エバンジェリストが語るパワーシステム特論～第１回：IBMオフコンはいかにして生き残れたのか？

エバンジェリストが語るパワーシ
ステム特論

第一回
IBM オフコンはいかにして生き残れたのか ?

日本 IBM 株式会社
　　　　　　　　　　　　　　　　　　安井賢克
http://www.facebook.com/masakatsu.yasui
1 © 2012 IBM Corporation

コンピュータの価値とは？
 システム構築が楽しい
 勉強になる
 周囲で使っている人が多い

 企業のコンピュータの導入目的は何か？
 ビジネスへの貢献
 コスト削減
 新規ビジネス開拓のための武器

価値基準の例～日経コンピュー
タ顧客満足度調査より
 総合満足度
 継続意向度

 製品について  サポートについて
 ハードの性能・機能  導入時の支援
 ハードの信頼性  問い合わせ対応
 ハードの価格  トラブル対応
 運用管理の容易さ  サービスの料金
記事詳細　→　http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20110811/365085/

コンピュータの黎明期
‘40 ‘50

1942 ABC (Atanasoff-Berry Computer) 米
1973 ミネアポリス連邦地方裁判所の判断では世界最初のコンピュータ
1943 Colossus 英
ドイツ軍の暗号解読用
1946 ENIAC (Electronic Numerical
　　　　　　　　　 Integrator and Computer) 米　大砲の弾道計算用
1948 The Baby (Small Scale
　　　　　　　　　 Experimental Machine) 英　初のプログラム内蔵式
1949 EDSAC (Electronic Delay Storage
　　　　　　　　　 Autonomic Calculator) 英　初のノイマン型コンピュータ
ノイマン型コンピュータ：主記憶装置、制御装置、演算装置、入力装置、出力装置により
4 構成され、内蔵したプログラムが処理を制御する方式のコンピュータ © 2012 IBM Corporation

コンピュータのトレンド
1952 年 IBM 701 • 統合型コンピューティング
1964 年 S/360 　　初期コスト + TCO重視
　　インターネットの浸透
集中型 1969年S/3
1978年 S/38
　　　　- コンピューティングの集中化　
　　　　- 地域・時間帯を超えたビジネス
1988年　AS/400
‘50 ‘60 ‘70 ‘80 ‘90 2000

1969 年 Unix
1990 年代　PC サーバー • 仮想化の浸透
分散型 • 分散型コンピューティング　　論理サーバー台数増加
　　初期コスト重視　　物理サーバー伸び率鈍化
　　LAN の浸透　　クラウド・コンピューティング
5 　　『オープン・システム』 © 2012 IBM Corporation

汎用機の広がり～1
 System 360 ～アーキテクチャーの確立
 1964年にIBMが開発した汎用機
 1 バイト = 8 ビット、1 ワード = 32 ビットと定義
 EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal
Interchange Code) の採用
 BCD コード採用の周辺機器との互換性を重視
 マイクロ・プログラム方式の商用化
 小型～大型モデルまで同じ命令セットが動作
 プロセッサーの違いをマイクロコードで吸収
 バイト・アドレス方式
 セグメントとページングによるメモリ管理
 浮動小数点表記の標準化

汎用機の広がり～2
 System 370 ～ System 360 の拡張
 1971年にIBMより出荷開始
 仮想記憶のサポート
 System 360 に対する上位互換性を実現
 Virtual Machine (VM) のサポート
 実計算機 (Real Machine) のハードウェア資源を、時分
割 (Time Sharing) により割り当てて複数 VM を構成
 デュアル・プロセッサー対応
 128 ビット浮動小数点演算


Unixの誕生
 1969年にベル研究所がPDP-7 (DEC製16
ビット・ミニコンピュータ)用に開発
 アセンブリ言語使用
 1971年にPDP-11/20に移植し、マルチ・
ユーザー対応を実現
 1973年にC言語に移植
 他システムへの広がり
 メディアのコピー代だけでソースコードが配布
8
された
© 2012 IBM Corporation

Unixの広がり
 1977年にBSD (Berkeley Software
Distribution) 誕生
 UCB (University of California, Berkelay) にて
開発・配布された32ビット版Unix
 TCP/IPプロトコルの標準搭載
 米国防総省 DARPA (Defense Advanced Research
Projects Agency) の受託プロジェクト
 冷戦の影響
 軍事攻撃を受けても維持できる通信網の研究
 ARPANET（インターネットの前進）
 仮想記憶、ジョブ制御、vi （テキスト・エディター）
9 の追加 © 2012 IBM Corporation

10
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Arpnet-map-march-1977.png © 2012 IBM Corporation

Unixの現在
 2つの系統が存在（厳密な区分けではな
い）
 BSD系 SunOS, Solaris (SUN), FreeBSD, , ,
 AT&T系 HP-UX (HP), AIX (IBM), , ,
 公式定義
 The Open Groupにより、Unix定義 (Single
Unix Specification) を満たすと認証されたOS
 Unix 95 / 98 / 03
 Linux は認証を受けていない
 Linux Standard Base により定義される

マイクロ・プロセッサーの誕生
 1971年インテル社より4ビット・マイクロ・プ
ロセッサー4004を発表
 日本のビジコン社プログラム電卓用の心臓部
として開発
 専用LSIよりも、汎用LSI+プログラムにより製
品開発の柔軟性を追及
 動作周波数 741KHz、搭載トランジスター数
2,300個、回路の線幅10ミクロン
 4ビットにより、0～9、小数点、+- 符号を表現

8ビット・プロセッサーの広がり
 1974年インテル社より8080登場
 動作周波数 2MHz、搭載トランジスター数
4,500個、回路の線幅6ミクロン
 1974年モトローラ社6800
 PDP-11を参考に設計された
 1976年ザイログ社Z80
 動作周波数 2.5MHz、搭載トランジスター数
8,200個、8080に対してバイナリ互換を実現
 8ビット・プロセッサーで最大シェア

16ビットへの進化におけるメー
カー戦略の違い
 8ビット・プロセッサーに対する互換性重視
 インテル 8080 → 8086 (1978)
 8ビット・アプリケーションが稼動
 16ビットから32ビット化でも同様に互換性重視
 80286 → 80386
 互換性よりも使いやすさ重視
 ザイログ Z80 → Z8000 (1979)
 モトローラ 6809 → 68000 (1979)


64ビット化の課題
 インテルの当初の戦略：32ビット Xeon
(IA-32, x86)を 64ビット Itanium (IA-64)
で置き換える
 32ビット・アプリケーションをコンパイルし直す
必要がある (x86非互換)
 EPIC (Explicit Parallel Instruction
Computing)
 専用コンパイラにより、命令実行の並列化を実現
 CICS / RISC プロセッサーでは命令実行中に並列
化を実現

プロセッサー性能向上
 CISC (Complex Instruction Set Computer) の発想
 アプリケーション要件の高度化に伴って、高機能
命令セットを拡充
 制御回路が複雑になり、クロックの高速化が困難
 RISC (Reduced Instruction Set Computer) の発想
 命令セットを単純にする並列処理化、大容量
キャッシュ、多数のレジスタを搭載してRR（レジス
タ間）演算を主体にサポート
 クロック高速化が容易

EPIC への発展
Explicit Parallel Instruction Computing

 RISCの発展形
 命令処理の並列度を高める
 プロセッサー稼動中の並列化に限界
 コンパイル時に予め並列処理を定義する
 性能を引き出すためには、リコンパイルが必要
 市場の要件に合致しているか?
【参考情報】　　Ｉｔａｎｉｕｍファミリはなぜ速いのか？
　　(1)
http://itpro.nikkeibp.co.jp/members/ITPro/ITTOMORROW/20030716/1/
　　(2)
http://itpro.nikkeibp.co.jp/members/ITPro/ITTOMORROW/20030724/1/
17 　　(3) © 2012 IBM Corporation

AMD Opteron の躍進
 x86 互換
 Sun、HP、IBM、DELLという４大サーバメー
カが採用
 Windowsが対応を発表
 インテルは EM64T (Extended Memory
64 Technology) で後追い


1969 年 System/3（Automated
Unit-Record Machine）発表
 1950 年代に使用されていた、96 カラムのパンチ
カードを処理するマシンが原型
 中小ビジネスに特化することを狙いとした
 S/360 ではカバーできない領域
 プログラマー不要システム
 長年 RPG（Report Program Generator）は「本当の」プロ
グラム言語ではないとされた
 競合を避けるため、価格は S/360 最下位モデル以
下になるよう設定された
 後続システム
19
 S/32（1975年）、S/34（1977年）、S/36（1983年） © 2012 IBM Corporation

先進的なコンピュータ（後の
S/38）の開発
 IBM Rochester は、1975 年の発表を目指し
て、1970 年に新プロジェクトを開始
 新システムの狙い
 お客様のアプリケーション資産を保護できる事
 将来のテクノロジーの変化を乗り越えられる長寿命
 TIMI と単一レベル記憶が構想として盛り込まれて
いた
 ハードウェアに依存しない、柔軟性の高いインター
フェースが必要とされた
 DB アクセスのように、アプリケーション以外の機能のサ
ポートもできる必要があった
 不況のため要員確保ができず進捗が遅れた

1970年代のIBM
 S/360 や後継の S/370 による、大手のお客様向けビ
ジネスが中心にあった
 S/3 の発表により、中小以下のお客様向けビジネス
の開拓が始まった
 1969 年に GSD（General Systems Division）設立
 開発・製造のみならず、マーケティングやサービスまでをカバーした
 IBM 内にありながら独立した会社のように振舞った
 大手のお客様の部門システムとしても採用された
 1969 年 1 月 17 日に反トラスト法（独占禁止法）によ
り、会社を分割するよう司法省から提訴された

IBM i プロセッサーの歴史
1990 1995 2000 02 04 06 07 10
科学技術計算を主な用途として開発 45 nm
浮動小数点演算パフォーマンスを重視 4.25 GHz
POWER POWER2 POWER3 POWER7

1986 180 nm
IBM, Apple, Motorola
1.3 GHz
ROMP 32 ビット版・64 ビット版を開発
(PC-RT)
PowerPC POWER4 130 nm
最初のRISC搭載マシ
64ビット RISC（PowerPC 1.65 GHz
ン
AS）
48ビットCISC POWER5
90 nm
Muskie Apache Pulsar 2.3 GHz
商業計算向けにチューニング 154MHz 125MHz 450MHz
POWER5+
命令セットの拡張 S-Star
 同時使用ユーザーが多い
600MHz 65 nm
 ＯＳ提供のサービスを多用する
 ポインターによるデータ・アクセスが
Cobra Northstar I-Star 5 GHz
多いため、整数演算を多用する 50-77MHz 262MHz 540MHz
 浮動小数点演算はあまり使われない
POWER6
 ループ以外の分岐命令が多い RS/6000でも採用
 ディスク全体にデータが散在している


Global Technology Outlook
～創業者達の先見（?）の明
 I think there is a world market for maybe five computers.
 Thomas Watson, chairman of IBM, 1943
 There is no reason anyone would want a computer in
their home.
 Ken Olson, president, chairman and founder of Digital Equipment
Corp.,1977
 640K ought to be enough for anybody.
 Bill Gates, chairman and founder of Microsoft, 1981
 I predict the Internet will soon go spectacularly
supernova and, in 1996, catastrophically collapse.
 Bob Metcalfe, co-inventor of Ethernet and founder of 3Com
Corporation, 1995
24 Supernova （超新星）; 恒星が燃え尽きるとき、最後に大爆発をする現象
© 2012 IBM Corporation

PCにおけるアプリケーション稼
動の仕組み
 コンパイルによって、プロセッサー命令セッ
トを生成する
ソース・
プログラム
稼動する？

実行コード


ハードウェア・マシンの限界
 プロセッサーの互換性が失われると、実行
コードは稼動しなくなる
 プロセッサーに互換性が保たれたとしても
、新しいテクノロジーの恩恵を受けることは
できない
 32ビット・プロセッサーにおける、16ビット互換
モード　など
 メモリにおけるアドレス境界の差異により、か
えって負荷がかかる場合がある

ハイレベル・マシン・インター
フェース（TIMI）

OS, アプリケーションなど

TIMI 仮想マシン
Technology Independent Machine Interface

SLIC プロセッサーと仮想マシンと
マイクロコードに匹敵の間の緩衝域として機能

ハードウェア


TIMI の狙い
 アプリケーションを、ハードウェア・テクノロ
ジー（プロセッサー）から独立させる
 テクノロジーの変化は、アプリケーションに
影響を及ぼさない
 世代を超えたアプリケーション資産の継承
が実現できる
 長期的にはコスト削減に大きく寄与する


ソフトウェア・マシンにおけるプロ
グラム生成と実行
ソース・
プログラム
外部からは見えない
（カプセル化されている）

TIMI プログラムハードウェア依存
テンプレート実行コード

SLIC トランスレータ組み込み実行

ハードウェア

新しいハードウェア上でのプログ
ラム実行 (1)
 実行コードは有効ではないことが判明

テンプレート旧実行コード

SLIC
Ｘ
実行不可

テクノロジーの刷新
ハードウェア

ラム実行 (2)
 トランスレータが自動的に起動され、
新実行コードを生成する
テンプレート旧実行コード

トランスレータ
SLIC

ハードウェア

ラム実行 (3)
 新実行コードを組み込んでから、プロ
グラムを実行
テンプレート新実行コード

組み込み実行
SLIC

ハードウェア

プロセス切り替えにおける負荷
 各プロセスにはそれぞれプライベートなメ
モリ空間が割り当てられる
 メモリ・アドレスはそれぞれ独
立している
 プロセス切り替えは使用するメ
プロセス毎のモリー空間の切り替えを伴う
メモリ空間  共用メモリがないので、プロセ
ス間通信に負荷がかかる
 一般に1,000～1,200ステップ
のプログラムが必要

単一化されたメモリ空間によるプ
ロセス切り替えの高速化
 メモリ空間を単一化することで、プログラ
ム・コール並みの負荷に抑える
 メモリー空間の独立性は
低い
プロセス毎の  プロセス切り替えの高速
メモリ空間
化が期待できる
 メモリー共用が可能なの
で、プロセス間通信の負
荷が小さい
 二倍の性能を実測

単一レベル記憶
 仮想マシンよりも上位層では、ディスク空間を仮想化し
て、全体をメモリとして扱うポインター B
ポインター A
仮想アドレス空間
 OSは各オブジェクト
の名前を扱う
 仮想マシンは各オブ 264バイト
ジェクトへのポイン
仮想マシン
ターを扱う
 ポインター長は128
ビット　現在は64ビッ
トのみ使用
4KBページ：プロセス A 空間
35
：プロセス B 空間 © 2012 IBM Corporation

ポインター保護
 全てのユーザーが同一のメモリ空間内にある
 ポインターの不正な変更は、データ漏洩・改ざん
につながる可能性がある
 ポインター毎に、タグビットを設定
 タグビットが0ならば、不正アクセス
 OSより上位層でのポインター変更が発生すると、
タグビットは常に0にセットされる
 マイクロコードだけがポインターを生成・変更でき
、その場合タグビットは常に1にセットされる

よくある「レガシー・システム」に
対する印象
 アプリケーションの見栄えが悪い
 エミュレータ搭載 PC が必要になり、クライアント
の管理に手間がかかる
 ベンダー独自テクノロジーに依存しており将来が
不安
 製品価格決定権がベンダーに握られているため
、不当に高いコストを強いられる恐れがある
 技術者確保が困難になりそうである


「レガシー・システム」に対する冷
静な観察
 アプリケーションの実績があり安定している
 別のテクノロジーに移行するリスクが不透明
 テクノロジーがビジネスを規定するという発想が
そもそも妥当なのか
 例えば、Windows はオープンであると言えるか
 業務を知る JAVA 技術者は必ずしも多くはない


2010年
2008年 POWER7
AS/400 から Power Systems へ IBM i 宣言
2008年
Power Systems
アプリケーション資産を継
2007年新ブランド登場
承しながら年率平均 69.0%
POWER6
で成長 2006年
System i5
 CPU能力 102,826 倍 2 倍）
ムーアの法則（18～24 ヶ月で処理能力 2005年 Systems Agenda
が示唆する年率 41～59% の成長率を凌ぐイノベーション宣言
2004年
2004年 eServer i5
2001年 2002年搭載 POWER5 仮想化エンジン搭載
POWER4 POWER4
2000年
2000年 eServer iSeries
業界初の SOI テクノロジー eビジネス・オンデマンド対応

1995年 1997年
48 ビット CISC から AS/400e シリーズ
64 ビット RISC へインターネットをサポート

1994年
AS/400 アドバンスト・シリーズ
クライアント・サーバー機アーキテクチャーは S/38 （1979 年）から
 TIMI による仮想マシンの実現
1988年
AS/400
 単一レベル記憶によるディスク・パフォーマンスの
オフコンとして登場最適化と管理の手間削減
39  オブジェクト指向によるセキュリティー © 2012 IBM Corporation

日本における「オフコン」
 高く評価されたメリット
 業務用途に的を絞りながら、必要機能一式を装備した
使い勝手の良さ、アプリケーション開発生産性の高さ
をメリットに多くのお客様に導入いただいた
 敬遠された理由
 ベンダー固有技術に囲い込まれる懸念
 「オープン」の時代にそぐわなくなった
 現在 IBM i を除いたほとんどの旧オフコンは市
場から撤退しつつある


AS/400 とその後継機の成長
 テクノロジーの変化を乗り越えられる柔軟性
を備えていた（仮想マシンとしての TIMI）
 アプリケーション資産が保護される
 新機能を柔軟に実装できる
 旧来のアーキテクチャーを前提に、最新テ
クノロジーを実装する事で成長を続けてきた
 TIMI 上に実装された JVM
 SLS 上の AIX アプリケーション実行空間
（PASE）を活かした OSS ・・・など

IBM i のお客様にとっての選択肢
 IBM i のレガシー環境に留まり続ける
 システム資産は保護される
 トレンドに乗って、IBM i からオープン系シ
ステムに移行する
 システム資産は破棄される
 レガシーな資産を活かしながら、オープン
なテクノロジーとの融合を図る


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