कनेक्शन मशीन

एक कनेक्शन मशीन (सीएम) बड़े पैमाने पर समानांतर सुपर कंप्यूटरों की एक श्रृंखला का सदस्य है जो साल 1980 के दशक की शुरुआत में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) में डैनी हिलिस द्वारा कंप्यूटर के पारंपरिक वॉन न्यूमैन वास्तुकला के विकल्पों पर डॉक्टरेट अनुसंधान से विकसित हुआ था। इस प्रकार सीएम-1 से प्रारंभ होकर, मशीनें मूल रूप से कृत्रिम बुद्धिमत्ता (ए़़आई) और प्रतीकात्मक प्रसंस्करण में अनुप्रयोगों के लिए बनाई गई थीं, किन्तु पश्चात् के संस्करणों को कम्प्यूटेशनल विज्ञान के क्षेत्र में अधिक सफलता मिली।

विचार की उत्पत्ति
डैनी हिलिस और शेरिल हैंडलर ने साल 1983 में वाल्थम, मैसाचुसेट्स में थिंकिंग मशीन कॉर्पोरेशन (टीएमसी) की स्थापना की, जो साल 1984 में कैम्ब्रिज, एमए में स्थानांतरित हो गया। टीएमसी में, हिलिस ने सीएम-1 कनेक्शन मशीन को विकसित करने के लिए एक टीम को इकट्ठा किया, जो हजारों माइक्रोप्रोसेसरों की बड़े पैमाने पर समानांतर हाइपरक्यूब इंटरनेटवर्क टोपोलॉजी-आधारित व्यवस्था के लिए एक डिजाइन है, जो इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस (साल 1985) में एमआईटी में उनके पीएचडी थीसिस कार्य से उत्पन्न हुआ है। इस प्रकार शोध प्रबंध ने साल 1985 में एसीएम विशिष्ट शोध प्रबंध पुरस्कार जीता, और एक मोनोग्राफ के रूप में प्रस्तुत किया गया था जिसने पहली कनेक्शन मशीन के लिए दर्शन, वास्तुकला और सॉफ्टवेयर का अवलोकन किया, जिसमें सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) नोड्स, इसकी मेमोरी हैंडलिंग और प्रोग्रामिंग लैंग्वेज लिस्प (प्रोग्रामिंग भाषा) कों समानांतर मशीन में लागू किया गया। बहुत प्रारंभिक अवधारणाओं पर एक लाख से अधिक प्रोसेसरों पर विचार किया गया था, प्रत्येक 20-आयामी हाइपरक्यूब में जुड़ा हुआ था, जिसे पश्चात् में छोटा कर दिया गया।

डिजाइन
प्रत्येक सीएम-1 माइक्रोप्रोसेसर की अपनी 4 किलोबाइट रैंडम एक्सेस मेमोरी (रैंम) होती है और उनमें से हाइपरघनक्षेत्र इंटरनेटवर्क टोपोलॉजी-आधारित सरणी को एक साथ अनेक डेटा बिंदुओं पर एक ही ऑपरेशन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, अर्थात एकल निर्देश में कार्य निष्पादित करने के लिए, एकाधिक डेटा (एकल निर्देश, एकाधिक डेटा) फैशन। कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर सीएम-1 में 65,536 भिन्न-भिन्न प्रोसेसर हैं, प्रत्येक अत्यंत सरल, एक समय में 1-बिट आर्किटेक्चर को संसाधित करता है। सीएम-1 और इसके उत्तराधिकारी सीएम-2 एक किनारे पर 1.5 मीटर घन का रूप लेते हैं, जो समान रूप से आठ छोटे घनों में विभाजित होते हैं। प्रत्येक उपक्यूब में 16 मुद्रित परिपथ बोर्ड और एक मुख्य प्रोसेसर होता है जिसे सीक्वेंसर कहा जाता है। प्रत्येक परिपथ बोर्ड में 32 चिप्स होते हैं। प्रत्येक चिप में एक राउटर (कंप्यूटिंग), 16 प्रोसेसर और 16 रैम होते हैं। सीएम-1 में समग्र रूप से एक 12-आयामी अतिविम-आधारित मार्ग नेटवर्क है (212 चिप्स), एक मुख्य रैंम और एक चैनल आई/ओं इनपुट-आउटपुट प्रोसेसर (एक चैनल नियंत्रक)। एक स्पष्ट चैनल उपलब्ध नहीं होने पर प्रसारित होने वाले डेटा को स्टोर करने के लिए प्रत्येक राउटर में पांच बफर होते हैं। इंजीनियरों ने मूल रूप से गणना की थी कि प्रति चिप सात बफ़र्स की आवश्यकता होगी, किन्तु इसने चिप को बनाने के लिए थोड़ा बहुत बड़ा बना दिया। नोबेल पुरस्कार विजेता भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने पहले गणना की थी कि एक पते में 1 बिट्स की औसत संख्या वाले अंतर समीकरण का उपयोग करके पांच बफर पर्याप्त होंगे। उन्होंने चिप के डिजाइन को केवल पांच बफ़र्स के साथ पुनः सबमिट किया, और जब उन्होंने मशीन को एक साथ रखा, तब यह ठीक काम किया। प्रत्येक चिप एक स्विचिंग डिवाइस से जुड़ी होती है जिसे नेक्सस कहा जाता है। सीएम-1 लघुगणक की गणना के लिए लघुगणक फेनमैन के एल्गोरिथ्म | फेनमैन के एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है जिसे उन्होंने मैनहट्टन परियोजना के लिए लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी में विकसित किया था। यह सीएम -1 के लिए उपयुक्त है, जैसा कि उसने किया था, केवल सभी प्रोसेसर द्वारा साझा की गई एक छोटी तालिका के साथ, केवल स्थानांतरित करना और जोड़ना। फेनमैन ने यह भी पता लगाया कि सीएम-1 कैलटेक में विकसित एक महंगी विशेष प्रयोजन मशीन की तुलना में क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) गणनाओं के लिए फेनमैन आरेखों की गणना तेजी से करेगा। अपनी व्यावसायिक व्यवहार्यता में सुधार करने के लिए, टीएमसी ने साल 1987 में सीएम-2 लॉन्च किया, जिसमें वेइटेक 3132 तैरनेवाला स्थल न्यूमेरिक सह प्रोसेसर और प्रणाली में अधिक रैंम जोड़ा गया। मूल एक-बिट प्रोसेसर में से बत्तीस प्रत्येक संख्यात्मक प्रोसेसर को साझा करते हैं। सीएम-2 को 512 एमबी रैंम तक, और 25 जीबी तक की स्वतंत्र डिस्क (RAID) हार्ड डिस्क प्रणाली की एक अनावश्यक सरणी, जिसे डेटावॉल्ट कहा जाता है, के साथ कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। सीएम-2 के पश्चात् के दो संस्करण भी बनाए गए, छोटे सीएम-2a में या तब 4096 या 8192 सिंगल-बिट प्रोसेसर थे, और तेज़ सीएम-200।

ए़़आई अनुसंधान में इसकी उत्पत्ति के कारण, सीएम-1/2/200 सिंगल-बिट प्रोसेसर के लिए सॉफ्टवेयर लिस्प (प्रोग्रामिंग लैंग्वेज) प्रोग्रामिंग लैंग्वेज और सामान्य लिस्प के एक संस्करण * लिस्प (बोली जाने वाली: स्टार-लिस्प) से प्रभावित था।, सीएम-1 पर प्रयुक्त किया गया था। अन्य प्रारंभिक भाषाओं में कार्ल सिम्स का आईके और क्लिफ लैसर का यूआरडीयू सम्मिलित था। सीएम-1/2 के लिए अधिकांश प्रणाली यूटिलिटी सॉफ्टवेयर *Lisp में लिखा गया था। चूँकि, सीएम-2 के लिए अनेक एप्लिकेशन, एएनएसआई सी के डेटा-समानांतर सुपरसेट C* में लिखे गए थे।

1991 में घोषित सीएम-5 के साथ, टीएमसी ने सरल प्रोसेसर के सीएम-2 के हाइपरक्यूबिक आर्किटेक्चर से एक नए और भिन्न मल्टीपल इंस्ट्रक्शन, मल्टीपल डेटा (मल्टीपल इंस्ट्रक्शन, मल्टीपल डेटा) आर्किटेक्चर पर स्विच किया, जो कम इंस्ट्रक्शन मध्य के मोटा पेड़ नेटवर्क पर आधारित था। कंप्यूटिंग (आरआईएससी) स्पार्क प्रोसेसर। प्रोग्रामिंग को आसान बनाने के लिए, इसे सिंगल इंस्ट्रक्शन, मल्टीपल डेटा डिज़ाइन का अनुकरण करने के लिए बनाया गया था। पश्चात् में सीएम-5ई ने स्पार्कप्रोसेसर को तेज सुपरस्पार्क्स से बदल दिया। साल 1993 में टॉप500 सूची के अनुसार सीएम-5 संसार का सबसे तेज़ कंप्यूटर था, जो 131.0 जीफ्लॉप के Rpeak के साथ 1024 कोर चला रहा था, और अनेक वर्षों तक शीर्ष 10 सबसे तेज़ कंप्यूटरों में से अनेक सीएम-5 थे।

दृश्य डिजाइन
कनेक्शन मशीनें उनके हड़ताली दृश्य डिजाइन के लिए विख्यात थीं। सीएम-1 और सीएम-2 डिजाइन टीमों का नेतृत्व टैमिको थिएल ने किया। सीएम-1, सीएम-2, और सीएम-200 चेसिस का भौतिक रूप एक क्यूब-ऑफ-क्यूब्स था, जो मशीन के आंतरिक 12-आयामी हाइपरक्यूब नेटवर्क को संदर्भित करता है, लाल बत्ती उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के साथ, डिफ़ॉल्ट रूप से इंगित करता है। प्रोसेसर की स्थिति, प्रत्येक क्यूब के दरवाजों के माध्यम से दिखाई देती है।

डिफ़ॉल्ट रूप से, जब कोई प्रोसेसर किसी निर्देश को क्रियान्वित कर रहा होता है, तब उसका एलईडी चालू होता है। एक एसआईएमडी प्रोग्राम में, लक्ष्य एक ही समय में अधिक से अधिक प्रोसेसर को प्रोग्राम पर काम करना है - सभी एलईडी के स्थिर होने से संकेत मिलता है। एल ई डी के उपयोग से अपरिचित लोग एल ई डी को पलक झपकते देखना चाहते थे - या यहाँ तक कि आगंतुकों को संदेश भी सुनाना चाहते थे। नतीजा यह है कि तैयार कार्यक्रमों में सामान्यतः एल ई डी को ब्लिंक करने के लिए अनावश्यक संचालन होता है।

सीएम-5, योजना की दृष्टि से, एक सीढ़ी जैसी आकृति का था, और इसमें लाल ब्लिंकिंग एलईडी के बड़े पैनल भी थे। प्रमुख मूर्तिकार-वास्तुकार माया लिन ने सीएम-5 डिजाइन में योगदान दिया।

प्रदर्शन
पहला सीएम-1 कंप्यूटर इतिहास संग्रहालय, माउंटेन व्यू, कैलिफ़ोर्निया में स्थायी प्रदर्शन पर है, जिसमें दो अन्य सीएम-1 और सीएम-5 भी हैं। अन्य कनेक्शन मशीनें आधुनिक कला का संग्रहालय न्यूयॉर्क के संग्रह में बची हैं और लिविंग कंप्यूटर: संग्रहालय + लैब्स सिएटल (प्रोसेसर स्थिति एलईडी का अनुकरण करने वाले एलईडी ग्रिड के साथ सीएम-2s), और स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन अमेरिकी इतिहास का राष्ट्रीय संग्रहालय में, रोजवेल, जॉर्जिया में कंप्यूटर म्यूजियम ऑफ अमेरिका, और स्टॉकहोम, स्वीडन में स्वीडिश राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी संग्रहालय (टेकनिस्का संग्रहालय)।

लोकप्रिय संस्कृति में संदर्भ
फिल्म जुरासिक पार्क (फिल्म) में द्वीप के नियंत्रण कक्ष में (उपन्यास के रूप में क्रे एक्स-एमपी सुपरकंप्यूटर के अतिरिक्त) एक सीएम-5 को चित्रित किया गया था।

फ़ॉल आउट 3 में कंप्यूटर मेनफ्रेम सीएम-5 से अधिक प्रेरित थे।

यह भी देखें

 * ब्लिंकनलाइट्स
 * ब्रूस्टर गुड - कनेक्शन मशीन परियोजनाओं के प्रमुख अभियंता
 * डैनी हिलिस - कनेक्शन मशीन के आविष्कारक
 * डेविड ई. शॉ - NON-VON मशीन के निर्माता, जो कनेक्शन मशीन से थोड़ा पहले थे
 * फ्रॉस्टबर्ग - राष्ट्रीय सुरक्षा एजेंसी द्वारा उपयोग किया जाने वाला सीएम-5
 * गुडइयर एमपीपी
 * आईसीएल डीएपी
 * मासपार
 * समानांतर कंप्यूटिंग

अग्रिम पठन

 * Hillis, D. 1982 "New Computer Architectures and Their Relationship to Physics or Why CS is No Good", Int J. Theoretical Physics 21 (3/4) 255-262.
 * Lewis W. Tucker, George G. Robertson, "Architecture and Applications of the Connection Machine," Computer, vol. 21, no. 8, pp. 26–38, August, 1988.
 * Arthur Trew and Greg Wilson (eds.) (1991). Past, Present, Parallel: A Survey of Available Parallel Computing Systems. New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-19664-1
 * Charles E. Leiserson, Zahi S. Abuhamdeh, David C. Douglas, Carl R. Feynman, Mahesh N. Ganmukhi, Jeffrey V. Hill, W. Daniel Hillis, Bradley C. Kuszmaul, Margaret A. St. Pierre, David S. Wells, Monica C. Wong, Shaw-Wen Yang, and Robert Zak. "The Network Architecture of the Connection Machine CM-5".  Proceedings of the fourth annual ACM Symposium on Parallel Algorithms and Architectures.  1992.
 * W. Daniel Hillis and Lewis W. Tucker. The CM-5 Connection Machine: A Scalable Supercomputer. In Communications of the ACM, Vol. 36, No. 11 (November 1993).

बाहरी संबंध

 * Gallery of CM-5 images
 * CM-5 Manuals
 * Tamiko Thiel on the visual design of the CM-1/2/200
 * Feynman and the Connection Machine
 * Liquid Selves, an animated short film rendered on a CM-2
 * A preserved CM-2a at the Corestore Computer Museum