (prueba de tipos de datos, codificación CDR ) y también para la recolección de basura incremental . Ejecutaban programas Lisp extensos con gran eficiencia. La máquina Symbolics era competitiva frente a muchos superminicomputadores comerciales , pero nunca se adaptó para usos convencionales. Las máquinas Symbolics Lisp también se vendieron a algunos mercados ajenos a la IA, como los de gráficos por computadora , modelado y animación.

Las máquinas Lisp derivadas del MIT ejecutaban un dialecto de Lisp llamado Lisp Machine Lisp , descendiente de Maclisp del MIT . Los sistemas operativos se escribieron desde cero en Lisp, a menudo utilizando extensiones orientadas a objetos. Posteriormente, estas máquinas Lisp también admitieron varias versiones de Common Lisp (con Flavors , New Flavors y Common Lisp Object System (CLOS)).

Bolt, Beranek y Newman (BBN) desarrollaron su propia máquina Lisp, llamada Jericho, ^{[ 9 ]} que ejecutaba una versión de Interlisp . Nunca se comercializó. Frustrados, todo el grupo de IA renunció y fueron contratados en su mayoría por Xerox. Así, el Centro de Investigación de Palo Alto de Xerox , simultáneamente con el desarrollo de Greenblatt en el MIT, desarrolló sus propias máquinas Lisp diseñadas para ejecutar InterLisp (y posteriormente Common Lisp ). El mismo hardware se utilizó con software diferente también como máquinas Smalltalk y como el sistema de oficina Xerox Star . Estos incluían el Xerox 1100, Dolphin (1979); el Xerox 1132, Dorado ; el Xerox 1108, Dandelion (1981); el Xerox 1109, Dandetiger ; y el Xerox 1186/6085 , Daybreak . ^{[ 10 ]} El sistema operativo de las máquinas Xerox Lisp también se ha portado a una máquina virtual y está disponible para varias plataformas como un producto llamado Medley . La máquina Xerox era bien conocida por su entorno de desarrollo avanzado (InterLisp-D), el gestor de ventanas ROOMS, por su interfaz gráfica de usuario temprana y por aplicaciones novedosas como NoteCards (una de las primeras aplicaciones de hipertexto ).

Xerox también trabajó en una máquina Lisp basada en computación de conjunto de instrucciones reducido (RISC), utilizando el 'Procesador Lisp Común de Xerox' y planeó sacarla al mercado en 1987, ^{[ 11 ]} lo cual no ocurrió.

A mediados de la década de 1980, Integrated Inference Machines (IIM) construyó prototipos de máquinas Lisp llamadas Inferstar. ^{[ 12 ]}

En 1984-85, una empresa británica, Racal-Norsk, filial conjunta de Racal y Norsk Data , intentó reutilizar el supermini ND-500 de Norsk Data como una máquina Lisp microcodificada, ejecutando el software CADR: el Sistema de Procesamiento del Conocimiento (KPS). ^{[ 13 ]}

Hubo varios intentos de fabricantes japoneses por entrar en el mercado de máquinas Lisp: el coprocesador de mainframe Fujitsu Facom-alpha ^{[ 14 ] , el Elis de NTT, [ 15 ] [ 16 ]} el procesador de IA (AIP) de Toshiba ^{[ 17 ]} y el LIME de NEC. ^{[ 18 ]} Varios esfuerzos de investigación universitaria produjeron prototipos funcionales, entre ellos el TAKITAC-7 de la Universidad de Kobe, ^{[ 19 ]} el FLATS de RIKEN, ^{[ 20 ]} y el EVLIS de la Universidad de Osaka. ^{[ 21 ]}

En Francia surgieron dos proyectos de máquinas Lisp: M3L ^{[ 22 ]} en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse y posteriormente MAIA. ^{[ 23 ]}

En Alemania, Siemens diseñó el coprocesador Lisp basado en RISC COLIBRI. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

Con el inicio de un declive en la IA y los comienzos de la revolución de las microcomputadoras , que arrasaría con los fabricantes de minicomputadoras y estaciones de trabajo, las PC de escritorio más económicas pronto podrían ejecutar programas Lisp incluso más rápido que las máquinas Lisp, sin necesidad de hardware especializado. Al eliminarse su negocio de hardware de alto margen de beneficio, la mayoría de los fabricantes de máquinas Lisp quebraron a principios de los 90, quedando solo empresas basadas en software como Lucid Inc. o fabricantes de hardware que se habían pasado al software y los servicios para evitar el colapso. A partir de enero de 2015 Además de Xerox y TI, Symbolics es la única empresa de máquinas Lisp que sigue en funcionamiento, vendiendo el entorno de software de máquina Open Genera Lisp y el sistema de álgebra computacional Macsyma . ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Se han realizado varios intentos de escribir emuladores de código abierto para diversas máquinas Lisp: Emulación CADR, ^{[ 30 ]} Emulación de la máquina Lisp Symbolics L, ^{[ 31 ]} el Proyecto E3 (Emulación de TI Explorer II), ^{[ 32 ]} Meroko (TI Explorer I), ^{[ 33 ]} y Nevermore (TI Explorer I). ^{[ 34 ]} El 3 de octubre de 2005, el MIT publicó el código fuente de la máquina Lisp CADR como código abierto. ^{[ 35 ]}

En septiembre de 2014, Alexander Burger, desarrollador de PicoLisp , anunció PilMCU, una implementación de PicoLisp en hardware. ^{[ 36 ]}

El archivo de documentos PDF de Bitsavers ^{[ 37 ]} contiene versiones en PDF de la extensa documentación de las máquinas Lisp Symbolics, ^{[ 38 ]} las máquinas Lisp TI Explorer ^{[ 39 ]} y MicroExplorer ^{[ 40 ]} y las máquinas Lisp Xerox Interlisp-D. ^{[ 41 ]}

Los ámbitos que utilizaban las máquinas Lisp se encontraban principalmente en el amplio campo de las aplicaciones de inteligencia artificial, pero también en los gráficos por ordenador, el procesamiento de imágenes médicas y muchos otros.

Los principales sistemas expertos comerciales de los años 80 estaban disponibles: Knowledge Engineering Environment (KEE) de Intellicorp , Knowledge Craft, de The Carnegie Group Inc., y ART ( Automated Reasoning Tool ) de Inference Corporation. ^{[ 42 ]}