Джин Амдал Гениальный создатель мэйнфреймов

Джин Амдал

Гениальный создатель мэйнфреймов

Новые концепции в разработке компьютерных систем преследуют цель сделать их еще более полными, эффективными и гибкими средствами, несмотря на схемную сложность и многообразие применений.

Джин Амдал

Джин Амдал

Он был главным конструктором и разработчиком таких легендарных компьютеров, как IBM 704, 709, 7030, 7090 и архитектором компьютерного семейства третьего поколения IBM/360. Когда он не сумел заставить руководство фирмы IBM следовать его намерениям и новациям, то бросил вызов этому компьютерному гиганту, организовав собственную фирму Amdahl Согр. с целью создания сверхбыстродействующих мэйнфреймов, способных работать с программным обеспечением фирмы IBM. Создание таких машин увенчалось полным успехом.

Джина Амдала считают величайшим проектировщиком компьютерных систем XX века. Часто его сравнивали с Сеймуром Креем, создателем суперкомпьютеров: оба хотели изменить принцип конструирования больших компьютеров, оба обладали выдающимися способностями предвидения и оба оказали огромное влияние на компьютерную промышленность.

Но в то время как Крей — человек, которым Амдал восхищался, но никогда не был с ним знаком — сосредоточился на проектировании суперкомпьютеров, имеющих небольшой рынок. Джин Амдал создавал машины общего назначения (мэйнфреймы), предназначенные охватить большой сегмент рынка.

Амдал родился 16 ноября 1922 года в Фландро, штат Южная Дакота. Он поступил в колледж штата Южная Дакота (позднее университет Южная Дакота) осенью 1941 года и учился здесь до весны 1943 года. Затем он изучал физику и электронику по специальной учебной программе армии США, с середины 1944 года до 1946 года. Осенью 1946 года он вернулся в колледж штата Южная Дакота и два года спустя получил степень бакалавра по инженерной физике.

Амдал написал дипломную работу по теоретической физике в Висконсинском университете. В 1950 году он получил задание от профессора поработать вместе с двумя другими выпускниками над исследованием: может ли внутриядерная сила частиц отразить предельное состояние между тремя простейшими ядерными частицами. В течение 30 дней Амдал и два его коллеги работали с калькулятором и логарифмической линейкой, чтобы получить две наиболее значимых цифры и вычислить самый низкий энергетический уровень для любой величины параметров. Они были расстроены, когда обнаружили, что существует почти предельное состояние, но не само предельное состояние. Короче говоря, предполагаемая внутриядерная сила не могла адекватно отразить состояние ядра. Амдал понял, что для коротких расчетов необходимы более совершенные вычислительные устройства.

Он решил построить компьютер. Один из компьютеров, который он собрал, был назван — VI ЗС (Висконсинский интегрально синхронизированный компьютер). Амдал вспоминает его как "действительно довольно интересный компьютер". Его докторская диссертация была отчетом о проекте и конструкции этого компьютера.

В феврале 1952 года он получил степень доктора философии по теоретической физике в Висконсинском университете. В июне того же года он поступил в IBM, сначала работал над проведением модельных исследований и проектированием машин для распознавания символов. Он переехал на завод IBM в Поукипси, штат Нью-Йорк, где заканчивались последние работы над оборонным компьютером IBM 701. Фирма уже продала 19 таких машин и хотя они были модернизированы, компания хотела создать что-то более мощное.

Промышленный электронный компьютер IBM 701 был выпущен в 1952 году. Он представлял собой синхронную машину параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 1200 кремниевых диодов. Усовершенствованный вариант IBM 701 был введен в эксплуатацию в январе 1956 года.

В ноябре 1953 года Амдал назначается главным проектировщиком компьютера IBM 704. IBM 704 отличалась высокой скоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой. IBM 704 — первый компьютер, в котором был реализован первый язык программирования высокого уровня FORTRAN.

После IBM 704 Джин Амдал становится главным разработчиком следующей машины — IBM 709. Компьютер IBM 709 в архитектурном плане приближался к машинам второго и третьего поколения. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода-вывода.

В 1956 году фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Это изобретение позволило создать новый тип памяти — дисковые ЗУ, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC-650.

После ламповых машин IBM 701 и 704 фирма выпускает компьютеры IBM 7090 и IBM 7094. Эти машины представляли собой полупроводниковый аналог компьютеров IBM 704 и IBM 709, в которых в архитектурном плане уже были заложены основные черты компьютеров третьего поколения, в частности аппаратные средства для выполнения операций с плавающей запятой, и процессоры (каналы) ввода-вывода.

Компьютер Stretch

Из-за разногласий с руководством Амдал (в это время он проектировал систему Stretch) уходит из фирмы IBM. С 1956 года он был руководителем работ по технике обработки данных в фирмах Thomson Ramo Wooldridge и Aeronutronic Systems. В 1960 году он вернулся в исследовательский центр фирмы IBM в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, где стал директором отдела экспериментальных вычислительных машин и руководителем работ по созданию мэйнфреймов третьего поколения IBM/360.

В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о выпуске шести моделей своего семейства IBM/360 (System 360). Президент фирмы Г. Уотсон назвал это событие самым важным в истории фирмы, практика окончательно закрепила этот факт как знаменательный в развитии вычислительной техники. Семейство машин IBM/360 возвестило о появлении компьютеров третьего поколения.

Кроме моделей 30, 40, 50, 60, 62, 70, фирма выпустила 19 новых систем памяти и 26 устройств ввода-вывода. IBM/360 — это первое семейство, в котором применено микропрограммирование. Благодаря такому новшеству машины семейства, несколько отличающиеся своими аппаратными средствами, могли работать с одним и тем же составом команд. Семейство перекрывало производительность от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов операций в секунду. За 6 лет существования семейства фирма IBM выпустила более 33 тыс. машин.

До конца 60-х годов фирма IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM/360. Модель 85 стала первой машиной, в которой для повышения скорости доступа к памяти была применена кэш-память (от французского слова cache — "тайник"). А модель 195 — первая машина, в которой применялись монолитные интегральные схемы.

Компьютер семейства IBM/360

Создание моделей семейства IBM/360 оказало огромное влияние на весь ход развития вычислительной техники. Структура и архитектура этих вычислительных машин с теми или другими изменениями в элементной базе были воспроизведены в компьютерных семействах многих стран.

В годы работы над проектом IBM/360 Амдал написал основополагающую статью "Новые концепции в разработке вычислительных систем", в которой он определял четыре направления в области проектирования вычислительных систем:

? "развитие техники программирования и компилирования для увеличения эффективности и гибкости вычислительных устройств;

? повышение быстродействия вычислительных машин с целью увеличения производительности и снижения стоимости выполняемых операций;

? мультипрограммирование (разделение во времени) и мультиобработка (разделение вычислений) для увеличения количества одновременно используемого оборудования вычислительной системы;

? развитие системы обмена результатами вычислений для большей гибкости в составе и размещении устройств вычислительной системы".

В феврале 1965 года он был принят в члены научного общества IBM, ему было разрешено работать следующие 5 лет над любыми проектами, которые ему нравятся. Он стал директором новой организации, которую ему помогли основать — IBM, лаборатория перспективных компьютерных систем в Менло-Парк, Калифорния. Но в 1969 году Амдал и IBM поссорились из-за стратегии по созданию больших компьютеров. IBM устанавливала цены на свои машины, исходя из их мощности, а не из затрат на их производство. Это заставляло компанию отклонять любое предложение по созданию большого компьютера, поскольку его высокая цена сократит рынок и не оправдает усилий. Амдал продолжал работу над большой машиной в надежде, что он сможет убедить IBM отойти от своей стратегии. Летом 1969 года он попросил о встрече с тремя руководителями IBM. "Они изобразили графически на доске, почему IBM была права, что компьютер, который я хочу построить, обойдется им очень дорого". Амдал ничего не мог сделать. Система 360, которую разработал Амдал, хорошо продавалась, и IBM не имело причин вмешиваться в сбыт. "В основном, я ушел из IBM во второй раз, потому что я хотел работать с большими компьютерами. В случае если бы я остался в IBM, я должен был изменить свою карьеру, не получая личного удовлетворения от работы".

Случай, происшедший летом 1970 года, придал Амдалу решимости для ухода. В течение последних 5 лет он был директором консультационной фирмы Compata, основанной его отцом. До этого лета у IBM не было возражений. Но затем там узнали, что некая компания Compata разработала миникомпьютер, что являлось со стороны Амдала нарушением закона IBM о столкновении интересов. Когда в IBM узнали, что данная фирма не имеет ничего общего с фирмой Амдала, перед ним извинились, но настаивали на его уходе из Compata. В это время Compata переживала финансовые трудности и Амдал чувствовал, что он должен остаться. Он решил уйти из IBM и основать свою собственную фирму Amdahl Соrр. При подаче заявления об отставке у него была еще одна встреча с руководством IBM. Один из вице- президентов подошел к нему во время перерыва и посоветовал не заниматься бизнесом больших компьютерных систем. Он не принесет денег. Несмотря на это, Амдал основал этой же осенью свою фирму.

Идеи приходили в седовласую голову создателя компьютеров в любой час дня или ночи. "Иногда я просыпался в середине ночи и шел со скоростью 60 миль/час к решению проблемы. Я мысленно видел картину того, что нужно сделать в машине, и обрабатывал эту идею в голове. Иногда в середине какого-либо разговора мелькала блестящая идея, и на какое-то время я забывал об этом разговоре. Когда я наконец понимал, что происходит, я должен был подавать реплики, чтобы собеседник думал, что я слушаю, даже когда я пропустил большую часть сказанного". Как он объясняет свой успех? "Для меня было загадкой то, что всегда существовало много людей с хорошими компьютерными идеями, но так или иначе мне всегда выпадал шанс стать единственным, кому удавалось разработать лучший проект". Джин Амдал является автором или соавтором многочисленных патентов по различным компьютерным разработкам, включая IBM/360.

Основывая Amdahl Соrр. в октябре 1970 года, Джин Амдал решил создать мэйнфреймы, совместимые по разъему с IBM, — т. е. компьютеры, сконструированные таким образом, чтобы они могли работать с оборудованием и системами, созданными другими изготовителями. Если эти новые мэйнфреймы действительно станут ответом на серию Big Blue, как на это надеялся Амдал, то почему не сделать знаком своей собственной фирмы Big Red. На машинах Амдала и на офисных телефонах стоял красный знак "Amdahl", и не оставалось никаких сомнений в том, что он хотел этим сказать. В течение 15 лет мэйнфреймы изготавливались совместимыми по разъему с компьютерами IBM. Амдал обиделся, когда его обвинили в том, что он забрал с собой из IBM всю техническую команду: на самом деле он взял только молодого финансиста и двух секретарей.

Основание Amdahl Соrр. было предметом гордости для Джина Амдала. Ему было очень приятно "закончить создание новых компьютеров и делать их отличными от других, видеть, что они полностью разрушают контроль IBM над рынком".

Унес ли с собой Джин Амдал секреты IBM? Некоторые думают, что да. Но он с яростью защищает себя. По его мнению, IBM просто не решила проблему высокой эффективности, а он решил. В любом случае IBM никогда не обвиняла его в использовании ее секретов.

С конца 1971 года Джин Амдал приступил к проектированию и разработке своего первого семейства Amdahl 470.

Первая машина семейства Amdahl 470 V/6 появилась в середине 1975 года и сразу же произвела "фурор" среди компьютерных разработчиков и заказчиков. Это был первый в мире компьютер четвертого поколения, построенный полностью на БИС, обладающий высокой производительностью (5,4 млн. операций в секунду), которая достигалась посредством конвейерной обработки команд. Исполнение команд делилось на 12 подопераций, для которых применялось 10 отдельных схем. В случае беспрепятственного потока новая команда могла выбираться через два тактовых периода (64 нс), следовательно, до шести команд одновременно могли находиться в различных фазах исполнения (в параллельной обработке). Применение в компьютере Amdahl 470 V/6 быстродействующей биполярной кэш-памяти емкостью 16 Кбайт позволило улучшить эффективное время обращения к основной памяти (емкостью 8 Мбайт), реализованной на МОП-структурах. Вообще, надо признать, что все новшества Джина Амдала и его фирмы Amdahl Соrр. стали значительной вехой в развитии компьютерной техники и параллелизма.

Первый компьютер четвертого поколения, созданный Амдалом, имел в 2 раза больше производительность, в 2 раза больше емкость памяти и занимал в 3 раза меньшую площадь по сравнению с мощной системой фирмы IBM того периода — IBM 370/168.

Такие предприятия, как АТ & Т, General Motors и NASA выстроились в очередь покупать Amdahl 470 V/6 — к весне 1977 года фирма Amdahl Соrр. установила 50 этих компьютеров. Весной того же года фирма снизила цену на 470 V/6 и вышла на рынок с двумя новыми машинами 470 V/5 и 470 V/7, совместимыми, соответственно, с IBM 370/168 и IBM 3033 и на треть производительнее последних.

Связь Джина Амдала с фирмой, носящей его имя, продолжалась до сентября 1979 года, когда он стал заслуженным председателем в отставке и консультантом фирмы. Amdahl Соrр. стала самой процветающей фирмой по производству мэйнфреймов в компьютерной промышленности, но затем пошатнулась, как и другие подобные фирмы, когда IBM убедила покупателей, что ее новые мэйнфреймы будут дешевле, чем у конкурентов. Продав большую часть своих акций японской фирме Fujitsu за наличные, Джим Амдал потерял контроль над Amdahl Соrр.

В августе 1980 Амдал порвал все узы с фирмой и основал новое предприятие, с целью бросить вызов виртуальной монополии IBM. Это сделало его конкурентом Amdahl Соrр., конкурентом на небольшом рынке. Новая- фирма получила название Trilogy Systems. Ее основателями стали трое: Джин Амдал, его сын Карлтон (бывший главный проектировщик Magnuson Computer) и бывший финансист Амдала Клиффорд Мэден. Фирма Trilogy должна была проектировать, разрабатывать и продавать суперкомпьютеры. Также Джин Амдал хотел создать новый стандарт по цене и производительности. Планы у новой фирмы были большие, но, к сожалению, они не осуществились. Амдал попал в больницу и там разрабатывал проект кремниевой суперсхемы в качестве элементной базы. Trilogy столкнулась с проблемами зимой 1983–1984 года, связанными с неправильной оценкой характеристик будущего суперкомпьютера, и Амдал должен был расстаться с грандиозными планами.

Весной 1985 года Trilogy приняла решение слиться с Elxsi — частной фирмой, которая намеревалась выпускать суперкомпьютеры, совместимые с миникомпьютерными системами компании DEC–VAX-11. Новый компьютер Амдала Elxsi был гораздо мощнее VAX-11, совместим с последним на программном уровне, но стоил дороже VAXa.

Посредством нового компьютера Elxsi Джин Амдал надеялся спасти все, что возможно для акционеров Trilogy. Когда в 1987 году он поговаривал об отставке, не было никаких признаков того, что он собирается сделать такой шаг — по крайней мере, до того, как он направит Elxsi на верную дорогу. Но, в конце концов, фирма Trilogy обанкротилась, a Elxsi превратилась в холдинговую компанию, которая стала заниматься ресторанным бизнесом.

С 1987 года Амдал работал в фирме Andor System, производящей CMOS- системы промежуточного уровня, но в 1994 году она также обанкротилась.

Последнее начинание (1994 год) Джина Амдала — компания Commercial Data Servers (CDS). Она разрабатывает недорогие мэйнфреймы для строго определенной группы покупателей, при этом, однако, не дает компьютерному гиганту IBM почивать на лаврах и заставляет его постоянно совершенствоваться. Первой разработкой компании CDS стал небольшой мэйнфрейм CDS 104 с производительностью 7 млн. операций в секунду — "величайший" проектировщик мэйнфреймов продолжает работать, несмотря на свой почтенный возраст. Продолжает действовать и его закон — закон Амдала, выведенный им еще в конце 60-х годов XX века. Несколько слов о нем.

Векторные компьютеры могут, как известно, работать в двух различных режимах. Программы, которые могут быть векторизованы компилятором, выполняются в векторном режиме с высокой скоростью. Программы, не содержащие векторного параллелизма или программы, параллелизм которых компилятор не обнаруживает, выполняются с низкой скоростью в скалярном режиме.

Закон Амдала говорит, что в такой системе с низкой и высокой скоростями вычислений низкоскоростной режим доминирует в общей производительности системы, если только работа, выполняемая в скалярном режиме, не исключается почти полностью.