Технологии Silicon Graphics

Что значит для геймера OpenGL? А как 3D-дизайнер обойдется без графического пакета Maya? А теперь представь свой компьютер без хорошей, быстродействующей графики...

Можно сказать, что именно Silicon Graphics подарила миру Intel ту самую качественную графику и средства для ее разработки, один раз попробовав которую, ты не сможешь понять, как же ты без нее обходился раньше. Очень многие графические приложения, которые широко применяются последние несколько лет, раньше были доступны лишь избранным дизайнерам, инженерам и ученым, работающим в сфере высоких технологий на графических станциях Silicon Graphics. Но обо всем по порядку.

Рождение силиконовой звезды

Все началось с того, что в 1980-81 годах профессор Стэндфордского университета Джим Кларк разработал графический процессор (Geometric Engine - GE). Этот процессор, как и задумывалось, значительно ускорял работу с трехмерной графикой. После того как процессор был запатентован, Кларк взялся за разработку новых микропроцессоров, что вскоре привело к образованию компании MIPS Computers и появлению RISC-процессоров MIPS. Эту компанию возглавили коллеги Кларка, профессора Форест Баскетт и Джон Хенесси.

Тем временем сам Кларк основал свою компанию Silicon Graphics Inc., которая, опираясь на результаты исследований Кларка и его команды, начала производство компьютеров под маркой SGI.

Вскоре компанией MIPS Computers был выпущен первый процессор R-1000. С 1988 года все станции SGI стали производиться на основе процессоров MIPS и работали под управлением собственного варианта UNIX - ОС IRIX. Компания MIPS Computers вскоре вошла в состав Silicon Graphics и изменила название на MIPS Technologies.

Еще во время становления компании, Джимом Кларком была объявлена концепция визуального компьютинга (visual computing), что предполагало направление основных усилий компании на поддержку и развитие графической составляющей компьютеров семейства SGI. Взяв курс на это направление, компания начинает развиваться в нескольких областях: с одной стороны, приоритетом становится развитие качественных и высокопроизводительных комплектующих для компьютеров, а с другой - уникального программного обеспечения, позволяющего профессионалам графики, 3D-моделирования и кинематографа претворять в жизнь самые смелые идеи. Уже к началу 90-х годов компьютеры Silicon Graphics стали незаменимыми для многих ученых и профессионалов, работающих с видео, графикой, моделированием и звуком.

Intel - позиция силы

Продукция Silicon Graphics была качественной, высокопроизводительной и дорогой, являясь признанным лидером не только в области 2D и 3D-обработки, но и в области полноценного видео и качественного звука. В это время корпорация Intel решает вступить в борьбу за рынок в этом секторе. Осенью 1996 года Энди Гроув, возглавлявший Intel, объявляет о приоритетах компании: "В самое ближайшее время ПК смогут обеспечивать "жизнеподобную" трехмерную графику, искусно отображающую реальный мир или моделирующую его. Чтобы это произошло, компьютерная отрасль должна уделить трехмерной графике и визуальным вычислениям не меньше внимания, чем она уделяла мультимедиа в начале 90-х". Таким образом, глава Intel возвестил о начале борьбы за дешевую технологию визуального компьютинга, доступную владельцам персоналок.

Стоит упомянуть, что в 90-е годы корпорация Intel поколебала не только позиции SGI. Так, были поглощены многие фирмы, владевшие уникальными технологиями, перекуплены высококлассные специалисты. Например, DEC лишилась своей платформы Alpha, Compaq и HP сменили на своих компьютерах процессоры на Intel. Есть и другие примеры. Руководители Silicon Graphics не стали уподобляться Apple и переориентироваться в альтернативщики, наоборот, в апреле 1997 было объявлено о сближении с главной конкурирующей платформой.

Под знаменами "друзей"

Решение дальнейшего движения в сторону платформы Wintel означало полную переориентировку развития платформы SGI. В течение следующего года приверженцы SGI были неоднократно шокированы. Не прошло и нескольких месяцев с момента подписания соглашения о сотрудничестве, как мир Intel открыл для себя одно из самых заветных сокровищ платформы SGI - пакет Maya. Буквально через месяц Silicon Graphics объявляет о выпуске нового семейства рабочих станций на базе процессоров Intel и работающих под управлением Windows NT.

Кстати, один из этих компьютеров, SGI 540, я не только видел, но и успел поработать на нем. Для 2000 года компьютер с двумя процессорами Pentium Xeon 500 МГц, гигабайтом оперативной разделяемой памяти и двадцатидюймовым жидкокристаллическим монитором был просто верхом совершенства!

Операция Fahrengeit

В декабре 1997 года компании Microsoft и Silicon Graphics объявили о стратегическом сотрудничестве и совместном проекте, названном Fahrengeit. Целью проекта стала совместная разработка графических API нового поколения на базе технологий OpenGL, OpenGL Scene Graphic и OpenGL Optimizer от SGI и Direct3D, DirectDraw от Microsoft. Его результаты мы увидели с выходом мультимедиа-архитектуры DirectX.

Немного об архитектуре

SGI добилась своей уникальности и высокой производительности главным образом за счет того, что реализовала уникальную графическую подсистему, которая использует аппаратную поддержку команд OpenGL и позволяет преобразовывать поступающий поток цифровых данных в графические и видеоформаты. Так как все-таки устроена графическая подсистема от SGI?

Как правило, она архитектурно состоит из трех плат: геометрической машины, растеризатора и генератора изображений.

Геометрическая машина выполняет обработку поступающих цифровых данных, производя геометрическую и пиксельную обработку. Применение аппаратной поддержки OpenGL позволяет без использования дополнительных вычислительных средств производить сложные преобразования, например, формирование объемных графических объектов, их проецирование на экран и расчет освещенности.

Сердцем графического конвейера является подсистема растеризации. Она выполняет, пожалуй, самую трудоемкую и важную задачу - преобразовывает поступающую от геометрической машины информацию в пиксельный формат. Однако за счет распараллеливания большинства функций и применения максимально возможной аппаратной обработки, подсистема растеризации без особых проблем выполняет такие трудоемкие преобразования, как наложение текстуры или сглаживание изображения.

После обработки в буфере кадра данные поступают на вход подсистемы генерации изображений. Аналого-цифровые преобразователи генерируют аналоговый поток, который и позволяет получить изображение на мониторе. Здесь тоже не обошлось без хитростей: за счет программного управления временными характеристиками преобразования подсистема вывода изображения позволяет получать выходные данные для дисплеев с различным разрешением.

Ресэмплинг - другая не менее важная функция подсистемы генерации изображений. Она позволяет ускорить частоту смены кадров и преобразовывать выходные данные в S-video или композитный сигнал. А регулируемость размеров рабочей области экрана, для которой генерируется видеосигнал, позволяет без дополнительных трудностей задавать необходимую область для отображения на видео, а также нестандартные соотношения сторон экрана.

За счет того, что в видеосигнал может быть преобразована любая прямоугольная область экрана, не возникает проблем с видеоформатами, у которых соотношение размеров кадра отлично от отношения 3:4, использующегося в PAL. В дополнение реализована генерация синхронизирующих сигналов, что дает станциям Silicon Graphics хорошую совместимость с профессиональной видеоаппаратурой.

Другие приоритеты

Компания Silicon Graphics отличилась не только в области построения профессиональных систем обработки графики и видео. Так, в середине 90-х она объединяется с фирмой Cray Inc., одним из ведущих мировых производителей высокопроизводительных систем. Объединив усилия в исследовательской деятельности, Cray совместно с SGI выпускают компьютерную систему T3E-1200E, с помощью которой в 1998 году они первыми в мире преодолевают важный психологический барьер в 1 триллион операций в секунду. При реальной загрузке системы была достигнута производительность 1,02 триллиона операций в секунду.

Для более динамичного развития рынка высокопроизводительных систем в 1999 году Cray Research опять выделяют в качестве самостоятельного предприятия. Но компании Cray, видимо, не суждено было самостоятельно развиваться, и буквально через год, в марте 2000 года, американская компания TERA поглощает Cray Reseach.

Почти компьютер

Другой, не менее интересной областью применения технологий и разработок Silicon Graphics стали игровые приставки. Именно с помощью SGI появляются самые успешные и популярные игровые компьютеры, это Nintendo 64 и Sony PlayStation. В них использовались MIPS-процессоры, а также уникальная графическая подсистема от SGI.

А что сейчас?

В июле 2003 года Silicon Graphics анонсировала две новых графических системы - Tezro и Onyx 4 UltimateVision. Рабочая станция Silicon Graphics Tezro имеет 64-битный процессор MIPS R16000, оборудована графической подсистемой Vpro V12 (48-битное пространство RGBа) и работает под управлением 64-битной операционной UNIX-системы IRIX 6.5. Основным предназначением системы является структурный молекулярный анализ, высококачественные визуализационные приложения и симуляторы для применения в автомобильной и авиаиндустрии.

Silicon Graphics Onyx4 UltimateVision является графической системой нового поколения. Станция поддерживает до 64 процессоров, в минимальной конфигурации комплектуется двумя графическими подсистемами, двумя 600 МГц MIPS-процессорами с 4 Мб кэша L2, 1 Гб оперативной памяти, 18 Гб винчестером, ЖК-монитором, клавиатурой, мышкой и предустановленной IRIX OS. По деньгам такая станция обойдется примерно в 78000 зеленых.

Системы Silicon Graphics используются во многих областях, где необходимы скорость, точность и надежность расчетов. Это и наука, и инжиниринг, и моделирование.

Первоначальная задумка Кларка, что пользователи в системах SGI найдут для себя эти черты, оправдала себя. Правда, в несколько непредсказуемом виде - главным источником средств и "лицом" компании на долгое время стала киноиндустрия. Развитие инструментария обработки изображений и наложения спецэффектов способствовало популярности и незаменимости SGI систем. Например, такие культовые фильмы, как "Парк Юрского периода", "Маска" и "Терминатор" создавались с помощью систем от SGI. Проектирование и моделирование автомобилей (к примеру, FORD и BMW) тоже не обходится без Silicon Graphics.

Несмотря на явное доминирование платформы Intel, графические станции и высокопроизводительные системы Silicon Graphics не сдают позиций, являются эталоном в сфере обработки видео, графики и звука, а также хорошо себя зарекомендовали в области высокопроизводительных систем.

MIPS (Million Instructions Per Second) - суперскалярный RISC-процессор. Его особенностями являются многоступенчатый конвейер, а также большой объем кэш-памяти первого уровня, что позволяет выполнять ряд приложений, эмулируя обращения к вторичной кэш-памяти или оперативной памяти. Оба кэша являются частично-ассоциативными, имеют виртуальную индексацию. Доступ в кэш второго уровня происходит по 64-разрядной системной шине совместно с доступом к оперативной памяти. Для повышения пропускной способности при обращении в оперативную память доступ инициируется одновременно со сравнением тега кэша.

В середине 1999 года Silicon Graphics представила две модели рабочих станций, работающих под управлением Windows NT: Silicon Graphics 320 и Silicon Graphics 540. Впервые была представлена специализированная графическая станция по цене персонального компьютера. Эти машины, имеющие название "визуальная рабочая станция" (Visual Workstation), имели уникальную архитектуру интегрированной визуальной обработки (Integrated Visual Computing, IVC) и принципиально новый чипсет от Silicon Graphics "Кобальт" (Cobalt), которые устраняли узкие места PC-архитектуры и ускоряли систему ввода/вывода (1,6 Гб/сек) и доступ к памяти (3,2 Гб/сек). Это позволило эффективно управлять обработкой 2D и 3D-изображений и обрабатывать несжатое видео в реальном масштабе времени. По тестам Viewperf (CDRS-04), станция Silicon Graphics 320 достигла отметки 200 пунктов по 3D и отметки 29 в тесте High-End WinstoneT 99 по 2D-производительности.

Библиотека OpenGL (Open Graphics Library) - открытая графическая библиотека, является платформонезависимым стандартом, разработанным фирмой Silicon Graphics. Библиотека представляет интерфейс программирования трехмерной графики. Единицей информации в ней являются вершины, из которых строятся более сложные трехмерные объекты. С ее помощью можно, не задумываясь об алгоритмах трехмерной графики, реализовать сцену - построить поверхности, наложить на них текстуры, задать освещенность, наложить различные эффекты и создать анимацию.

Недавно Cray анонсировала суперкомпьютер X1. Заявленные характеристики новой машины: до 52,4 триллиона операций в секунду при использовании 4098 процессоров Cray с частотой 800 МГц. Если ожидания компании оправдаются, то новый компьютер станет самым мощным из ныне действующих суперкомпьютеров. Для сравнения, на сегодняшний день самой мощной является система NEC Earth Simulator, выполняющая 35,6 триллиона операций в секунду. Новый компьютер предполагается использовать для моделирования атомных взрывов и прогнозирования погоды и климатических изменений. Параллельно Cray создает компьютер, который будет состоять из 10000 процессоров AMD Opertron и сможет выполнять до 40 триллионов операций в секунду.

На выставке электронных развлечений (Electronic Entertainment Expo) в Лос-Анджелесе компания Sony представила карманную версию игровой консоли PlayStation. Обладая мощностью PlayStation II, PSP имеет 4,5-дюймовый TFT-дисплей, 3D-видеоакселератор, 32-разрядный MIPS-процессор, стереозвук, высокоскоростной интерфейс USB 2.0 для связи с другими PSP, PlayStation II, периферией, а также слотом расширения Memory Stick для подключения беспроводных модемов, GPS-приемников и других устройств.

Летом британский консорциум COSMOS заключил контракт на поставку суперкластера SGI Altix 3000. Проект COSMOS позволит экспертам проводить совместные исследования в области моделирования истории Вселенной, начиная с первых долей секунд после Большого Взрыва и до сегодняшнего дня, то есть за временной интервал порядка 14 млрд. лет. В новой 64-разрядной системе SGI Altix 3000 объединены архитектура супервычислений SGI, 128 процессоров Intel Itanium 2 и операционная система Linux. В состав решения, установленного в Кембриджском университете, также входит дополнительное графическое оборудование и дополнение к системе хранения данных CXFS в виде 2-гигабайтной сети хранения данных и системы хранения SGI TP9400 объемом 6 терабайт.

Хронология успеха

1982 - доктор Джеймс Кларк с семью компаньонами создал компанию SGI

1983 - выпущены первые графические терминалы

1984 - выпущены первые рабочие станции

1987 - выпущены первые рабочие станции на базе RISC-процессоров MIPS

1992 - объединение с компанией MIPS Computer Systems, ставшей дочерней фирмой под названием MIPS Technologies

1993 - подписано соглашение с Nintendo о создании Nintendo64

1995 - объединение с компаниями Alias Research и Wavefront Technologies, создана независимая дочерняя компания Alias Wavefront

1995 - запуск семейства интегрированного аппаратного и программного обеспечения, предназначенного для профессионального создания web-материалов и высокопроизводительной передачи информации

1996 - объединение с компанией Cray Research, Inc.

1996 - выпуск ведущих продуктов отрасли, в том числе визуальной рабочей станции Silicon Graphics O2, визуальной рабочей станции Silicon Graphics Onyx2 и семейства серверов SGI Origin

1997 - начало производства семейства визуальных рабочих станций Silicon Graphics Octane

1998 - анонсированы стратегические направления деятельности компании, в том числе взаимоотношения с Intel Corporation, план выпуска продуктов для двух платформ, новая модель ведения бизнеса и выделение компании MIPS Technologies

1999 - анонсирована новая торговая марка SGI, новая стратегия, предусматривающая утверждение компании в роли ведущего поставщика серверов, суперкомпьютеров в дополнение к роли производителя визуальных рабочих станций

2000 - продажа бизнеса Cray Research, Inc. компании Tera Computer Company (USA)

2000 - объявлен альянс с Carl Zeiss Jena GmbH и SCHNEIDER Laser Technologies AG для создания современного решения для планетариев 21 века, открытие первого Планетария в Нью-Йорке

2000 - произведены первые системы SGI 3000 с революционной модульной архитектурой SGI NUMAFlex

Компания Silicon Graphics была создана в 1981 году. Основное направление работы компании в течение многих лет - создание высокопроизводительных графических рабочих станций.

Высокопроизводительные серверы SGI обладают свойствами RAS (надежность, готовность и удобство обслуживания). Они обеспечивают автоматическое восстановление системы после сбоя и подключение источников бесперебойного питания.

Серверы Silicon Graphics работают под управлением операционной системы IRIX - ОС UNIX, построенной в соответствии с требованиями стандартов SVID (System V Interface Definition) и XPG4. IRIX поддерживает возможность работы нескольких машин на одном шлейфе SCSI (multi-hosted SCSI), 4-кратное зеркалирование и 128-кратное расщепление дисковых накопителей.

Помимо создания суперкомпьютеров для решения задач визуализации с использованием собственного ПО, SGI занимается графическими 3D-технологиями на базе стандартных графических ПК и средствами хранения данных.

SGI разработала самую мощную в мире систему, работающую под управлением Linux. SGI Altix 3000 Series создана на основе 64 64-битных процессоров Intel Itanium 2. Использует архитектуру общей совместно используемой памяти NUMAflex и образует единый суперкомпьютер.

Новая разработка Silicon Graphics под названием WebMagicAuthor - полный набор программных средств, необходимых для творческой работы в WWW. Отпадает необходимость забивать голову изучением языка HTML. Просто набираешь текст, используя интерфейс WebMagic, и документы в формате HTML создаются автоматически.

Студия Джорджа Лукаса (Industrial Light and Magic) использует компьютеры SGI. Удачным примером применения технологий SGI могут служить спецэффекты в фильме "Идеальный шторм".