Conjunto de procesamiento de elementos paralelos

El Parallel Element Processing Ensemble ( PEPE ) fue uno de los primeros sistemas de computación paralela . Bell comenzó a investigar el concepto a mediados de la década de 1960 como una forma de proporcionar soporte de computación de alto rendimiento para las necesidades de los sistemas de misiles antibalísticos (ABM). El objetivo era construir un sistema informático que pudiera rastrear simultáneamente cientos de ojivas de misiles balísticos entrantes . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Burroughs Corporation construyó un único sistema PEPE en la década de 1970, momento en el que los esfuerzos del Ejército de los EE. UU. en materia de misiles antibalísticos estaban disminuyendo. El diseño evolucionó posteriormente hasta convertirse en el Burroughs Scientific Processor para su comercialización, pero la falta de perspectivas de venta provocó su retirada del mercado.

El sistema PEPE surgió como resultado de las predicciones sobre el tipo de fuerzas de misiles balísticos intercontinentales (ICBM) que se esperarían en caso de un ataque soviético a gran escala durante la década de 1970. Las flotas de misiles tanto de EE. UU. como de la URSS crecieron durante la década de 1960, pero un problema mayor fue el rápido aumento en el número de ojivas como resultado del cambio a vehículos de reentrada con múltiples objetivos independientes (MIRV). Las computadoras diseñadas para el sistema Nike-X eran en gran medida similares a sistemas como el IBM 7030 , y habrían podido manejar ataques de quizás una docena de ojivas que llegaran simultáneamente. Con MIRV, cientos de objetivos, tanto ojivas como señuelos, llegarían al mismo tiempo, y las CPU utilizadas simplemente no tenían el rendimiento necesario para analizar sus trayectorias con la suficiente rapidez como para dejar tiempo para atacarlos. ^{[ 1 ]}

Bell Labs , que había sido el principal socio industrial en sistemas ABM anteriores, propuso el desarrollo de un nuevo sistema capaz de rastrear entre 200 y 300 misiles a la vez. El programa se inició oficialmente en 1969. El desarrollo fue liderado por System Development Corporation (SDC), que se había formado en 1955 para desarrollar el software del sistema informático de defensa aérea SAGE . PEPE fue diseñado por un equipo liderado por George Mueller , ex empleado de la NASA . Describió el objetivo final de producir 300 millones de instrucciones por segundo, muy por delante de los sistemas contemporáneos. ^{[ 4 ]}

Se construyó un sistema de prueba inicial, el "modelo IC", con 16 procesadores que consistían en circuitos integrados individuales y conectados a un host IBM 360/65. Esto se completó en 1971. Esto resultó exitoso, y entre octubre de 1971 y septiembre de 1972, SDC y Honeywell produjeron un diseño final. En noviembre, Burroughs ganó el contrato para construir un prototipo de 36 procesadores de la versión de tamaño completo de 288 procesadores. Burroughs entregó PEPE al Centro de Tecnología Avanzada de Defensa contra Misiles Balísticos (parte del Comando de Defensa Estratégica del Ejército de los EE. UU.) en Huntsville, Alabama, en 1976. ^{[ 2 ]} Las pruebas aparentemente fueron exitosas, pero Bell concluyó que la máquina era demasiado cara para el tipo de amenazas que abordaba el Programa Safeguard que se estaba implementando en la década de 1970. ^{[ 1 ]}

El sistema fue enviado finalmente a McDonnell Douglas en Huntington Beach, CA. [ ^{a ] ​​Después} de ser retirado, fue enviado a la Universidad de Auburn , que desmanteló el sistema en algún momento a finales de la década de 1980 o principios de la de 1990. ^{[ 1 ]}

El sistema PEPE se basaba en varios chasis interconectados. Cada una de las bahías principales de elementos de procesamiento podía albergar 36 elementos de procesamiento (PE), dispuestos en cuatro filas de nueve PE. Un chasis independiente, similar, contenía la unidad de control (CU) y una consola de sistema sencilla que mostraba el estado. La CU podía controlar hasta ocho bahías, para un total de 288 PE. ^{[ 1 ]}

El PE constaba de tres unidades funcionales principales : un procesador de punto flotante (la Unidad Aritmética, AU) capaz de realizar operaciones aritméticas básicas, incluyendo raíces cuadradas, y generadores de direcciones de entrada (Unidad de Correlación, CU) y salida (Unidad de Salida Asociativa, AOU) independientes, que determinaban la dirección asociativa del siguiente elemento de datos a leer y la dirección de salida, de modo que los resultados quedaran ordenados. Los datos se almacenaban en una memoria direccionable por contenido (direccionamiento asociativo) ^{[ 5 ]} , y cada unidad disponía de 2k  palabras de 32 bits (8  kB). Si un PE fallaba, sus funciones podían transferirse en tiempo real a cualquier otro PE, lo que proporcionaba al sistema una redundancia significativa ^{[ 6 ] .}

El direccionamiento asociativo se utilizó en PEPE para permitirle correlacionar rápidamente las nuevas mediciones con la información existente. Por ejemplo, un radar en particular puede barrer una sección del cielo cada 2 segundos. En uno de esos barridos, podría detectar un objeto en una ubicación determinada, y el sistema debe decidir rápidamente si se trata de un nuevo pulso o una actualización de uno existente. El sistema de memoria está diseñado para producir una especie de código hash de esta información que se utiliza para recuperar los datos, en lugar de buscar posibles coincidencias en la memoria basándose en los campos de los datos. ^{[ 6 ]}

Cada elemento de procesamiento contenía una lógica de control mínima, concentrándose la mayor parte del control en la unidad de control común. Esta unidad leía las instrucciones de la memoria, las decodificaba y las enviaba a todos los elementos de procesamiento simultáneamente, de modo que estos debían ejecutar la misma instrucción al mismo tiempo. Los elementos eran capaces de ejecutar una instrucción completa de una sola dirección, incluyendo la lectura y escritura de datos. ^{[ 1 ]} El programa completo se almacenaba en PEPE y se introducía en él desde un sistema de interfaz, originalmente un CDC 7600. ^{[ 6 ]}

El sistema en su conjunto funcionaba de forma sincronizada, pudiendo ejecutar una instrucción de coma flotante por ciclo. Normalmente, el sistema funcionaba a 1  MHz, por lo que cada procesador ejecutaba aproximadamente 1  MFLOPS, y el sistema en su conjunto, alrededor de 288  MFLOPS. Las instrucciones de enteros eran unas 100 veces más rápidas, con el sistema en su conjunto funcionando a unos 2880  MIPS. Esto era mucho más rápido que cualquier máquina de la época. ^{[ 6 ]}

Se utilizó un sistema informático Burroughs B1700 como ordenador de prueba y diagnóstico. Un paquete de software personalizado, llamado TRANSET, que se ejecutaba en el B1700, se utilizó para depurar y mantener los elementos de procesamiento de PEPE. ^{[ 1 ]}