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[導讀]作者|?OneFlow社區(qū)來源|OneFlow社區(qū)“Gobigorgohome.”是美國人的一句習語,經常會在賽場上聽到,NBA球迷應該很熟悉,翻譯過來就是“要不變強大,要不滾回家”。在1960年初期的計算機行業(yè),IBM正站在這樣一個十字路口。憑借剛發(fā)布不久的能徹底替代穿孔卡片分...

作者 | OneFlow社區(qū)
來源 | OneFlow社區(qū)“Go big or go home. ”是美國人的一句習語,經常會在賽場上聽到,NBA球迷應該很熟悉,翻譯過來就是“要不變強大,要不滾回家”。在1960年初期的計算機行業(yè),IBM正站在這樣一個十字路口。



憑借剛發(fā)布不久的能徹底替代穿孔卡片分析機的1401大型機,IBM本可以在市場上輕松躺賺兩年,但總裁小托馬斯·沃森(Thomas J. Watson Jr.)還不想“躺平”,他從父親手上繼承到這一職位已有四年。




整個行業(yè)發(fā)展正在加速,但IBM卻進入平臺期,增長放緩,公司兩個計算機部門的“內卷”競爭讓產品線變得混雜,而最新產品線的競爭壁壘并不高,這些危機感讓他催促手下的IBM高管通過更大的產品創(chuàng)新來提升營收。




彼時,計算機廠商的產品線互不兼容,客戶要升級到新機器時,很容易改用其他廠商的產品:基本每個產品都有自己的ISA、軟件堆棧、I/O系統和利基市場(分別針對小企業(yè)、大企業(yè)、科研應用)。各種主機需要量身定做操作系統,兼容性、系統升級等操作無從談起,定制化系統所耗費的大量人力、財力甚至會超過主機本身。




很快,經過副總裁文森特·利爾森(T. Vincent Learson)等人來回爭論后,最終敲定他們需要開發(fā)一種系統,以簡化產品線、降低研發(fā)成本,提高競爭力。沃森也希望能盡早淘汰過時的晶體管計算機,要求著手研制由集成電路組成的機器。




但讓所有人始料未及的是,這幾乎是一個讓IBM搭上全部身家性命的抉擇。






在日夜兼程制造新機器的四年里,IBM總計為新機器的研發(fā)投入了50億美元(按購買力計算,相當于今天至少400多億美元),是他們一開始預估費用6.75億美元的7.4倍。其中,45億美元用于建造新設施以及購買和租賃設備,最頭疼的軟件系統花了5億美元,是一開始3000萬美元預算的近17倍,而系統研發(fā)最終耗費了大約5000人年(指5000人工作1年或500人工作10年的工作總量),而此前有介紹過有450萬行代碼的Windows NT系統不過才花了1000人年。




其中,最多時有2000名頂級工程師參與了軟件編寫,最終寫出了百萬級代碼量的操作系統。當然,以現代眼光來看,寫一個類似的軟件似乎已不是什么了不起的事,也根本用不到上千人,但在當時絕對開創(chuàng)了先河。




這個新機器就是IBM System/360,為了制造這一龐然大物,IBM不可避免地走了不少彎路。它讓IBM的開發(fā)資源、運營流程和商業(yè)戰(zhàn)略經歷了一場徹底的洗禮,在技術不穩(wěn)定、執(zhí)行混亂、充滿不確定性的情形下摸著石頭過河,以一種他們自己都未曾想到的創(chuàng)業(yè)方式,踏上了一場前無古人后無來者式的冒險之旅。




幸運的是,IBM的“豪賭”大獲成功。在回憶錄里,小沃森稱這是他一生中所做的“最大、最富冒險的決策和最輝煌的勝利”,這場勝利讓這家企業(yè)蛻變成真正的“藍色巨人”,在整個行業(yè)獨領風騷至少二十年。領導開發(fā)System/360系統設計和工程實施的弗利德利克·布魯克斯(Frederick Brooks)等人也因此獲得了圖靈獎等極高聲譽,其技術創(chuàng)新和影響決定了數十年的計算機歷史進程。它也被視為美國迄今最偉大的三大商業(yè)成就之一,與福特的Model T汽車和波音的首款噴氣式客機707齊名。




“Go big or go home. ”聽起來是道二選一的選擇題,但對勇者而言,選擇往往只有一個:干就完了。IBM奮身一躍,就此掀起計算機史上的一場滔天巨浪。




1


新機器的野心



1960年代初期,計算機的存儲容量與運行速度增加了10倍,有效性能由此提高100倍,但這超出了軟件設計人員的駕馭能力,機器之間互不兼容是普遍現象,軟件技術幾乎止步不前。




當時,IBM共有八款晶體管計算機和一些真空管計算機,還有六款晶體管計算機正在開發(fā)中,但它們的內部結構、處理器、程序設計軟件和外部設備不盡相同,功能和性能也不同,一款計算機對應一個系統,無法擴展或升級。




互不兼容帶來了兩大弊端。一方面,這嚴重制約了計算機廠商的生產力。大部分工程師不得不做沒什么技術含量的重復勞動,比如把一臺磁帶機設計出來后,技術人員必須做同一臺磁帶機與各種機型匹配的大量改造工作。




另一方面,這讓客戶的使用體驗極其糟糕。當客戶想換機器時,不僅需要更換機器本身,還需要更換外部設備,重編程序。尤其當時大部分程序是用匯編語言編寫而成,移植工作量很大,而且即便把程序移植到性能快一倍的機器上,實際速度卻不會增加多少,還需等廠商的技術人員來做專門匹配優(yōu)化??傊M時、費力又費錢。




小沃森得知,IBM的現有產品還能在市場上掙扎兩年,因此必須在兩年內推出高增值的新產品才能在競爭中大幅領先。而在利爾森看來,坐以待斃確實是一種風險,他性格強硬,執(zhí)行力和好勝心極強,在整個職業(yè)生涯都在關注如何將新產品推向市場,所以當決定要做新產品時,他會雷厲風行地將其推行下去。




在公司內部,還面臨著一場部門間的暗斗,由于最新的1401在市場上大受歡迎,一些工程師團隊比較抵觸開發(fā)更龐大的計算機。同時,正在研發(fā)中的機器還有IBM 8000,但剛剛擔任這一團隊工程經理的鮑伯·伊萬斯(Bob O. Evans)認為,8000的設計自始至終都沒有將科學應用和商業(yè)應用結合起來,因此要求暫停該產品的研發(fā),現在應該要做相互兼容的新機器,還提議未來所有系統采用最新的固態(tài)邏輯技術(SLT),使IBM的機器更具競爭力。




但這遭到了領導設計8000系列機器的布魯克斯團隊的反對,他認為,重新研發(fā)新機型意味著至少還要花兩年時間才有結果。好幾個月爭論不休,有一次伊萬斯甚至給布魯克斯打電話,悄悄提到后者要加薪,但后者說了幾句感謝的話后,伊萬斯直截了當地說這事跟他沒關系。




于是,利爾森引入了第三方部門的高級工程師杰瑞·哈達德(Jerrier A. Haddad)分別研究了他們各自的提議,最終哈達德建議采用伊萬斯的方案。在爭論六個月后,8000項目于1961年5月停止研發(fā),這讓布魯克斯團隊感到心碎了一地。




布魯克斯還在為8000項目的失敗耿耿于懷。不過,讓他驚訝的是,伊萬斯隨后主動要求布魯克斯負責制定計劃以開發(fā)兼容的新機器,伊萬斯展現出的胸懷讓他欣然接受了這個任務。兩個工程團隊開始合作,在新機器路線上做出了重大貢獻。




IBM內部逐漸達成一個共識。1961年10月,在小沃森的拍板下,利爾森召集了代表系統編程、研究工程和開發(fā)的特別委員會SPREAD,將他們關到一個旅館,限令在年底前提出一個新產品線研發(fā)總體方案。






經過兩個月的綜合研判,1961年12月28日,一份有長達80頁的文檔《處理機產品―SPREAD工作組的最后報告》誕生了,也就是System/360計算機系統的總體方案。布魯克斯在一次專門會議上解讀了報告的重點內容:




  • 需要一個單一的、兼容的機器系列,涵蓋現有最小內存的機器,例如可能低于1401到功能最強大的7094型機器。事實上,報告對兼容性的范圍表達了質疑。
  • 新機型的目標不應該僅僅是取代1401或7000系列,而是要開辟一個全新的計算機應用領域。當時,這些機型和新產品線之間的兼容性并不被認為是最重要的,因為新機器出現的最初時間表已經被延長了好幾年。
  • System/360必須同時具有商業(yè)和科學應用。這是一個艱巨的雙重任務,因為商業(yè)機器可以接收大量的數據,但卻沒有多少處理能力,而科學機器只能處理相對較少的數據。為了達到這一目的,他們決定新生產線上的每臺機器都將配備不同大小的內存。此外,新機器將提供各種最新技術特性,如“浮點計算”、“可變字長”和“十進制指令集”,以處理科學和商業(yè)任務。
  • 信息輸入和輸出設備以及所有其他外設必須有“標準接口”,以便各種類型和大小的外設連接到主計算機。這也成為新生產線的一個重要特征。


盡管這次報告的反響并不好,但沒有真正的反對意見。當時《報告》估計,System/360操作系統將不得不花費1.25億美元,而當時他們每年的編程支出不過在1000萬美元,所有人都意識到這是一項黑洞式任務,所有資源都可能會被它吸走。




在方案實施和管理機制上,工作組提出了一套詳盡的管理和監(jiān)控機制,確保管理層和部門經理能監(jiān)控項目的各方面進展。




為了讓工程師有充分的創(chuàng)新空間,在設計和工程實施中發(fā)揮他們的聰明才智,方案還將體系結構的定義和實現分開。比如地址格式和數據格式這種事關全局的工作不可輕易更改,而像“微編程”這種來自研究部門的新技術,如果工程師有更好的方法實現同樣功能,可以進行替換。






總之,從“360”這個命名就能看出新機器的野心,IBM要為用戶提供全方位無死角的服務。新機器要同時支持科學計算、商業(yè)應用和信息處理,讓一套程序運行在所有系統上。所有機器都使用標準接口,以此取代市面上的所有計算機,包括IBM現有的“各自為政”的八款機器。




但這畢竟是書面規(guī)劃,在真正實踐中,這個極其宏大的目標充滿各種意想不到的陷阱,讓他們像在一個滿是沼澤地的無人區(qū)行進。




2


摸著石頭過河


在360的方案確定后,IBM管理層任命了這一項目的相關負責人。主管設計工程的總負責人正是29歲的布魯克斯,在這之前,他擔任IBM的Harvest和世界上第一臺流水線計算機STRETCH的體系結構設計師。
布魯克斯負責協調4個小組的工作,其中3個小組都由金·阿姆達爾(Gene Amdahl)領導,IBM的最后一種電子管計算機IBM 709就出自他手,此外,他還擔任過第一臺全晶體管計算機IBM 7030的設計師。
他們就360系統技術問題進行了多次商討,最終決定實現“兼容性”這一全新思路:盡管360系列在型號上會有區(qū)別,但它們都必須能夠用相同的方式處理相同的指令,具有相同的軟件,配置相同的磁盤機、打印機等外設,而且能夠相互連接在一起工作,此外在更換新機器時不用再更換外設。
正式動工后,他們會發(fā)現,360項目的推進遠比他們想象的要艱難,除了解決技術難題,他們還面臨人員協調、資源調動等難題。但開弓已沒有回頭箭。
每一個難題都讓小沃森夜不能寐。在回憶錄里,他提到了兩大風險:首先是要協調來自歐美等地不同的工程團隊,他們同時在研發(fā)六種新計算機和各類外設,但最終要將所有硬件都聯結起來。
為了推進System/360的研發(fā),利爾森采用了一種“摩擦式互動(abrasive interaction)”的管理手法,把小型機團隊的頂尖工程師提拔成為大型機部門中最優(yōu)秀開發(fā)團隊的負責人,迫使IBM內部不同的工程團隊通力合作。
其次,IBM決定自己為這個新系統制造相應的電子部件,這是條燒錢路線。他們必須自己制造集成電路,因為買不到現成的芯片。不過,新建一個集成電路制造廠,對生產環(huán)境要求極為苛刻,成本超過普通廠房的四、 五倍。
更大的挑戰(zhàn)在于編寫可能是一個百萬級代碼的操作系統,沒有工程師參與過這么龐雜的編程重任,而后投入的人力資源更是遠超預判。

就在他們如火如荼研發(fā)360機型時,1963年年底,IBM的舊生產線開始抵擋不住競爭對手的攻勢。為了提早拖住用戶轉向的勢頭,他們必須盡快讓外界知道360產品的存在。1964年4月7日,在老沃森創(chuàng)建IBM的50周年之際,他們分別在美國63個城市和14個國家舉辦了有近萬人參加的新聞發(fā)布會,向全世界昭告IBM System/360的誕生。小沃森稱“這是該公司史上最重要的新產品”。
他們向外界展示了由六臺兼容機器組成的系列System/360 30、40、50、60、62和70,它們的體系結構完全一樣,只是性能上不同,相鄰兩檔機器的計算速度之差別約為3至5倍,最高運算速度可達每秒100萬次。另外,他們還發(fā)布了44種外設,包括磁帶驅動器、磁盤驅動器、打印機等,承諾會提供使一切協同運行所必需的軟件。不過,他們那天抄了一個捷徑,當天展示的設備并非都是真實的,有些展品只是木制的模型。
由于發(fā)布的許多新概念和最新技術,System/360在外界的反響非常熱烈。作為一種多用途產品,System/360多達248個數據傳輸終端可以與計算機進行通信,即使計算機忙于批處理作業(yè)。它不僅能夠處理小型二進制、十進制或浮點計算,還可以處理科學或商業(yè)工作。
最突出的核心功能當然是兼容性。它可以讓龐大的數據中心安裝一臺小型360計算機,然后升級到更龐大的計算機,而無需重寫軟件或更換外設。同時,一旦工程師熟悉了這一新系統,就不必再學習更多新知識來做升級。

IBM還為360項目構建了自己的固態(tài)邏輯技術,密度是當時技術的10 倍,可靠性是100倍。它還制造了從電路到內存、存儲、打印機和屏幕的所有即插即用的組件,處理器和存儲器都安裝在一個名為“主機”的金屬機柜。此外,它還將設計與構建分開,因此可以復制系統。System/360的制造成本也進一步降低,并且易于定制以滿足相對廣泛的客戶場景。
但是,System/360的長征只走了一半,發(fā)布會的成功并不意味著項目已經成功。

3

豪賭50億美元


4月宣布新產品后,IBM進入規(guī)?;a時期,實際上,這是其歷史上最危險的時刻。
發(fā)布會后的一個月,來自全球客戶的360訂單超過100000臺,而同年在英國、西歐、美國和日本安裝的各類計算機總共也就20000多臺。IBM承諾1965年第三季度交付首批小型計算機,1966年第一季度交付大型計算機。
與此同時,360項目的投入不斷加注到讓人咋舌。通過粗略估算,他們將為System/360的研發(fā)投入50億美元,其中研制經費5億,生產設備投資10億,推銷和租賃墊支35億。要知道,美國研制第一顆原子彈的“曼哈頓工程”也才用了20億美元。這筆費用是IBM在1962年營收的兩倍,他們還雇用了7萬多名新員工。
IBM為自己爭取了兩年時間來生產機器,如果不能按時交付就會功虧一簣。
當然,生產問題無可避免。巨大的訂單數量嚴重影響了生產質量,存儲器磁芯的制造難度,再加上不少機器因為電子電路不完整嚴重延誤了交付工期。同時,隨著制造活動在全球展開來,由于小沃森的弟弟Arthur K. Watson管理不足,協調活動和制造機器方面由此衍生出各種問題,他忍痛將弟弟調整到其他部門,但這也傷害了弟弟的自尊,多年以后,小沃森都覺得很是內疚。
軟件問題同樣阻礙了System/360的生產。即便在今天,很多項目的上萬行代碼都是一團糟,更不用說這個百萬級代碼量的操作系統,讓360操作系統一次運行多項任務還要確保高效性并非易事。同時,應用程序和編程支持等也是令人頭疼的頑疾。

漏洞百出的重重壓力之下,1964年10月,IBM宣布產品交付嚴重延誤。
在360系統上,他們新增了1000名工程師來追趕工期,這使得IBM在軟件方面的投入比硬件還多,不過投入更多的工程師參與項目基本于事無補?;?60系統的實踐經驗,布魯克斯在1975年出版的《人月神話》一書中給出了他的見解:生孩子需要經過十月懷胎,不管把這個任務交給幾個女人完成都一樣。
很多人每周工作近100小時,到處都是焦慮的灰暗氣息。一次,當小沃森去視察工作進展時,不認識他的工程師大吼著讓他滾出去,不要影響他們工作,小沃森灰溜溜地離開了。有些經理和工程師由于難以承受諸多壓力而選擇辭職。
好在,他們在五個月內奇跡般地解決了很多問題,產品得以如期交付,盡管新交付的360機器的質量還是有部件短缺、程序bug等諸多缺陷,幾乎每個早期客戶都會遇到一些問題。
IBM的同行也對其新產品線做出了回應。GE、霍尼韋爾、NCR等抱團推出了與對方機器兼容的系統,除了沒有兼容IBM的機器。一些小規(guī)模的公司決定制造與IBM兼容的機器,包括RCA以及歐洲和日本的其他公司。
即便如此,System/360的歷史性創(chuàng)新使它遙遙領先于競爭對手。1966年底,他們建造和安裝了大約8000臺360機器,IBM的收入幾乎翻了一番,達到40億美元左右,稅前凈利潤達到10億美元,而到1970年又幾乎翻了一番,達到70億美元,員工人數從360項目之前的120000人增加到269000人。
到1970年代時,IBM占據了全球大型機市場70%的份額,其中催生出很多現代化應用的初代模型,包括銀行ATM交易系統、航空業(yè)在線票務服務,期間幫助NASA運行了阿波羅太空計劃。在360推出25年后的1989 年,基于其架構及擴展設備的產品收入占據IBM總營收的一半以上,每臺計算機價格超過10萬美元。
50億美元的孤注一擲最終為IBM帶來了巨額回報。

4

劃時代的杰作


IBM System/360的出現無疑是一個劃時代杰作。它讓大型機行業(yè)改頭換面,極大推動了未來計算機行業(yè)的變革——即便他們一開始只是出于提升自身商業(yè)競爭力的目的。
它幫助IBM擊退了市場上各大競爭對手,得以在20世紀80年代前一直穩(wěn)居計算機行業(yè)的主導地位。這背后主要是因為System/360的技術創(chuàng)新推動了市場對計算的整體需求,消除了計算機技術的諸多謎團,使得多工程師在該機器上運行軟件。
值得一提的是,基于VLIW這種顛覆性的單一原創(chuàng)技術去制造新型計算機,System/360的成功更多是組合了當時的諸多新想法和新技術,最終產生了巨大的聚變效應。
他們以市場需求為導向,按近10年技術發(fā)展的預測去實現產品。比如,System/360必須提供的新功能:大內存、遠程通信和處理、交互式模式、多用戶環(huán)境。他們還提出通用性和計算機家族等革命性概念。為了解決這些問題,在技術實現上他們盡量采用最新技術,比如超大主存儲器、固體邏輯技術(混合集成電路)、中斷處理、優(yōu)先級,用微編程實現復雜指令等。
這一切的核心在于OS/360操作系統,這個最終花費了5億美元的系統成為計算機行業(yè)事實上的標準,更為后來的大型軟件研發(fā)留下了寶貴經驗。System/360的代碼量從一百萬行最終增長到了一千萬行。
尤其兼容性思想是一個偉大的觀念革新。它第一次實現了兼容多款機型,在一定程度上解決了用戶在升級計算時遇到的重編程問題。這套新系統提升了新功能的價值,并使IBM能以相對較低的成本生產新機器。在它之后,他們很快就生產出與其兼容的IBM 370,運算速度最快的370/168機型可達到每秒250萬次。
System/360還有其他一系列技術創(chuàng)新。軟件工程的必讀“圣經”《人月神話》第五章“畫蛇添足”中提到了動態(tài)鏈接庫、運行時快照和調試等開創(chuàng)性工作。此外,IBM將其數據格式由當時最流行的6位字節(jié)轉變成了現在所用的8位字節(jié),使System/360滿足各種計算處理的需求。而它所推出的固態(tài)邏輯技術是集成電路的先驅,使得機器比當時的競爭產品更快、體積更小。
當然,System/360的優(yōu)勢后來也成為它的弱點,由于它采用同一種體系結構的計算機家族,所以一旦競爭對手發(fā)現其體系結構的缺陷,就可以打擊IBM的全線產品。但這是另一個故事了。
Vincent Learson, Bob Evans, Frederick Brooks, Erich BIoch, Gene Amdahl
更重要的是,小沃森、利爾森的強大魄力和冒險精神使這一切變成可能,后來參與設計System/360的關鍵人物也獲得了極高榮譽。
作為System/360和相關項目背后的主要驅動力,利爾森隨后接班小沃森成為IBM總裁。憑借在此項目中的杰出貢獻,負責兼容性目標和整個System/360事業(yè)的工作組組長伊萬斯由于升任IBM技術副總裁,并且與工作組成員布魯克斯被并稱為“IBM/360之父”,1985年,他們還與架構經理艾里奇·布洛赫(Erich BIoch)一起獲得了美國國家技術獎。

布魯克斯提出許多現代計算機體系結構新概念,比如“計算機架構”一詞,他還發(fā)現了軟件開發(fā)的“布魯克斯定律”,他曾提出程序中斷系統理念,這啟發(fā)了世界上首個交互式多道程序操作系統的設計,讓用戶在擊鍵時就能看到屏幕顯示,而計算機運行卻不會產生混亂。1999年,他獲得了圖靈獎,以表彰其“對計算機體系結構、操作系統和軟件工程作出了里程碑式的貢獻”。
工作組成員阿姆達爾發(fā)明了計算機體系結構理論中的“阿姆達爾定律”,即并行計算的能力受限于串行指令。他在1969成為IBM Fellow,但在1970年被IBM否決掉開發(fā)巨型機計劃后,他連續(xù)創(chuàng)辦了阿姆達爾公司、三部曲公司、CDS等五家計算機公司。
布洛赫主要負責固態(tài)邏輯技術的研發(fā),為System/360提供卓越的功率、速度和內存,所有這些都成為了計算的基礎。他在IBM工作了32年,期間還開發(fā)了STRETCH超級計算機系統,曾被任命為IBM數據系統部門的副總裁。
System/360之后,再也沒有出現將如此量級的投入押注到一款產品系列的案例。甚至,小沃森制定了一項政策:“永不宣布將超過25%以上的產能專門投入于其中的新技術。”
如今,它所帶來的技術創(chuàng)新和對計算機產業(yè)的影響,至今還在發(fā)揮巨大作用??梢韵胂螅绻麤]有IBM System/360,計算機的大眾化將嚴重滯后,PC信息時代的繁榮也將無從談起。



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