Джин Амдал

Эдуард Пройдаков

Джин Амдал. Фото с сайта spectrum.ieee.org

На наших глазах постепенно уходит великое поколение разработчиков компьютеров. Во вторник 10 ноября 2015 г. на 93-м году жизни в доме престарелых в Пало-Альто (шт. Калифорния) умер легендарный американский разработчик Джин Амдал (Gene Myron Amdahl).

Биография

Джин Амдал родился 16 ноября 1922 года в небольшом городке Фландро (графство Муди, штат Южная Дакота). Родители – семья шведско-норвежских эмигрантов. Отец – Антон Амдал, мать – Ингеборг Брензель.

Джин был в семье четвёртым из пяти детей. У него было два старших брата Альтоном Джефферсон Амдал (1918–2004), Орин Б. Амдал (1920–1945) и сестра Эвелин Ингеборг Амдал (1919–2000). Джин рос на ферме, на которой не было электричества, поэтому его ранние интересы были вокруг техники – сельскохозяйственные машины и, позднее, автомобили. До восьмого класса он учился деревенской в школе, размещавшейся в одной комнате, тоже без электричества. Учеником он был средним, пока не обнаружил страсть к физике.

После атаки на Перл-Харбор в 1941 г. Амдал пытался вступить в вооружённые силы, но Комиссия по выборочному призыву (Selective Service) отказала ему, считая его навыки в сельском хозяйстве более важными. “Они призвали так много молодежи, что не осталось достаточно людей для жатвы”, сказал он интервьюеру в 1989 г.

Осенью 1941 г. Амдал поступил в колледж штата Южная Дакота (позднее Университет штата Южная Дакота) и учился здесь до весны 1943 г. Затем, с середины 1944 г. и по 1946 г., он изучал физику и электронику по специальной учебной программе армии США.  Однако американские СМИ пишут, что в это время Амдал служил в ВМФ США. Он преподавал “радарную технику” в военно-морских учебных центрах по всей стране.

Два года службы в военно-морском флоте США стали для Амдала большой удачей. Флот дал ему образование в области электроники, он узнал, что такое вакуумные трубки, радиосхемы и радар. Без этих знаний Амдал, возможно, не разработал бы компьютер WISC, корпорация IBM не пригласила его на работу, а наш мир, может быть, стал бы другим.

23 июня 1946 г. Джин Амдал женился на Мариан Кюссель (Marian Quissell), которая выросла на соседней ферме в четырёх милях от его дома.

Осенью 1946 г. Амдал вернулся в колледж штата Южная Дакота и в 1948 г. получил там степень бакалавра в области инженерной физики.

Амдал делал магистерскую диссертацию по теоретической физике в Университете штата Висконсин в Мэдисоне. В 1950 г. профессор предложил ему и двум другим выпускникам следующую задачу: может ли внутриядерная сила частиц отразить предельное состояние между тремя простейшими ядерными частицами. В течение 30 дней Амдал и двое его коллег работали с калькулятором и логарифмической линейкой, чтобы получить две наиболее значимые цифры и вычислить самый низкий энергетический уровень для любых параметров. Они были разочарованы, обнаружив почти предельное состояние, но не само предельное состояние. Короче говоря, предполагаемая внутриядерная сила не могла адекватно отразить состояние ядра. Амдал понял, что такие расчёты требуют более современных вычислительных устройств, и это стало побудительным мотивом для создания компьютера, что и удалось ему сделать вместе с Чарльзом Дэвидсоном, разработав WISС (Висконсинский интегрально синхронизированный компьютер). Амдал вспоминал, что, “действительно, это был довольно интересный компьютер”.  Проектирование и разработка этого компьютера легли в основу его диссертации. Однако в колледже не нашлось специалистов, способных оценить проект, и он был отправлен для оценки на Абердинское полигоны армии США в Мэриленде.

В 1952 году, когда Амдал получил докторскую степень по теоретической физике, в университете началось строительство компьютера WISC (Wisconsin Integrally Synchronized Computer). Амдал, однако, в этом уже не участвовал. Его диссертация заинтересовала корпорацию IBM и он получил от неё приглашение на работу. Здесь следует отметить, что Висконсинский университет был в те времена не слишком известен, а поступить в Йельский и в Принстонский университеты Амдалу не удалось.

С июня 1952 года Амдал начал работать в должности главного инженера-конструктора (chief design engineer) с самой высокой для выпускника вуза заработной платой.

В IBM он сначала работал над проведением модельных исследований и проектированием машин для распознавания символов. Он переехал на завод IBM в Поукипси, штат Нью-Йорк, где заканчивалась работа над военным компьютером IBM 701.

Промышленное производство IBM 701 началось в 1952 году. Это была синхронную машину параллельного действия, содержащая 4000 электронных ламп и 1200 кремниевых диодов.

Одним первых проектов Амдала в IBM стала разработка новой версии 701-го компьютера. Корпорация уже выпустила 16 таких машин, но хотела его улучшить. Новая его версия, ЭВМ IBM 701A, стала лучше, чем 704 и была введена в эксплуатацию в январе 1956 года. IBM предполагала выпустить 6 таких машин, но Амдал аргументированно доказал, что можно продать 32 ЭВМ. Это было важно, поскольку чем больше серия, тем ниже стоимость разработки. Фактически же было продано 140 машин, IBM получила огромную прибыль и стала рассматривать Амдала как восходящую звезду.

В ноябре 1953 года Амдал назначается главным проектировщиком компьютера IBM 704. Эта машина отличалась высоким быстродействием, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в формате с плавающей запятой. На IBM 704 был реализован первый примитивный 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 и имел много нововведений.

После ламповых машин IBM 701 и 704 корпорация выпускает компьютеры IBM 7090 и IBM 7094. Эти машины представляли собой полупроводниковые аналоги компьютеров IBM 704 и IBM 709, в архитектуре которых уже появились основные черты компьютеров третьего поколения, в частности, аппаратные средства для выполнения операций с плавающей запятой и каналы ввода-вывода.

В 1955 году Амдал вместе с коллегами работал над проектом Datatron, прототипом компьютера Stretch, а в конечном итоге превратился в транзисторный компьютер IBM 7030.

В 1956 г. из-за разногласий с руководством IBM (его душила корпоративная бюрократия), Амдал уходит из корпорации и становится руководителем работ по технике обработки данных в фирмах Thomson Ramo Wooldridge и Aeronutronic Systems.

Джин Амдал – главный архитектор семейства компьютеров IBM System/360

IBM стала предпринимать попытки вернуть Амдала и в 1960 году он после долгих уговоров вернулся в исследовательский центр IBM в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, где стал директором отдела экспериментальных вычислительных машин, руководителем работ и главным архитектором мэйнфреймов семейства ЭВМ IBM System/360. Это семейство было основано на архитектуре Stretch, над которой Амдал работал в 1955 году. Черты этой архитектуры до сих пор прослеживаются в серверах IBM System Z, на которых по сию пору можно запускать приложения System/360. На разработку System/360З за четыре года IBM потратила 5 млрд долл. в то время как её годовой доход в то время составлял всего 2,5 млрд. (Для сравнения – Манхэттенский проект по созданию атомной бомбы стоил около 2 млрд.). Большая часть денег была затрачена на строительство пяти новых заводов, благодаря чему в компьютерную индустрию пришло массовое производство.

7 апреля 1964 г. корпорация IBM объявила о выпуске шести моделей своего семейства IBM/360 (System/360) на ежегодном собрании акционеров IBM в Эндикотте, шт. Нью-Йорк, в деревне под Бингемтоном, где компания открыла производство в начале 20-го века. Семейство 360 было одним из самых успешных в компьютерной индустрии и стало основным компонентом огромной прибыльности IBM в конце 1960-х годов.

На этой встрече Thomas J. Watson Jr., в то время президент и генеральный директор IBM, назвал это событие самым важным в истории IBM, а доктора Амдала – отцом нового компьютера. “Я помню это очень чётко”, – сказала Мариам Амдал в интервью, – “Джин так гордился этим”.

Семейство машин IBM/360 возвестило о появлении компьютеров третьего поколения.

Можно сказать, что создание System/360 не только превратило IBM в компьютерную компанию, но и трансформировало весь мировой рынок вычислительных машин – архитектура этого семейства легла в основу архитектуры очень многих машин по всему миру: ICL Spectra-70 (Великобритания), Siemens 4004 (ФРГ), ЕС ЭВМ (СССР) и др.

Мэйнфреймы с такой архитектурой стали настолько важной частью крупномасштабной обработки данных, что большинство компаний из списка Fortune 500 все ещё используют их через 50 лет после создания. Успех System/360 сделал IBM одной из самых богатых и сильных компаний в мире. На пике успеха IBM принадлежало более 70% компьютерного бизнеса.

Кроме моделей 30, 40, 50, 60, 62, 70 фирма выпустила 19 новых систем памяти и 26 устройств ввода-вывода. IBM/360 – это первое семейство ЭВМ, в котором применено микропрограммирование. Благодаря этому новшеству машины семейства, несколько отличающиеся по своим аппаратным средствам, могли работать с одним и тем же составом команд. Производительность компьютеров этого семейства варьировалась от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов операций в секунду. За первые шесть лет существования семейства IBM выпустила более 33 тыс. машин.

До конца 1960-х годов корпорация IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM/360. Отметим, что модель 85 стала первой машиной, в которой для повышения скорости доступа к памяти была применена кэш-память. А модель 195 –  первая машина, в которой применялись монолитные интегральные схемы.

От S/360 миру достался теперь уже устаревший 8-разрядный код обмена информацией (EBCDIC), сменивший использовавшуюся в IBM 6-битную кодировку. Отказаться от неё предложил Фред Брукс, начальник Амдала, руководивший разработкой операционных систем для S/360. В России он стал широко известен благодаря весьма полезной книге “Мифический человеко-месяц”, посвящённой проблемам управления программными проектами.

В феврале 1965 года Амдал получил звание IBM Fellow (член научного общества IBM), ему было разрешено следующие пять лет работать над любыми собственными исследовательскими проектами. Он стал директором новой организации, создать которую ему помогла  IBM – Лаборатории перспективных компьютерных систем (Advanced Computing Systems) в г. Менло-Парк, штат Калифорния.

Амдала помнят в IBM как интеллектуального лидера, который умел заставить различные группы приходить к соглашению по техническим проблемам. Особенно это проявилось при разработке непротиворечивой системы команд System-360, которой занималось шесть групп разработчиков.

В 1969 году Амдал рекомендовал закрыть свою лабораторию, что IBM и сделала. Кроме того, он поссорился с корпорацией из-за стратегии развития больших компьютеров. IBM устанавливала цены на свои машины исходя из их мощности, а не из затрат на их производство. Это побуждало компанию отклонять любые предложения по созданию больших компьютеров, поскольку их высокая цена могла сократить рынок и не оправдать затраченных усилий. Хотя его идеи были признаны, руководство IBM отказалось менять политику, и Амдал снова покинул корпорацию. Как вспоминал сам Амдал: “Я ушёл из IBM во второй раз в основном потому, что хотел заниматься большими компьютерами. Если бы я остался в IBM, мне пришлось бы продолжать свою карьеру, не получая личного удовлетворения от работы”.

Предпринимательство

В 1970 году, во второй раз покинув IBM, на этот раз окончательно, и получив финансирование от японской корпорации Fujitsu, Амдал основал собственную компанию Amdahl Corporation и открыл офис в Саннивейле, шт. Калифорния. Его компания специализировалась на производстве мэйнфреймов. Она разрабатывала машины, которые обладали более высоким быстродействием и стоили дешевле, сохраняя при этом совместимость с аппаратным и программным обеспечением Системы/370, преемника Системы/360. Он специально назвал его семейством 470. К его проектированию Джин Амдал приступил в конце 1971 года.

Первая машина семейства Amdahl 470 V/6 появилась в середине 1975 г. и сразу же произвела фурор среди компьютерных разработчиков и заказчиков. Это был первый в мире компьютер четвёртого поколения, построенный полностью на БИС (больших интегральных схемах), обладающий высокой производительностью (5,4 млн. операций в секунду), которая достигалась посредством конвейерной обработки команд. В компьютере Amdahl 470 V/6 была применена биполярная кэш-память на микросхемах ёмкостью 16 Кбайт, она, в свою очередь, позволила эффективнее работать с оперативной памятью, ёмкость которой была 8 мегабайт. Этот первый компьютер четвёртого поколения был в 2 раза быстрее, имел в 2 раза больше памяти, занимал в 3 раза меньшую площадь по сравнению с самой мощной аналогичной системой того времени – IBM 370/168. Кроме того, машина имела воздушное охлаждение, а не водяное. Такие предприятия, как AT&Т, General Motors и NASA “выстроились в очередь” для покупки Amdahl 470 V/6. До весны 1977 года корпорация Amdahl продала 50 этих компьютеров. А весной того же года она снизила цену на данную модель, и выпустила две новые модели, совместимые с IBM, но более производительные. В это время в пользу Амдала сыграло и антимонопольное соглашение IBM с правительством США по передаче некоторых лицензий на технологии мэйнфреймов.

Связь Джина Амдала с фирмой, носящей его имя, продолжалась до сентября 1979 г., когда он стал почётным председателем в отставке и остался её консультантом. Amdahl Corp. стала самой процветающей фирмой по производству мэйнфреймов в компьютерной промышленности.

В 1979 году Амдал основал компанию Trilogy Systems, которая на протяжении десяти лет разрабатывала процессоры, рассчитывая удешевить производство мэйнфреймов.

В 1987 г. Амдал создал компанию Andor Corp., надеясь, благодаря усовершенствованным технологиям производства, стать конкурентоспособной на рынке мэйнфреймов среднего размера. Но компания встретилась с производственными проблемами, которые, наряду с сильной конкуренцией, привели её к банкротству в 1995 г.

В 1994 г. Амдал создал последнюю свою компанию – Commercial Data Servers, которая выпускала недорогие мейнфреймы для отдельных групп покупателей.

В 2000 году Fujitsu выкупила фирму Amdahl целиком, а после появления 64-разрядных систем корпорации IBM перестала поддерживать совместимость с её решениями.

Таким образом, Джин Амдал был основателем четырёх компаний: Amdahl Corporation, Trilogy Systems (сейчас часть Elxsi Corporation), Andor Systems и Commercial Data Servers (CDS).

Законы Амдала

В годы работы над проектом IBM/360 Амдал написал статью “Новые концепции в разработке вычислительных систем”, в которой он выделил 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 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.

Джин Амдал сформулировал несколько широко известных законов, которые изучаются в курсах по вычислительной технике.

Первый закон Амдала. Производительность многопроцессорной вычислительной системы определяется, в общем случае, самым непроизводительным процессором.

Согласно закону Амдала, независимо от числа имеющихся процессорных ядер, время решения задачи, разбиваемой на несколько выполняемых параллельно частей, не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента.

Второй закон Амдала даёт формулу ускорения вычислений на многопроцессорной системе из N одинаковых процессоров, если часть операций алгоритма выполняется последовательно.

«Усилия, затраченные на обеспечение высокой степени параллелизма обработки, окажутся напрасными, если не будут сопровождаться соответствующим сокращением числа операций, выполняемых последовательно, – писал он в своей статье в 1967 году. – В случае последовательной обработки возможности даже крупномасштабных вычислительных систем будут ограничены возможностями одного процессора».

Третий закон Амдала. Пусть вычислительная система состоит из одинаковых процессоров. При любом режиме её работы ускорение вычислений не может превзойти обратной величины доли последовательных вычислений.

Например, если доля последовательных вычислений составляет всего 2%, то ни при каком числе процессоров нельзя добиться ускорения более чем в 50 раз.

Амдал умел заглядывать в будущее. В интервью Computerworld, опубликованном 15 ноября 1976 года, он предсказал появление интеллектуальных устройств и Интернета вещей, исчезновение дисков и перенос баз данных в оперативную память.

Заключение

Помимо жены, у Амдала две дочери, Delaine Amdahl и Andrea Amdahl; сын Carlton, который был заместителем президента компании Trilogy, брат Lowell и пять внуков.

Последние пять лет Амдала лечили от болезни Альцгеймера, но, по словам его жены Мариан, причиной смерти была пневмония.

Литература.

Помещена в музей с разрешения автора 9 сентября 2017