Flujo múltiple

El estilo de diseño VLIW (por Very Long Instruction Word, Palabra de Instrucción Muy Larga) fue propuesto por primera vez por Joseph A. (Josh) Fisher , profesor de informática de la Universidad de Yale , entre 1979 y 1981. VLIW se inspiró en una técnica de planificación de compiladores , denominada planificación de trazas , que Fisher desarrolló como estudiante de posgrado en el Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York en 1978. La planificación de trazas, a diferencia de cualquier técnica de compilación anterior, revelaba cantidades significativas de paralelismo a nivel de instrucción (ILP) en programas informáticos comunes, sin necesidad de una laboriosa codificación manual. Esto implicaba la viabilidad de utilizar procesadores en los que el compilador pudiera detectar y especificar el ILP.

Fisher propuso VLIW como una forma de construir procesadores paralelos de nivel de instrucción de propósito general que aprovecharan el paralelismo a nivel de instrucción (ILP) en un grado que habría sido impracticable con lo que más tarde se denominaría hardware de control superescalar . En cambio, el compilador podía, de antemano, organizar el ILP para que el hardware lo ejecutara casi en sincronía, mediante instrucciones largas o un mecanismo similar. Si bien ya existían procesadores que lograban un ILP significativo, todos dependían de código paralelizado manualmente por el usuario o de rutinas de biblioteca , por lo que no eran computadoras de propósito general ni se ajustaban al paradigma VLIW .

La practicidad de la programación de trazas quedó demostrada por un compilador construido en Yale por Fisher y tres de sus estudiantes de posgrado: John Ruttenberg, Alexandru Nicolau y, especialmente, John Ellis, cuya tesis doctoral sobre el compilador ganó el Premio ACM a la Mejor Tesis Doctoral en 1985. Animados por sus avances en la compilación, el grupo de Fisher inició un proyecto de arquitectura y diseño de hardware denominado Proyecto ELI (Instrucciones Enormemente Largas).

ELI, que iba a tener instrucciones de 512 bits e iniciar entre 10 y 30 operaciones RISC por ciclo, nunca se construyó. En su lugar, Fisher, Ruttenberg y John O'Donnell, quienes habían liderado el proyecto de hardware de ELI, fundaron Multiflow en 1984 tras no lograr interesar a ninguna empresa informática importante en asociarse al proyecto ELI. Originalmente, Multiflow iba a convertirse en una división de la empresa de estaciones de trabajo Apollo Computer , pero finalmente buscó financiación de capital riesgo , cerrando su primera ronda de financiación en enero de 1985, cuando la empresa ya contaba con unos 20 empleados. Donald E. Eckdahl, antiguo director de la división informática de NCR , se unió a la empresa en 1985 como su director ejecutivo .

Multiflow entregó sus primeras minisupercomputadoras VLIW operativas a principios de 1987 a tres sitios beta: Grumman Aircraft , Sikorsky Helicopter y el Supercomputer Research Center. ^{[ 1 ]} Una Trace 14/200 fue demostrada al público en una conferencia de supercomputación en mayo de 1987 en Santa Clara, California .

Los primeros ordenadores de Multiflow se llamaban Trace 7/200 y Trace 14/200. El 7/ en el número de modelo del ordenador significaba que el procesador podía iniciar siete operaciones por ciclo, utilizando una instrucción de 256 bits compuesta por 7 operaciones de 32 bits y un campo de utilidad de 32 bits. Las siete operaciones eran cuatro de entero / memoria , dos de coma flotante y una de salto . Los modelos 14/ tenían el doble de cada instrucción y, por lo tanto, palabras de instrucción de 512 bits. Al igual que muchos procesadores orientados a la ciencia de su época, el Trace no tenía memoria caché tradicional .

Multiflow también anunció un modelo 28/ desde el principio, y finalmente estos se fabricaron y vendieron a algunos clientes. El 28/ tenía palabras de instrucción de 1024 bits. La compilación de programas comunes para computadoras como estas fue sin duda revolucionaria, ya que ninguna computadora anterior había ofrecido ILP compilado, ni siquiera como el de los modelos 7/. Los sistemas 28/ llevaron estos límites mucho más allá de la concepción académica o industrial. Si bien solo unos pocos programas de clientes contenían suficiente ILP para mantener ocupado un 28/, cuando lo hacían, el rendimiento era extraordinario, ya que el procesador iniciaba casi todas las 28 operaciones en promedio.

Cada ruta de datos del procesador 7/ comprendía una placa de unidad de control, una placa ALU de enteros y una placa de punto flotante. El 14/ añadió una segunda placa ALU de enteros y una segunda placa de punto flotante. Antes de que muchos sistemas estuvieran en el mercado, se dispuso de chips de punto flotante de terceros más rápidos, y la familia /200 fue reemplazada por los 7/300 y 14/300, incompatibles con el código objeto, y el 14/300 se convirtió, con diferencia, en el modelo más popular de la compañía. Alrededor de 1988, también se introdujo una serie de nivel básico /100, pero estos eran esencialmente sistemas /300 con un reloj más lento. Todos los procesadores se construyeron utilizando matrices de puertas CMOS para las ALU de enteros y los registros , chips de punto flotante de terceros y circuitos integrados de escala media para el control y otras partes.

En 1988, la empresa comenzó el desarrollo de una familia ECL /500, que iba a incluir un procesador de 14 núcleos que también podría utilizarse como multiprocesador de dos modelos de 7 núcleos, pero ese sistema no se completó antes de que la empresa cesara sus operaciones.

Un ejemplo de sistema Trace se encuentra almacenado en el Museo de Historia de la Computación .

Multiflow también desarrolló las herramientas de software para los sistemas que fabricaba. Estos sistemas utilizaban Berkeley Unix . Probablemente, en el momento de la entrega de los sistemas Multiflow, ningún ordenador que emitiera instrucciones de más de una operación a la vez había ejecutado un sistema operativo compilado convencional. Sin embargo, el sistema operativo Unix completo y las herramientas habituales funcionaban, con las partes compiladas correspondientes, en todos los modelos de la compañía.

El compilador fue particularmente notable, como cabía esperar dada la tecnología de Multiflow. La compañía desarrolló un nuevo compilador, de estilo similar al creado en Yale, pero de nivel industrial y con la incorporación de muchas funcionalidades necesarias para el mercado. Además de implementar una planificación de trazas agresiva, se destacó por su fiabilidad, por incorporar una optimización de vanguardia y por su capacidad para gestionar simultáneamente diversas variantes de lenguaje y todos los modelos incompatibles de código objeto de las trazas de Multiflow. (Si bien el código de un 7/X00 podía ejecutarse correctamente en un 14/X00, la naturaleza de la arquitectura exigía que se recompilara para que funcionara más rápido que en el 7/).

El compilador generaba código correcto en 1985, y en 1987 producía código que detectaba una cantidad significativa de paralelismo a nivel de instrucción (ILP). Después de 1987, ante la presión de los clientes y potenciales clientes, su desarrollo se centró en las características y la funcionalidad, aunque continuó la mejora orientada al rendimiento.

El compilador era tan robusto y tan eficaz para exponer el paralelismo a nivel de instrucción (ILP) independientemente del sistema al que estaba dirigido, que tras el cierre de Multiflow, fue licenciado por muchas de las mayores empresas informáticas. Se ha informado que entre ellas se encontraban Intel , Hewlett-Packard , Digital Equipment Corporation , Fujitsu , Hughes , HAL Computer Systems y Silicon Graphics . Otras empresas que se sabe que licenciaron la tecnología son Equator Technologies, Hitachi y NEC . Los compiladores creados a partir de ese código base se utilizaron para el desarrollo avanzado y la generación de informes de rendimiento para los procesadores superescalares más importantes de la década de 1990. Los descendientes del compilador seguían utilizándose ampliamente 20 años después de que comenzara a generar código correcto (en particular, el compilador icc " Proton " de Intel y el compilador Earth Simulator de NEC), y a menudo se utilizan como objetivos de referencia para el desarrollo de nuevos compiladores. El MIT y la Universidad de Washington se encuentran entre las universidades que recibieron y utilizaron el compilador con fines de investigación avanzada.

El compilador Multiflow fue escrito en C. Precedió al uso popular de C++ (Multiflow era un sitio beta para el lenguaje). Sin embargo, los diseñadores del compilador creían firmemente en el paradigma orientado a objetos , y el compilador tenía un estilo bastante peculiar que encapsulaba sus estructuras y operaciones. Esto provocó una curva de aprendizaje pronunciada para muchos desarrolladores que lo usaron después de la desaparición de Multiflow, pero generalmente se consideró una buena inversión debido a la combinación única de compilación ambiciosa y una ingeniería sólida que ofrecía el compilador.

Si bien algunas de las ventas de Multiflow se destinaron a organizaciones interesadas en conocer más sobre el nuevo estilo de diseño VLIW, la mayoría de los sistemas se utilizaron para simulación en entornos de desarrollo de productos: mecánicos, aerodinámicos, de defensa, de dinámica de colisiones, químicos y algunos electrónicos. Entre los clientes se encontraban desde una importante junta metropolitana de calidad del aire hasta una importante empresa de detergentes, alimentos y artículos de consumo, además de las esperadas empresas de la industria pesada, laboratorios de investigación y universidades. En 1987, GEI Rechnersysteme GmbH, una división de Daimler-Benz , comenzó a distribuir Traces en Alemania con gran éxito, a pesar de la feroz competencia de otras empresas de minisupercomputadoras. En los tres años siguientes, Multiflow abrió oficinas o contó con distribuidores en la mayor parte de Europa Occidental y Japón, y abrió oficinas en muchas áreas metropolitanas de Estados Unidos.

Multiflow cesó sus operaciones el 27 de marzo de 1990, dos días después de que fracasara un importante acuerdo con Digital Equipment Corporation. En ese momento, el consejo de administración determinó que las perspectivas de obtener financiación adicional, en las cantidades necesarias para que Multiflow alcanzara la madurez, eran demasiado improbables como para justificar la continuidad de la empresa. El fracaso de Multiflow se suele atribuir, de forma anecdótica, a "buena tecnología, pero mal marketing", a "buen software, pero hardware lento y conservador", a alguna característica de su tecnología innovadora o incluso a la ubicación aislada de su sede. La causa más probable fue que su plan de negocio era incompatible con los cambios radicales que se estaban produciendo en la industria informática. Construir una empresa informática de propósito general a gran escala parecía requerir cientos de millones de dólares (estadounidenses) para 1990. Pero la revolución de los microprocesadores suponía una marcha constante de una competencia cada vez más rápida y barata. Las economías de escala inherentes a los microprocesadores eran inaccesibles para las empresas emergentes en general, e incompatibles con las VLIW, que habrían requerido demasiado silicio para las densidades de la época. (El primer microprocesador VLIW fue el Philips Life, antecesor del actual TriMedia , lanzado varios años después). Desde la fundación de Sun y SGI a principios de la década de 1980, ninguna nueva empresa de computadoras de propósito general ha tenido éxito sin construir computadoras para las que ya existía una amplia base de software, y ninguna de las numerosas empresas emergentes de minisupercomputadoras de la década de 1980 llegó a tener éxito.

Multiflow estaba formada por ingenieros, informáticos y otros profesionales de la informática atraídos por la combinación de una tecnología novedosa y desafiante, un reto arduo y la extraordinaria experiencia social de trabajar en el grupo más homogéneo y talentoso del que probablemente formarían parte. El sistema era tan innovador que se preveía que su ingeniería fracasaría. A pesar de ello, y aunque ninguno de los empleados (aparte de Eckdahl) había ocupado puestos de ingeniería de alto nivel, los sistemas Trace y su software se entregaron a tiempo, demostraron ser robustos y superaron las expectativas de rendimiento. Esto se debió en gran medida al alto nivel de talento de quienes se unieron a la empresa y al excelente entorno de aprendizaje que ofreció desde sus inicios.

Tras el cierre de Multiflow, sus empleados tuvieron una gran repercusión en la industria. El pequeño grupo inicial de ingenieros y científicos, de unos 20 miembros, formó a cuatro profesionales que trabajaron en importantes empresas informáticas estadounidenses (dos de ellos galardonados con el premio Eckert-Mauchly ), varios fundadores de startups de éxito y líderes de importantes proyectos de desarrollo en grandes compañías. La única persona del grupo inicial sin formación técnica, recién salida de la escuela de negocios, llegó a dirigir el desarrollo corporativo de un importante laboratorio de investigación. A medida que Multiflow crecía, continuó con la tradición de contratar a personas de gran talento: por ejemplo, el redactor de la documentación se convirtió en uno de los editores más influyentes del sector editorial informático. La influencia de Multiflow en la industria informática radicó, en gran medida, tanto en su gente como en su tecnología.