آلة التوصيل

جهاز الاتصال ( CM ) هو أحد أجهزة الحوسبة الفائقة ذات المعالجة المتوازية الضخمة التي تنتجها شركة Thinking Machines Corporation . انبثقت فكرة جهاز الاتصال من بحث الدكتوراه الذي أجراه داني هيليس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، والذي تناول بدائل لبنية فون نيومان التقليدية لأجهزة الحاسوب . ابتداءً من جهاز CM-1، صُممت هذه الأجهزة في الأصل لتطبيقات الذكاء الاصطناعي ومعالجة الرموز، إلا أن الإصدارات اللاحقة حققت نجاحًا أكبر في مجال علوم الحوسبة .

أسس داني هيليس وشيريل هاندلر شركة Thinking Machines Corporation (TMC) في والتهام، ماساتشوستس ، عام 1983، ثم انتقلا عام 1984 إلى كامبريدج، ماساتشوستس. في TMC، شكّل هيليس فريقًا لتطوير ما أصبح يُعرف باسم CM-1 Connection Machine، وهو تصميم لترتيب متوازي ضخم قائم على مكعب فائق يضم آلاف المعالجات الدقيقة ، انبثق من أطروحته للدكتوراه في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (1985). ^{[ 3 ]} فازت الأطروحة بجائزة ACM للأطروحة المتميزة عام 1985، ^{[ 4 ]} وقُدّمت كدراسة شاملة استعرضت فلسفة وبنية وبرمجيات أول جهاز Connection Machine، بما في ذلك معلومات حول توجيه البيانات بين وحدات المعالجة المركزية (CPU)، وإدارة الذاكرة، ولغة البرمجة Lisp المستخدمة في الجهاز المتوازي. ^{[ 3 ] [ 5 ]} تصورت المفاهيم المبكرة جدًا ما يزيد قليلاً عن مليون معالج، كل منها متصل في مكعب فائق الأبعاد 20، ^{[ 6 ]} والذي تم تقليص حجمه لاحقًا.

يحتوي كل معالج دقيق من نوع CM-1 على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) خاصة به بسعة 4 كيلوبت ، وقد صُممت مصفوفة هذه المعالجات، القائمة على بنية المكعب الفائق، لتنفيذ العملية نفسها على نقاط بيانات متعددة في وقت واحد، أي لتنفيذ المهام بطريقة SIMD (تعليمات واحدة، بيانات متعددة ). يحتوي CM-1، بحسب التكوين، على ما يصل إلى 65,536 معالجًا فرديًا، كل منها بسيط للغاية، ويعالج بتًا واحدًا في كل مرة. يأخذ كل من CM-1 وخليفته CM-2 شكل مكعب طول ضلعه 1.5 متر، مقسم بالتساوي إلى ثمانية مكعبات أصغر. يحتوي كل مكعب فرعي على 16 لوحة دوائر مطبوعة ومعالج رئيسي يُسمى المُسلسل. تحتوي كل لوحة دوائر على 32 شريحة. تحتوي كل شريحة على موجه ، و16 معالجًا، و16 وحدة ذاكرة RAM. يحتوي CM-1 ككل على شبكة توجيه قائمة على بنية المكعب الفائق ذات 12 بُعدًا (تربط بين 22 ^شريحة )، وذاكرة RAM رئيسية، ومعالج إدخال/إخراج (وحدة تحكم في القنوات) . يحتوي كل موجه على خمسة مخازن مؤقتة لتخزين البيانات المرسلة عند عدم توفر قناة اتصال واضحة. كان المهندسون قد حسبوا في البداية أن سبعة مخازن مؤقتة لكل شريحة ستكون ضرورية، لكن هذا جعل الشريحة كبيرة الحجم بعض الشيء. وكان الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل ، ريتشارد فاينمان، قد حسب سابقًا أن خمسة مخازن مؤقتة ستكون كافية، باستخدام معادلة تفاضلية تتضمن متوسط ​​عدد البتات التي قيمتها 1 في عنوان. أعادوا تقديم تصميم الشريحة بخمسة مخازن مؤقتة فقط، وعندما قاموا بتجميع الجهاز، عمل بشكل جيد. كل شريحة متصلة بجهاز تحويل يُسمى "نيكسوس". يستخدم جهاز CM-1 خوارزمية فاينمان لحساب اللوغاريتمات التي طورها في مختبر لوس ألاموس الوطني لمشروع مانهاتن . وهي مناسبة تمامًا لجهاز CM-1، حيث تستخدم فقط عمليات الإزاحة والجمع، مع جدول صغير مشترك بين جميع المعالجات. اكتشف فاينمان أيضًا أن جهاز CM-1 سيحسب مخططات فاينمان لحسابات الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) بشكل أسرع من جهاز خاص باهظ الثمن تم تطويره في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك). ^{[ 7 ] [ 8 ]}  

لتحسين جدواها التجارية، أطلقت شركة TMC جهاز CM-2 في عام 1987، مضيفةً معالجات Weitek 3132 المساعدة الرقمية ذات الفاصلة العائمة ، وذاكرة وصول عشوائي (RAM) أكبر. وكان اثنان وثلاثون معالجًا من المعالجات الأصلية أحادية البت تتشارك كل معالج رقمي. ويمكن تهيئة جهاز CM-2 بذاكرة وصول عشوائي تصل إلى 512 ميجابايت، ونظام تخزين بيانات ( DataVault ) ذي مصفوفة أقراص مستقلة زائدة ( RAID ) بسعة تصل إلى 25 جيجابايت. كما تم إنتاج نسختين لاحقتين من جهاز CM-2، وهما CM-2a الأصغر حجمًا، والذي يحتوي إما على 4096 أو 8192 معالجًا أحادي البت، و CM-200 الأسرع .  

بسبب أصولها في أبحاث الذكاء الاصطناعي، تأثر برنامج معالج CM-1/2/200 أحادي البت بلغة البرمجة ليسب ، وتم تطبيق نسخة من لغة ليسب الشائعة ، *Lisp (تُنطق: ستار-ليسب )، على معالج CM-1. ومن اللغات المبكرة الأخرى لغة IK لكارل سيمز ولغة URDU لكليف لاسر. كُتبت معظم برامج النظام المساعدة لمعالج CM-1/2 بلغة *Lisp. أما العديد من تطبيقات معالج CM-2، فقد كُتبت بلغة C* ، وهي مجموعة فرعية متوازية البيانات من لغة ANSI C.

مع إطلاق جهاز CM-5 عام 1991، انتقلت شركة TMC من بنية المعالجات البسيطة المكعبة الفائقة لجهاز CM-2 إلى بنية جديدة ومختلفة تعتمد على تعليمات متعددة وبيانات متعددة ( MIMD ) مبنية على شبكة شجرية سميكة من معالجات SPARC ذات مجموعة التعليمات المختصرة (RISC) . ولتسهيل البرمجة، صُمم الجهاز لمحاكاة تصميم SIMD . لاحقًا، استبدل جهاز CM-5E معالجات SPARC بمعالجات SuperSPARC الأسرع. كان جهاز CM-5 أسرع حاسوب في العالم عام 1993 وفقًا لقائمة TOP500 ، حيث كان يعمل بـ 1024 نواة مع ذروة أداء (Rpeak) تبلغ 131.0 جيجا فلوبس ، ولعدة سنوات، كان العديد من أسرع 10 حواسيب من طراز CM-5. ^{[ 9 ]} 

اشتهرت أجهزة الاتصال بتصميمها البصري اللافت للنظر. قاد فريقا تصميم CM-1 وCM-2 تاميكو ثيل . ^{[ 10 ]} كان الشكل المادي لهيكل CM-1 وCM-2 وCM-200 عبارة عن مكعب من المكعبات، في إشارة إلى شبكة المكعب الفائق الداخلية للجهاز ذات الأبعاد الاثني عشر ، مع وجود مصابيح LED حمراء ، تشير افتراضيًا إلى حالة المعالج، مرئية من خلال أبواب كل مكعب.

افتراضيًا، عندما يُنفّذ المعالج تعليمةً ما، يكون مؤشر LED الخاص به مضاءً. في برنامج SIMD، الهدف هو تشغيل أكبر عدد ممكن من المعالجات للبرنامج في الوقت نفسه، ويُشار إلى ذلك بإضاءة جميع مؤشرات LED باستمرار. أراد من لم يعتادوا على استخدام مؤشرات LED رؤيتها تومض، أو حتى كتابة رسائل للزوار. ونتيجةً لذلك، غالبًا ما تحتوي البرامج النهائية على عمليات زائدة لجعل مؤشرات LED تومض.

كان تصميم جهاز CM-5، عند النظر إليه من الأعلى، يشبه شكل الدرج، كما احتوى على لوحات كبيرة من مصابيح LED حمراء وامضة. وقد ساهمت النحاتة والمهندسة المعمارية البارزة مايا لين في تصميم جهاز CM-5. ^{[ 11 ]}

ظهر جهاز CM-5 في فيلم حديقة الديناصورات في غرفة التحكم الخاصة بالجزيرة ( بدلاً من حاسوب Cray X-MP العملاق كما في الرواية). ويمكن رؤية مجموعتين من وحدات المعالجة، إحداهما مكونة من 4 وحدات والأخرى منفردة على يمين موقع التصوير، في غرفة التحكم. ^{[ 24 ]}

استوحت أجهزة الكمبيوتر المركزية في لعبة Fallout 3 بشكل كبير من جهاز CM-5. ^{[ 25 ]}

تتضمن لعبة Cyberpunk 2077 العديد من الوحدات من طراز CM-1/CM-2 في أجزاء مختلفة من اللعبة.

يحمل الوجه الثاني لأغنية Clock DVA المنفردة "The Hacker" الصادرة عام 1989 عنوان "The Connection Machine" في إشارة إلى جهاز CM-1.

• أضواء وامضة
• برويستر كاهل – كبير المهندسين في مشاريع آلة الاتصال
• داني هيليس – مخترع آلة الاتصال
• ديفيد إي. شو – مبتكر آلة NON-VON، التي سبقت آلة Connection بفترة وجيزة
• فروستبرغ – صاروخ CM-5 تستخدمه وكالة الأمن القومي
• عضو البرلمان الإقليمي غوديير
• ICL DAP
• ماسبار
• الحوسبة المتوازية

• معرض صور CM-5
• كتيبات CM-5 مؤرشفة بتاريخ 2006-09-02 على موقع Wayback Machine
• تاميكو ثيل تتحدث عن التصميم المرئي لـ CM-1/2/200
• فاينمان وآلة الاتصال
• "الذات السائلة" ، فيلم رسوم متحركة قصير تم إنتاجه باستخدام جهاز CM-2