Закон Амдала
Родился 16 ноября 1922 года в городе Фландро, штат Южная Дакота, а умер 10 ноября 2015 года в городе Пало-Альто, Калифрния, немного не дотянув до 93 лет. Он был главным конструктором и разработчиком легендарных компьютеров – IBM 704, 709, 7030, 7090 и архитектором компьютерного семейства третьего поколения IBM System360. После уйдя из IBM организовал собственную фирму Amdahl Corp. которую называли Красным Гигантом или BIG RED, где в 1975 году создали первый в мире компьютер Amdahl 470 V/6 целиком построенный на БМК, обратите внимание, что старик Сеймур Крей в то время свой CRAY-1 на рассыпухе голимой, используя только элементы 5 ИЛИ/ИЛИ-НЕ сделал. SIC! Прочувствовайте разницу в уровне технологии! Создание семейства IBM/360 оказало огромное влияние на весь ход развития истории. Структуру и архитектуру этих вычислительных машин воспроизвели в многих странах.
IBM1401 часто использовали как принт сервер с его машинами
Нужно обратить внимание на благотворное влияние агрессивной армии США в его судьбе, ибо он поступил в колледж штата Южная Дакота (будущий университет Южная Дакота) осенью 1941 года и учился здесь до весны 1943 года, когда посреди учебы был отправлен изучать физику и электронику по специальной учебной программе армии США, чем занимался с середины 1944 года по 1946 год, вернувшись в свой колледж получил степень бакалавра как инженер-физик спустя два года. Но не остановился на этом.
В Висконсинском университете в 1950 году он получил задание от своего профессора сообразить на троих вместе с двумя другими выпускниками: может ли внутриядерная сила частиц отразить предельное состояние между тремя простейшими ядерными частицами. В течение месяца Амдал и два его товарища по несчастью работали с арифмометром и логарифмической линейкой, чтобы получить всего две наиболее значимых цифры, и вычислить самый низкий энергетический уровень для любой величины параметров. Они были в печали, когда обнаружили, что существует почти предельное состояние, но не само предельное состояние. Короче говоря, предполагаемая внутриядерная сила не могла адекватно отразить состояние ядра атома. Тогда не зная сомнений Джин Амдал решил построить компьютер для коротких расчетов который он собрал, и был он назван Wisconsin Integrally Synchronized Computer— WISC (Висконсинский интегрально синхронизированный компьютер). Его докторская диссертация была отчетом о разработке этого компьютера.
В феврале 1952 года он получил степень доктора философии по теоретической физике в Висконсинском университете и в июне того же года устроился работать в IBM, где сначала работал над проектированием машин для распознавания символов. Когда Джин перешёл на завод IBM в Поукипси, в штате Нью-Йорк, где делали IBM 701 широко известный в агресивной армии США и близких к ней структурам под именем Defense Calculator. В ноябре 1953 года Амдал назначается главным проектантом компьютера IBM 704, который в основном использовался в мирных целях. Это был первый компьютер, на котором был реализован первый, в общечеловеческом смысле слова, язык программирования высокого уровня FORTRAN. После 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. IBM 709 позже был переведён с ламп на транзисторы и стал называться IBM 7090.
Из-за разногласий с руководством Голубого гиганта во время его работы над Stretch Амдал уходит из IBM. С 1956 года он работает в фирмах Thomson Ramo Wooldridge и Aeronutronic Systems, но в 1960 году возвращается в исследовательский центр IBM в Йорктаун-Хайте, штат Нью-Йорк, где становится директором отдела экспериментальных вычислительных машин, и руководит работами по созданию ставшей легендарной серии System 360. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о выпуске шести моделей 30, 40, 50, 60, 62, 70 своего семейства IBM System 360. Кроме них к началу продаж IBM выпустила ещё 19 новых систем памяти и 26 устройств ввода-вывода совместимых между собой в рамках этой единой системы. IBM System 360 — это первое семейство, в котором было применено микропрограммирование, что сделало эти различные машины совместимыми между собой. За 6 лет до конца 60-х IBM выпустила более 33 тысяч таких машин.
О время работы над проектом System 360 он написал свою основополагающую статью “Новые концепции в разработке вычислительных систем”, в которой декларировал:
— 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 стал членом научного общества IBM, где ему было разрешено заниматься следующие 5 лет любыми проектами, которые ему понравятся. Там он стал директором лаборатории перспективных компьютерных систем в Менло-Парк. В 1969 году Амдал и руководство IBM поссорились из-за стратегии по созданию мейнфреймов. В IBM устанавливали цены на свою технику, исходя из её производительности, а не из затрат на производство, поэтому любое предложение по созданию большого компьютера в компании отклоняли, поскольку его высокая цена исходя из такой ценовой политики сократит рынок, и не оправдает затрат на разработку. Он попросил о встрече с руководителями IBM. “Они изобразили графически на доске, почему IBM была права, что компьютер, который я хочу построить, обойдется им очень дорого”. System 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”.
Летом 1970 года в IBM узнали, что некая компания Compata разработала мини-компьютер, что являлось со стороны Амдала нарушением закона IBM о столкновении интересов. Когда позже разобрались, что данная фирма Compata не имеет ничего общего с фирмой отца Амдала и тоже называвшейся Compata, перед ним извинились, но настаивали на его уходе из Compata. (извените за тавталогию с Compata) В это время Compata переживала финансовые трудности и благородный Джин чувствовал, что должен помочь своему бате. Поэтому он решил уйти из IBM и основать свою собственную фирму Amdahl Corp. Дабы не плодить лишних кривотолков. В октябре 1970 года, Амдал решил создать мэйнфреймы, совместимые по разъемам с IBM, чтобы они могли работать с оборудованием и системами, созданными другими изготовителями. И так появился на свет Big Red. На всех машинах Амдала стоял красивый красный знак “Amdahl”, вместо голубого полосатого, и в течение 15 лет мэйнфреймы его компании были совместимыми по разъемам и софту с компьютерами IBM. Нет сомнений в том, что он хотел этим красным словом что-нибудь сказать голубым гигантам. А чего ещё можно ожидать от человека, фамилия которого происходит от имени великого норвежского троля?
Фрагмент платы AMDAHL (12 Мб), первой в мире машины на БМК
С конца 1971 года Джин Амдал приступил к проектированию и разработке своего первого семейства Amdahl 470. Amdahl 470 V/6 появилась в середине 1975 года и это был первый в мире компьютер четвертого поколения, построенный полностью на БИС и заказных БИС на основе БМК, его производительность была 5,4 млн. операций в секунду, она достигалась за счёт конвейерной обработки команд. Исполнение команд разбивалось на 12 стадий, каждая новая команда выбиралась через два такта длительностью 64 нc, до шести команд одновременно могли находиться в различных стадиях конвейера в случае его бесконфликтной работы.
Оцените баланс цена/производительность, которой удалось найти Амдалу, хоть в его конструкции использовали десятки заказных БИС, и их монтировали на 14 слойные печатные платы по 42 штуки, машина работала с воздушным охлаждением, и была много дешевле CRAY-1, который был собран на обычных ИС по 144 штуки на 5 слойных платах и требовал охлаждения фреоном. Применение в Amdahl 470 V/6 быстродействующей биполярной кэш-памяти емкостью 16 Кбайт сокращало время обращения к основной памяти 8 Мбайт собранной на более медленных МОП микросхемах позволило построить достаточно быструю, более ёмкую и дешёвую систему по сравнению с IBM или CRAY-1 которая увидела свет в следующем году. Этот компьютер Amdahl 470 V/6 имел в 2 раза большую производительность, в 2 раза большую емкость памяти и занимал в 3 раза меньшую площадь чем самый мощный — IBM 370/168 у IBM в то время, и великолепно с ним конкурировал. К весне 1977 года фирма Amdahl Corp. установила полсотни этих компьютеров, ещё понизила цену на 470 V/6 и сделали две новые машины 470 V/5 и 470 V/7, которые были совместимыми с IBM 370/168 и IBM 3033, но были на треть быстрее оных и дешевле при этом.
В ответ на это IBM убедила покупателей, что ее новые мэйнфреймы будут дешевле, чем у любых конкурентов. Fear, uncertainty, and doubt (страх, неуверенность, сомнение) – FUD этот новый акроним в технику ввёл Амдал описывая действия голубых гигантов в отношении своих потенциальных заказчиков. И после этого был логичный шаг в схватке бегемотов, Амдал потерял контроль над Amdahl Corp. продав большую часть своих акций японской фирме Fujitsu. Назвав себя BIG не всегда как правило получается стать настоящим гигантом.
В августе 1980 Амдал основал новое предприятие Trilogy Systems. Её основателями стали трое: Джин Амдал, его сын Карлтон (бывший главный проектировщик Magnuson Computer) и бывший финансист Амдала Клиффорд Мэден, отсюда и логичное название. После этого он попал в больницу, и там разрабатывал проект СБИС для своей новой машины, но к зиме 1983—1984 года, стало ясно, что с оценкой параметров будущего суперкомпьютера Акела Амдал промахнулся, и ему пришлось расстаться с грандиозными планами завоевания рынка. Как следствие весной 1985 года Trilogy приняла решение слиться с Elxsi и пойти по пути нашего МЭП, делать машины совместимые с VAX-11. Новый компьютер от Амдала был мощнее VAX-11, совместим с ним на программном уровне, но стоил дороже родного VAXa. Народ этого не понял, раньше было быстрее и дешевле, а тут ...
В конце концов, фирма Trilogy обанкротилась, a Elxsi стала заниматься ресторанным бизнесом и превратилась в холдинговую компанию.
С 1987 года Амдал работал в фирме Andor System, производящей системы промежуточного уровня, но в 1994 году она также обанкротилась.
В 1994 году Джин Амдал вошёл в совет директоров компании Commercial Data Servers (CDS). Первой разработкой CDS стал небольшой мэйнфрейм CDS 104 с производительностью 7 млн. операций в секунду. Заниматься железом они закончили в 1997 создав ESP/490 с которым конкурировали с IBM System/390. Сейчас эта компания известна как Xbridge Systems и занимается очень серьёзным софтом для работы с базами даных на мейнфреймах. В 2005 году он покинул руководство этой компании.
В ноябре 2004 Амдал был назначен в совет консультантов компании Massively Parallel Technologies про которую ничего к сожалению рассказать не могу. Вскоре после этого к нему в дом пришёл наглый старик Альцгеймер, который каждый день стал привносить в жизнь заслуженного человека много нового и интересного, но не смотря на свою заслуженную дурную славу последнею точку в жизни Джина Амдала поставила банальная пневмония, а не этот наглый старик Альцгеймер.
PS Продолжает действовать выведенный им еще в конце 60-х годов XX века закон – закон Амдала, и как минимум думаю он сможет пережить память большинства легендарных машин созданных этим великим человеком.
ЗАКОН АМДАЛА
Ускорение, которое может быть получено на вычислительной системе из p процессоров при доле последовательных вычислений – α , по сравнению с однопроцессорным решением не будет превышать величины
Из таблицы видно, что только алгоритм, вовсе не содержащий последовательных вычислений (α = 0), позволяет получить линейный прирост производительности с ростом количества вычислителей в системе. Если доля последовательных вычислений в алгоритме равна 25 %, то увеличение числа процессоров до 10 дает ускорение в 3,077 раза (эффективность 30,77 %), а увеличение числа процессоров до 1000 даст ускорение в 3,988 раза (эффективность 0,4 %). Отсюда же очевидно, что при доле последовательных вычислений α общий прирост производительности не может превысить 1 / α. Так, если половина кода — последовательная, то общий прирост никогда не превысит двух.
Достижение параллелизма возможно только при выполнимости следующих требований:
независимость функционирования отдельных устройств ЭВМ (устройства ввода-вывода, обрабатывающие процессоры и устройства памяти),
избыточность элементов вычислительной системы
использование специализированных устройств (например, отдельные процессоры для целочисленной и вещественной арифметики, устройства многоуровневой памяти),
дублирование устройств ЭВМ (например, использование нескольких однотипных обрабатывающих процессоров или нескольких устройств оперативной памяти),
Дополнительная форма обеспечения параллелизма - конвейерная реализация обрабатывающих устройств
Необходимость параллельных вычислений:
Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных систем
Моделирование климата
Генная инженерия
Проектирование интегральных схем
Анализ загрязнения окружающей среды
Создание лекарственных препаратов и др.
Оценка необходимой производительности – 1012 операций (1 Tflops)
Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров
Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных систем
ПК на базе четырехядерного процессора Intel Core 2 Quad – 20 GFlops ($1500),
Персональный мини-кластер T-Edge Mini на базе четырехядерных процессоров Intel Xeon – 240 GFlops ($20000)
Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров - многоядерность
Принятие обоснованных решений практически в любой сфере человеческой деятельности с необходимостью предполагает проведение расширенного математического моделирования с тщательным исследованием возможных вариантов деятельности с помощью вычислительных экспериментов
При этом, появление столь радикально возросших возможностей суперкомпьютерных технологий позволяет разрабатывать углубленные математические модели, максимально точно описывающих объекты реального мира, и требующие для своего анализа проведения масштабных вычислений.
