Прогресс технологии микроэлектроники привел к тому, что в наше время размеры элементов в микросхеме (транзисторов, резисторов, конденсаторов) удалось уменьшить до 0.6-0.8 мкм, а число элементов в одном кристалле увеличить до нескольких миллионов. Например, микропроцессор Pentium содержит 3 млн. транзисторов, имеет собственную встроенную кэш-память и работает с частотой до 100 МГц. Если несколько таких процессоров присоединены к одной магистрали общего пользования, то их работа становится неэффективной: процессор, быстро подготовивший промежуточный результат, занимает магистраль для передачи данных другому процессору, а остальные процессоры вынуждены простаивать в течение относительно медленной передачи. Магистраль, бывшая в 70-80-х годах верхом достижений, в концу 80-х годов стала узким местом, нужно было искать новое решение.
Специалисты, создававшие Fastbus и Futurebus+, в 1988 году объединились под руководством доктора Д.Б.Густавсона для создания системы, способной решить новые задачи. Была начата разработка стандарта, известного сейчас как ANSI/IEEE Std 1596-1992 Scalable Coherent Interface - SCI, в русском переводе - Расширяемый Связный Интерфейс, РСИ. Деятельность многонациональной рабочей группы из 96-ти специалистов поддержали университеты и фирмы разных стран - всего 54 организации. Не реже, чем раз в квартал участники разработки собирались для обсуждения промежуточных результатов и определения дальнейших шагов.
Принцип магистрали общего пользования был отклонен в начале исследований. Решили, что в новой системе процессорные узлы следует соединять индивидуальными связями, причем информация должна передаваться по каналам связи только в одном направлении. Узел получает информацию из входного канала в дешифратор адреса. Если сообщение адресовано данному узлу, оно через дешифратор поступает во входную промежуточную память FIFO с очередью типа "первым вошло и первым вышло" и далее проходит на прикладные схемы узла для обработки, например, микропроцессорами и транспьютерами. Если сообщение адресовано иному узлу, оно через проходную FIFO и переключатель передается в выходной канал к следующему узлу. Если ранее уже началась выдача обработанной информации из выходной FIFO, передача проходящей информации задерживается до окончания выдачи. Можно заметить, что узлы РСИ действуют подобно железнодорожному узлу: если со станции выходит поезд и выходной путь занят, то приходящий поезд направляют на запасной путь для отстоя, если же состав адресован именно этому узлу, то его вагоны сортируют и подают на разгрузочные пути.
Последний из цепочки узлов РСИ соединяется с первым узлом - образуется колечко из нескольких узлов и связей. Наименьшее колечко состоит из двух узлов. Кольцеобразная структура позволяет любому узлу получать подтверждение в приеме своего сообщения. Для этого адресованный узел сразу же после приема сообщения вырабатывает эхо-сообщение и передает его в выходной канал, чтобы оно прошло по колечку к узлу, выдавшему первичное сообщение. Предусмотрены специальные узлы-агенты, имеющие выходы на боковые каналы, для соединения с другими колечками иными устройствами, выполняемыми в других стандартах. При помощи интерфейсных агентов конкретная система может быть расширена добавлением новых колечек с образованием сети произвольной конфигурации. РСИ является открытой системой, все составляющие которой работают в едином логическом протоколе и не требуют чуждых интерфейсов.
Слово "связный" в названии системы означает, что в стандарте предусмотрены логические средства для образования связной группы кэш-памятей, получающих идентичную обновленную информацию. Связность устанавливается программно при помощи кодовуказателей адресов тех узлов, кэши которых должны войти в связную группу. Затем процессор, создавший новую информацию, быстро выполняет ее запись в основную память и в группу кэшей.
Живой человеческий язык оказался недостаточно строгим для точного описания сложных логических связей и алгоритмов их использования в работе узла. Полный логический протокол описан в стандарте не только на английском языке, но и на языке программирования Си в прилагаемой к стандарту дискете. Последнее позволяет моделировать на компьютерах поведение вариантов аппаратурных систем в процессе их разработки. Описание на английском языке служит для учебных целей и интуитивного постижения "духа" системы. Логическую сложность современной многопроцессорной модульной системы может характеризовать объем описания логического протокола - в стандарте РСИ это 200 страниц со 184 рисунками. Конструктивы и электрические характеристики описаны всего лишь на 38 страницах с 26 рисунками. К настоящему времени логический протокол материально воплощен в сверхбольших интегральных схемах, выпускаемых несколькими фирмами в США и Норвегии.
Система РСИ модульная, но не магистральная. Поскольку магистраль общего пользования в ней не потребовалась, из аббревиатуры МММИИУС исчезла одна буква М. Физический облик ММИИУС в стандарте РСИ может быть очень разнообразным: от персональной рабочей станции до суперкомпьютера, содержащего тысячи микропроцессоров и транспьютеров, от одиночного персонального компьютера в комнате до информационной сети протяженностью десятки километров, объединяющей множество компьютеров и измерительно-управляющих устройств. Для компановки аппаратурных систем в стандарте определены каналы связи двух типов. Для передачи сообщений между модулями в стандартизованном каркасе служат 18 параллельных печатных линий на задней плате. Передачи между обособленными узлами выполняются последовательными кодами - по коаксиальному кабелю на расстоянии десятков метров или по оптоволоконному кабелю на километры и более. Скорости передач рекордные: при параллельной передаче 1 Гбайт/сек на частоте 250МГц, при последовательной - 1 Гбит/сек.
Объем полного адреса 64 разряда, причем наиболее значимые 16 разрядов выражают адрес узла в целом, поэтому в аппаратурной системе максимальное число узлов может быть равно 216 = 65536. Остальные 48 адресных разрядов определяют допустимое число адресов в каждом узле - около 280 триллионов. Если в каждом адресе хранить стандартное 64-разрядное слово данных, то максимальный объем информации в узле составит 1,8 триллиона авторских листов по 40000 знаков или 3,8 миллиарда книг "Советского энциклопедического словаря". На практике полный объем памяти не используют, но запас нужен для удобства программирования. Стандартом предусмотрены и малые дешевые системы с 32-разрядным адресом. В 1995 году РСИ стал международным стандартом.
В дополнение к базовому стандарту в США подготовлены подстандарты, рекомендующие оптимальные конфигурации аппаратурных систем, нацеленных на усиление какого-либо параметра: при тысячах микропроцессоров, при низковольтных сигналах и маломощном питании, для передач больших потоков данных, для систем реального времени. В последнем, например, случае задают: объем информации, вводимой в систему, объем ее обработки и время, допускаемое для обработки и выдачи результатов. Определяют: минимальное число процессоров и наилучшую структуру системы, выполняющей поставленную задачу.
Важнейшими из комплектующих деталей являются интерфейсные СБИС, воплощающие логический протокол РСИ. Первую СБИС в арсенид галлиевой технологии выпустила в 1993 году фирма Dolphin Interconnect Solutions, образованная первоначально в Норвегии при университете г. Осло. В настоящее время Dolphin и Fujitsu выпускают чипы с сигналами ЭСЛ, обеспечивающие скорость передач 650 Мбайт/с. Dolphin и LSI Logic продают КМОП-чипы L64601 на скорость 125 Мбайт/с, а фирма Vitesse выпускает лучшие КМОП-чипы с более полным логическим протоколом.
В апреле 1995 года Del Cecchi, сотрудник фирмы IBM Rochester, опубликовал отчет об успешных испытаниях на скорости 1 Гбайт/с входных и выходных частей узла РСИ, исполненных в технологии БИКМОП. В этом документе отмечена реальная возможность выпуска чипов с полным протоколом в КМОП-технологии, обеспечивающих скорость передачи 1 Гбайт/с в соответствии со стандартом РСИ.
Приемопередатчики РСИ выпускают фирмы National и Motorola в стандарте IEEE Std 1596.3 LVDS.
Переключатели РСИ на 4 порта для соединений в кластерах рабочих станций и серверов выпустила компания Dolphin. Фирма MicroUnity готовит к выпуску переключатель на 16 направлений. T.Sheik, Q.Li и D.Gustavson на 5-й конференции Сизл в марте сообщили о переключателе РСИ 6x6 для построения сложных древовидных структур.
Плоские четырехразрядные секционированные разъемы на 168 контактов типа "Metral" выпускает фирма Dupont в соответствии со стандартом EIA IS-64 (1991). Шаг между осями штырьков разъема составляет 2.00 мм.
Аппаратура с логическим протоколом РСИ выполняется как в виде стандартных модулей, так и в других конструктивах, например, в виде интерфейсных печатных плат, подключаемых к системной плате персональных компьютеров.
Первым значительным применением РСИ стало объединение ПК и РС локальной сетью РСИ - под этим флагом начала работать Ассоциация Сизл, как следует из ее полного названия. В ЦЕРН"е (Швейцария) и в институтах США такие сети работают. В физических институтах Европы и США создаются системы сбора и обработки информации, для которых разработаны мосты РСИ-VME, РСИ-Fastbus, РСИ-PCI, РСИ-SBUS. Фирма Siemens Nixdorf подготовила устройства ввода-вывода в стандарте РСИ.
РСИ изменяет облик суперкомпьютеров. Впервые колечки на 16 узлов заработали в компьютерах SPP-1000 "Exemplar", которые фирма Convex выпустила в продажу весной 1994 года. В полной конфигурации компьютера на 128 процессоров четыре колечка параллельно объединяют 16 кластеров, содержащих по 8 процессоров. Суперкомпьютер SPP-1200 с 64-разрядными микропроцессорами 7200 Hewlett-Packard рассчитан на пиковую производительность 30 млрд операций с плавающей запятой в секунду. Каждый кластер имеет свои устройства ввода-вывода. Предусмотрен режим работы системы, при котором все полукластеры могут одновременно выполнять разные независимые задачи или объединяться в более крупные комплексы для выполнения нескольких сложных задач.
В начале этого года в США вступил в строй суперкомпьютер фирмы Cray Research ТЗЕ, выполняющий 1.2 триллиона операций в секунду и содержащим интерфейсы РСИ. Для будущего суперкомпьютера Cray Research подготовила двойное резервированное кольцо коммутируемого ввода-вывода [3] и объявила об использовании РСИ для устройств быстрого ввода-вывода в компьютерах всех четырех серий фирмы. Data General также готовит суперкомпьютер на основе стандартов РСИ.
Оптоволоконный шлейф РСИ с пропускной способностью 1 Гбайт/с создала фирма IBM [2].
Корпорация Synclink, используя РСИ и особенно подстандарт Р1596.7, готовит к выпуску в разных странах аппаратуру мультимедиа с быстрыми памятями большого объема, в частности, цифрового телевидения высокого качества.
Превосходный логический протокол РСИ, обеспечивающий эффективность совместной работы множества микропроцессоров в сети произвольной конфигурации, быстродействие каналов и памятей, а также модульность конструкции, позволяют решить сложнейшую задачу - в реальном времени обработать изображения окружающего пространства и/или местности, доставленные разнообразными датчиками, и быстро найти цели без непосредственного участия человека. Иными словами, появилась реальная возможность построить безэкипажные: корабль, самолет и даже танк, способные самостоятельно находить цели и вести бой. Такая задача, в более узкой формулировке, уже была поставлена в 1984 году в программе агентства Defence Advanced Research Program Agency (DARPA) [4,5]. Была намечена разработка танка без людей, способного передвигаться по пересеченной местности и создавать ее карту, а также аналогичные разработки корабля и самолета. Однако, в то время еще не был придуман эффективный интерфейс.
Не случайно спонсор и член Сизл - коалиция JAST, объединяющая интересы ВМФ, ВВС и морской пехоты США, приняла РСИ в качестве базового стандарта для разработки единой информационно-управляющей системы будущего истребителя 2010 года (на современном истребителе F-22 работают 7 разнотипных интерфейсов). ВМФ США и Канады также готовят использование изделия на базе РСИ.