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리스프 머신

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목차

1. 개요

리스프 머신은 1960년대와 1970년대 인공지능 연구의 성능 요구를 충족하기 위해 특별히 설계된 컴퓨터로, Lisp 언어의 의미론에 맞춰 하드웨어적으로 Lisp 연산을 지원했다. MIT에서 시작된 이 프로젝트는 심볼릭스, LMI, 텍사스 인스트루먼츠(TI) 등 여러 회사에서 상업화되었지만, 1980년대 후반 '인공지능의 겨울'과 마이크로컴퓨터의 발전으로 인해 쇠퇴했다. Lisp 머신은 Lisp 언어에 최적화된 하드웨어와 운영 체제를 갖추고, 가상 메모리 및 가비지 컬렉션 등의 기능을 제공했으며, 인공지능, 컴퓨터 그래픽스, 의료 영상 처리 등 다양한 분야에서 활용되었다. 현재는 오픈 소스 에뮬레이터를 통해 그 유산을 엿볼 수 있다.

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리스프 머신
지도
기본 정보
종류컴퓨터
특징리스프 실행에 특화
개발 시기1970년대 초 ~ 1980년대 후반
기술적 특징
하드웨어마이크로프로세서 기반, 비트맵 디스플레이, 마우스 입력 장치
소프트웨어리스프 머신 리스프 운영체제, 가비지 컬렉션 내장
네트워크카오스넷(CHAOSNet) 프로토콜 지원
역사
개발 배경인공지능 연구 및 개발을 위한 환경 필요성 증가
주요 개발자MIT 인공지능 연구소
주요 회사심볼릭스
Lisp Machines Inc.
텍사스 인스트루먼츠
몰락 원인마이크로프로세서 기술 발전으로 인한 범용 컴퓨터 성능 향상
인공지능 연구 및 개발 분야의 변화
활용 분야
사용 분야인공지능
전문가 시스템
컴퓨터 그래픽스
컴퓨터 지원 설계
자동화
애니메이션
기타
주요 제품심볼릭스 3600
심볼릭스 룬
텍사스 인스트루먼츠 익스플로러
영향GUI 환경 개발에 큰 영향
객체 지향 프로그래밍 및 인공지능 분야 발전에 기여

2. 역사

1960년대와 1970년대, 인공 지능(AI) 프로그램은 당시 컴퓨터 성능으로는 감당하기 어려울 정도로 많은 프로세서 시간과 메모리 공간을 필요로 했다. 상업용 하드웨어는 어셈블리어나 포트란 같은 프로그래밍 언어에 최적화되어 있었기 때문에, AI 연구에 주로 사용되던 Lisp 기호 프로그래밍 언어는 성능 문제를 더욱 악화시켰다. 초기에는 컴퓨터 하드웨어 비용이 높아 여러 사용자가 공유해야 했다. 그러나 집적 회로 기술의 발전으로 컴퓨터 크기와 비용이 줄어들고, AI 프로그램의 메모리 요구량이 디지털 장비사(DEC) PDP-10의 주소 공간을 초과하기 시작하면서, 연구자들은 새로운 접근 방식을 모색했다. 이들은 대규모 AI 프로그램을 개발하고 실행하기 위해 특별히 설계되고 Lisp 언어에 맞춰 조정된 컴퓨터, 즉 Lisp 머신을 고안했다. 운영 체제를 단순하게 유지하기 위해 이러한 기계는 단일 사용자에게 전용될 예정이었다.

1973년 MIT AI 연구소의 리처드 그린블랫과 톰 나이트는 MIT Lisp 머신 프로젝트를 시작했다.[43] 이들은 기본적인 Lisp 연산을 하드웨어에서 직접 실행하고, 24비트 태그 아키텍처를 채택하며, 증분식 가비지 컬렉션을 사용하는 컴퓨터를 구축하고자 했다.[43] Lisp 변수는 실행 시점에 형식이 지정되므로 일반적인 하드웨어에서는 두 변수의 덧셈에 5배의 시간이 걸릴 수 있었다. Lisp 머신은 형식 검사를 덧셈과 병렬로 수행하여 속도를 향상시켰다. 이러한 검사 병렬 수행 기법은 배열 경계 검사와 같은 메모리 관리에도 사용되었다.

심볼릭스 3600 시리즈에서는 32비트 워드를 36비트로 확장하여 형식 검사를 더욱 강화했다.[3][43] 이는 나중에 40비트 워드 이상으로 확장되었다.[43] 추가 비트는 데이터 형식을 저장하고(태그 아키텍처), CDR 코딩(리스트에 필요한 메모리를 약 절반으로 줄이는 방식) 구현 및 가비지 컬렉션에 사용되었다.[43] 또한, 두 개의 마이크로코드 명령어가 Lisp 함수 호출을 지원하여 함수 호출당 비용을 20클럭 사이클로 줄였다.[43]

최초의 머신은 CONS(cons에서 이름을 따옴)라고 불렸으며, "나이트 머신"이라고도 불렸다. 이후 개선된 CADR(CAR + CDR에서 유래) 버전이 완성되었다. 약 25대의 CADR 머신이 MIT 내외로 50000USD에 판매되었다. 해커들 사이에서 인기를 얻었고, 이맥스 등 다양한 도구들이 이식되었다. 1978년 MIT에서 개최된 AI 컨퍼런스에서 호평을 받아 DARPA가 개발 자금을 지원하기 시작했다.[43]

1979년, 러셀 노프츠커는 Lisp 머신의 상업적 성공을 확신하고 그린블랫에게 기술 상용화를 제안했다. 그린블랫은 AI 연구소의 자유로운 분위기를 유지하며 회사를 운영할 수 있다는 희망으로 동의했지만, 노프츠커와 목표가 달랐다. 결국, 회사의 운명은 해커들의 선택에 달려있었고, 해커들은 노프츠커의 회사가 Lisp 머신을 상용화하고 생존시킬 가능성이 더 크다고 판단하여 노프츠커를 선택했다.

노프츠커의 회사인 심볼릭스(Symbolics)는 서서히 시작되었지만, 그린블랫은 컨트롤 데이터 코퍼레이션(CDC)의 컨설턴트인 알렉산더 제이콥슨의 도움으로 경쟁사인 LMI(Lisp Machine, Inc.)를 설립했다. 심볼릭스는 AI 연구소 해커들 대부분을 고용하며 유리한 위치를 점했지만, 리처드 스톨만은 심볼릭스가 해커 커뮤니티를 쇠퇴시켰다고 비난하며 2년 동안 심볼릭스의 결과물을 복제하여 독점을 막으려고 노력했다.[4]

1980년/1981년, 심볼릭스는 CADR을 LM-2로, LMI는 LMI-CADR을 판매하기 시작했다. 심볼릭스는 LM-2를 약 100대 생산했다. 두 회사는 2세대 제품으로 심볼릭스 3600과 LMI 람다(LMI-LAMDA)를 개발했다. 3600은 머신 단어를 36비트로 확장하고 주소 공간을 28비트로 확장했으며,[5] CADR의 마이크로코드로 구현된 기능을 하드웨어로 가속화했다. LMI 람다는 CADR과 호환되었지만 하드웨어 차이가 있었다. 텍사스 인스트루먼츠(TI)는 LMI 람다의 라이선스를 받아 TI 익스플로러(TI Explorer)를 생산했다. 일부 LMI 람다와 TI 익스플로러는 Lisp 프로세서와 유닉스(Unix) 프로세서를 모두 갖춘 이중 시스템이었다. TI는 또한 TI 익스플로러용 Lisp CPU의 32비트 마이크로프로세서 버전을 개발하여 Apple 맥킨토시 II(Macintosh II)용 NuBus 보드인 마이크로익스플로러에 사용했다.

심볼릭스는 3600 계열과 운영 체제인 제네라를 계속 개발하고, 심볼릭스 아키텍처의 초고밀도 집적회로(VLSI) 구현인 아이보리(Ivory)를 생산했다. 1987년부터 아이보리 프로세서를 기반으로 한 여러 머신이 개발되었다. LMI는 CADR 아키텍처를 버리고 자체 K-머신을 개발했지만,[6] 시장에 출시되기 전에 파산했다. LMI는 파산하기 전에 모비 공간(Moby space)을 사용하는 람다용 분산 시스템을 개발하고 있었다.[7]

이 머신들은 데이터 유형 테스트, CDR 코딩(CDR coding), 증분 가비지 컬렉션 등 다양한 기본 Lisp 연산에 대한 하드웨어 지원을 갖추고 있어 대규모 Lisp 프로그램을 매우 효율적으로 실행했다. 심볼릭스 머신은 상업용 슈퍼 미니컴퓨터(minicomputer)와 경쟁력이 있었지만, 기존 용도에는 적용되지 않았고, 일부 비 AI 시장(컴퓨터 그래픽스(computer graphics), 모델링, 애니메이션)에 판매되었다.

MIT에서 파생된 Lisp 머신은 MIT의 맥리스프(MacLisp)에서 파생된 Lisp Machine Lisp영어를 실행했다. 운영 체제는 객체 지향 확장을 사용하여 Lisp으로 작성되었다. 나중에 이러한 Lisp 머신은 다양한 버전의 일반 Lisp(Common Lisp)도 지원했다.

인공지능의 겨울이 시작되고 마이크로컴퓨터 혁명 초기 단계에 접어들면서, 저렴한 데스크톱 PC는 특수 목적 하드웨어를 사용하지 않고도 Lisp 머신보다 더 빠르게 Lisp 프로그램을 실행할 수 있게 되었다. 높은 이윤율을 자랑하던 하드웨어 사업이 사라지면서 대부분의 Lisp 머신 제조업체들은 1990년대 초에 문을 닫았고, 루시드(Lucid Inc.)와 같이 소프트웨어 기반 회사나 충격을 피하기 위해 소프트웨어 및 서비스로 전환한 하드웨어 제조업체들만 남았다.[27][28]

RISC 워크스테이션의 성능 대비 가격 향상으로 LISP 머신의 우위는 사라졌고, 미니컴퓨터 등과 함께 고급 언어에 치우친 아키텍처는 기본적으로 "옛 유물"로 간주되었다. 워크스테이션 이후에는 개인용 컴퓨터가 등장했고, 워크스테이션 제조업체들도 도태되었다. 현재는 일반적인 데스크톱 PC가 특별한 하드웨어 없이 LISP 머신보다 훨씬 빠르게 LISP를 실행할 수 있게 되었다.

1990년대 초, LISP 머신을 제조하던 기업들은 더 이상 사업을 유지할 수 없게 되었다. 제록스를 제외하고 심볼릭스(Symbolics)가 유일하게 남아 LISP 머신 환경 오픈 제네라(Open Genera)와 수식 처리 시스템 맥시마(Macsyma)를 판매하고 있다.

한국에서는 1980년대 중반, 통합 추론 머신(IIM)이 인퍼스타(Inferstar)라는 이름의 Lisp 머신 프로토타입을 제작했다.[11]

일본에서는 1979년에 완성된 고베 대학의 TAKITAC-7(FAST LISP)[55]을 비롯하여, 이화학연구소의 FLATS,[56] 오사카 대학의 EVLIS[57] 등이 시제품으로 제작되었다. 후지쓰의 FACOM α(메인프레임의 백엔드로 작동, 1984년 발표)[58], NTT 전기통신연구소의 ELIS(TAO/ELIS)[59][60][61], 도시바의 AI 프로세서(AIP)[62], NEC의 LIME[63]처럼 Lisp 머신 시장에 진출하려는 시도도 있었다.

정보처리학회 컴퓨터 박물관 사이트의 "고베대 Lisp 머신" 설명[64] 마지막에 "TAKITAC-7의 아키텍처는 후의 FACOM-α와 NTT의 ELIS가 계승했다."라고 되어 있지만, 모두 그대로 계승한 것은 아니다. FACOM α는 동사의 메인프레임 또는 미니컴의 백엔드로 작동하는 것이다. 또한 ELIS에 대해서는 관계자가 집필한 기사에 따르면, 설계자는 (고베대 Lisp 머신을) 32비트로 한 것뿐이라고 말하기도 하지만, VLSI 칩으로 하는 것을 전제로 그것에 적합한 아키텍처로 설계되어 있으며[65], 그러한 점에서는 독자성이 강하다.

2. 1. 배경

1960년대와 1970년대의 인공 지능(AI) 컴퓨터 프로그램들은 당시 프로세서 시간과 메모리 공간으로 측정했을 때 엄청난 양의 컴퓨터 성능을 필요로 했다. 상업용 하드웨어가 어셈블리어 및 포트란과 같은 프로그래밍 언어에 맞춰 설계 및 최적화되었을 때, Lisp 기호 프로그래밍 언어는 AI 연구의 성능 요구 사항을 더욱 악화시켰다. 처음에는 이러한 컴퓨터 하드웨어의 비용 때문에 많은 사용자들이 공유해야 했다. 1960년대와 1970년대 초반에 집적 회로 기술이 컴퓨터의 크기와 비용을 줄이고 AI 프로그램의 메모리 요구량이 가장 일반적인 연구용 컴퓨터인 디지털 장비사(DEC) PDP-10의 주소 공간을 초과하기 시작하면서, 연구자들은 새로운 접근 방식을 고려했다. 바로 대규모 인공 지능 프로그램을 개발하고 실행하도록 특별히 설계되고 Lisp 언어의 의미론에 맞춰 조정된 컴퓨터였다. 운영 체제를 (비교적) 단순하게 유지하기 위해 이러한 기계는 공유되지 않고 단일 사용자에게 전용될 것이었다.

2. 2. 초기 개발

1973년 MIT AI 연구소의 프로그래머인 리처드 그린블랫과 톰 나이트는 MIT Lisp 머신 프로젝트를 시작했다.[43] 이 프로젝트는 기본적인 Lisp 연산을 하드웨어에서 직접 실행하는 컴퓨터를 구축하는 것을 목표로 했으며, 24비트 태그 아키텍처를 채택했다. 또한 이 머신은 증분식 가비지 컬렉션을 사용했다.[43] Lisp 변수는 컴파일 시점이 아닌 실행 시점에 형식이 지정되므로, 일반적인 하드웨어에서는 두 변수의 덧셈에 5배의 시간이 걸릴 수 있었다(형식 검사 및 형식별 분기 때문). Lisp 머신은 형식 검사를 덧셈과 동시에 병렬로 수행했다. 형식 검사에 실패하면 병렬로 수행하던 덧셈 결과를 버리고 다시 계산했다. 따라서 대부분의 경우 속도가 향상되었다. 이러한 검사 병렬 수행 기법은 배열 경계 검사와 같은 메모리 관리에도 사용되었다.

심볼릭스 3600 시리즈에서는 32비트 워드를 36비트로 확장하여 형식 검사를 더욱 강화 및 자동화했다.[3][43] 이는 나중에 40비트 워드 이상으로 확장되었다(형식 검사와 관련 없는 경우, 여분의 비트는 오류 검출 및 정정에 사용되었다).[43] 추가 비트의 일부는 데이터 형식을 저장하는 데 사용되었고(태그 아키텍처), 다른 부분은 CDR 코딩(리스트에 필요한 메모리를 약 절반으로 줄이는 방식) 구현 및 가비지 컬렉션에 사용되었다.[43] 추가적인 개선으로, 두 개의 마이크로코드 명령어가 Lisp 함수 호출을 지원하여(일부 심볼릭스 구현에서) 함수 호출당 비용을 20클럭 사이클로 줄였다.[43]

최초의 머신은 CONS(Lisp의 리스트 생성 연산자 `cons`에서 이름을 따옴)라고 불렸다. CONS는 톰 나이트가 석사 논문 주제로 삼았기 때문에 "나이트 머신"이라고도 불렸다. 이후, 개선된 CADR(Lisp의 `cadr` 함수 = CAR + CDR에서 유래) 버전이 완성되었다. 아키텍처는 기본적으로 동일했다. 25대의 CADR 머신이 MIT 내외로 약 50000USD에 판매되었다. 해커들 사이에서 인기를 얻었고, 이맥스 등 다양한 도구들이 이식되었다(예: 1975년에 ITS에서 이식). 1978년 MIT에서 개최된 AI 컨퍼런스에서 호평을 받아, DARPA가 개발 자금을 지원하기 시작했다.[43]

2. 3. 상업화

1979년, 러셀 노프츠커는 Lisp 머신이 상업적으로 큰 성공을 거둘 것이라고 확신하고 그린블랫에게 기술 상용화를 제안했다. 그린블랫은 AI 연구소의 자유로운 분위기를 유지하며 회사를 운영할 수 있다는 희망으로 동의했지만, 노프츠커와 목표가 달랐다. 결국, 회사의 운명은 해커들의 선택에 달려있었고, 해커들은 벤처 캐피털 지원을 받는 노프츠커의 회사가 Lisp 머신을 상용화하고 생존시킬 가능성이 더 크다고 판단하여 노프츠커를 선택했다.

노프츠커의 회사인 심볼릭스(Symbolics)는 서서히 시작되었지만, 그린블랫은 컨트롤 데이터 코퍼레이션(CDC)의 컨설턴트인 알렉산더 제이콥슨의 도움으로 경쟁사인 LMI(Lisp Machine, Inc.)를 설립했다. 심볼릭스는 AI 연구소 해커들 대부분을 고용하며 유리한 위치를 점했지만, 리처드 스톨만은 심볼릭스가 해커 커뮤니티를 쇠퇴시켰다고 비난하며 2년 동안 심볼릭스의 결과물을 복제하여 독점을 막으려고 노력했다.[4]

1980년/1981년, 심볼릭스는 CADR을 LM-2로 판매하기 시작했고, LMI는 LMI-CADR을 판매했다. 심볼릭스는 3600 계열의 출시 지연으로 LM-2를 약 100대 생산했다. 두 회사는 2세대 제품으로 심볼릭스 3600과 LMI 람다(LMI-LAMDA)를 개발했다. 3600은 머신 단어를 36비트로 확장하고 주소 공간을 28비트로 확장했으며,[5] CADR의 마이크로코드로 구현된 기능을 하드웨어로 가속화했다. LMI 람다는 CADR과 호환되었지만 하드웨어 차이가 있었다. 텍사스 인스트루먼츠(TI)는 LMI 람다의 라이선스를 받아 TI 익스플로러(TI Explorer)를 생산했다. 일부 LMI 람다와 TI 익스플로러는 Lisp 프로세서와 유닉스(Unix) 프로세서를 모두 갖춘 이중 시스템이었다. TI는 또한 TI 익스플로러용 Lisp CPU의 32비트 마이크로프로세서 버전을 개발하여 Apple 맥킨토시 II(Macintosh II)용 NuBus 보드인 마이크로익스플로러에 사용했다.

심볼릭스는 3600 계열과 운영 체제인 제네라를 계속 개발하고, 심볼릭스 아키텍처의 초고밀도 집적회로(VLSI) 구현인 아이보리(Ivory)를 생산했다. 1987년부터 아이보리 프로세서를 기반으로 한 여러 머신이 개발되었다. LMI는 CADR 아키텍처를 버리고 자체 K-머신을 개발했지만,[6] 시장에 출시되기 전에 파산했다. LMI는 파산하기 전에 모비 공간(Moby space)을 사용하는 람다용 분산 시스템을 개발하고 있었다.[7]

이 머신들은 데이터 유형 테스트, CDR 코딩(CDR coding), 증분 가비지 컬렉션 등 다양한 기본 Lisp 연산에 대한 하드웨어 지원을 갖추고 있어 대규모 Lisp 프로그램을 매우 효율적으로 실행했다. 심볼릭스 머신은 상업용 슈퍼 미니컴퓨터(minicomputer)와 경쟁력이 있었지만, 기존 용도에는 적용되지 않았고, 일부 비 AI 시장(컴퓨터 그래픽스(computer graphics), 모델링, 애니메이션)에 판매되었다.

MIT에서 파생된 Lisp 머신은 MIT의 맥리스프(MacLisp)에서 파생된 Lisp Machine Lisp영어를 실행했다. 운영 체제는 객체 지향 확장을 사용하여 Lisp으로 작성되었다. 나중에 이러한 Lisp 머신은 다양한 버전의 일반 Lisp(Common Lisp)도 지원했다.

2. 4. 쇠퇴

인공지능의 겨울이 시작되고, 마이크로컴퓨터 혁명 초기 단계에 접어들면서, 저렴한 데스크톱 PC는 특수 목적 하드웨어를 사용하지 않고도 Lisp 머신보다 더 빠르게 Lisp 프로그램을 실행할 수 있게 되었다. 높은 이윤율을 자랑하던 하드웨어 사업이 사라지면서 대부분의 Lisp 머신 제조업체들은 1990년대 초에 문을 닫았고, 루시드(Lucid Inc.)와 같이 소프트웨어 기반 회사나 충격을 피하기 위해 소프트웨어 및 서비스로 전환한 하드웨어 제조업체들만 남았다.[27][28]

RISC 워크스테이션의 성능 대비 가격 향상으로 LISP 머신의 우위는 사라졌고, 미니컴퓨터 등과 함께 고급 언어에 치우친 아키텍처는 기본적으로 "옛 유물"로 간주되었다. 워크스테이션 이후에는 개인용 컴퓨터가 등장했고, 워크스테이션 제조업체들도 도태되었다. 현재는 일반적인 데스크톱 PC가 특별한 하드웨어 없이 LISP 머신보다 훨씬 빠르게 LISP를 실행할 수 있게 되었다.

1990년대 초, LISP 머신을 제조하던 기업들은 더 이상 사업을 유지할 수 없게 되었다. 제록스를 제외하고 심볼릭스(Symbolics)가 유일하게 남아 LISP 머신 환경 오픈 제네라(Open Genera)와 수식 처리 시스템 맥시마(Macsyma)를 판매하고 있다.

2. 5. 한국에서의 Lisp 머신 개발

1980년대 중반, 통합 추론 머신(IIM)은 인퍼스타(Inferstar)라는 이름의 Lisp 머신 프로토타입을 제작했다.[11]

일본에서는 1979년에 완성된 고베 대학의 TAKITAC-7(FAST LISP)[55]을 비롯하여, 이화학연구소의 FLATS,[56] 오사카 대학의 EVLIS[57] 등이 시제품으로 제작되었다. 후지쓰의 FACOM α(메인프레임의 백엔드로 작동, 1984년 발표)[58], NTT 전기통신연구소의 ELIS(TAO/ELIS)[59][60][61], 도시바의 AI 프로세서(AIP)[62], NEC의 LIME[63]처럼 Lisp 머신 시장에 진출하려는 시도도 있었다.

정보처리학회 컴퓨터 박물관 사이트의 "고베대 Lisp 머신" 설명[64] 마지막에 "TAKITAC-7의 아키텍처는 후의 FACOM-α와 NTT의 ELIS가 계승했다."라고 되어 있지만, 모두 그대로 계승한 것은 아니다. FACOM α는 동사의 메인프레임 또는 미니컴의 백엔드로 작동하는 것이다. 또한 ELIS에 대해서는 관계자가 집필한 기사에 따르면, 설계자는 (고베대 Lisp 머신을) 32비트로 한 것뿐이라고 말하기도 하지만, VLSI 칩으로 하는 것을 전제로 그것에 적합한 아키텍처로 설계되어 있으며[65], 그러한 점에서는 독자성이 강하다.

3. 주요 특징

Lisp 머신은 Lisp 프로그래밍 언어의 효율적인 실행을 위해 특별히 설계된 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처를 갖추고 있었다.

초기 Lisp 머신은 Lisp를 이용한 소프트웨어 개발을 위한 개인용 워크스테이션으로 설계되었다. 한 명의 사용자가 사용하도록 설계되었으며, 다중 사용자 모드를 제공하지 않았다. 이 머신들은 크고 흑백인 비트맵 디스플레이, 키보드, 마우스, 네트워크 어댑터, 로컬 하드 디스크, 1MB 이상의 RAM, 시리얼 인터페이스, 그리고 확장 카드를 위한 로컬 버스를 제공했다. 컬러 그래픽 카드, 테이프 드라이브, 레이저 프린터는 선택 사항이었다.

Lisp 머신은 일반적인 컴퓨터와는 달리, Lisp 언어의 특징을 하드웨어와 소프트웨어 수준에서 직접 지원하도록 설계되었다. 이러한 특징들은 Lisp 프로그램의 성능을 크게 향상시켰으며, 특히 인공 지능(AI) 분야의 연구에 큰 영향을 미쳤다.

Lisp 머신의 프로세서는 Lisp를 직접 실행하는 대신, 컴파일된 Lisp에 최적화된 명령어 집합을 가진 스택 머신이었다. 초기 Lisp 머신은 마이크로코드를 사용하여 명령어 집합을 구현했으며, 여러 연산에서 형식 검사 및 디스패치가 런타임 시 하드웨어에서 수행되었다. 예를 들어, 다양한 숫자 형식(정수, 부동 소수점, 유리수 및 복소수)에 대해 하나의 덧셈 연산만 사용할 수 있었다. 그 결과 Lisp 코드의 매우 컴팩트한 컴파일된 표현이 가능했다.

아래는 리스트에서 특정 조건을 만족하는 요소의 개수를 세는 Lisp 함수의 예시이다.



(defun example-count (predicate list)

(let ((count 0))

(dolist (i list count)

(when (funcall predicate i)

(incf count)))))



위 함수를 심볼릭스 아이보리 마이크로프로세서용으로 컴파일한 후 역어셈블한 기계어 코드는 다음과 같다.



Command: (disassemble (compile #'example-count))

0 ENTRY: 2 REQUIRED, 0 OPTIONAL ;PREDICATE와 LIST 생성

2 PUSH 0 ;COUNT 생성

3 PUSH FP|3 ;LIST

4 PUSH NIL ;I 생성

5 BRANCH 15

6 SET-TO-CDR-PUSH-CAR FP|5

7 SET-SP-TO-ADDRESS-SAVE-TOS SP|-1

10 START-CALL FP|2 ;PREDICATE

11 PUSH FP|6 ;I

12 FINISH-CALL-1-VALUE

13 BRANCH-FALSE 15

14 INCREMENT FP|4 ;COUNT

15 ENDP FP|5

16 BRANCH-FALSE 6

17 SET-SP-TO-ADDRESS SP|-2

20 RETURN-SINGLE-STACK



Lisp 머신의 운영 체제는 가상 메모리를 사용하여 큰 주소 공간을 제공했으며, 메모리 관리는 가비지 컬렉션으로 수행되었다. 모든 코드는 단일 주소 공간을 공유했고, 모든 데이터 객체는 메모리에 태그와 함께 저장되어 런타임 시 형식을 결정할 수 있었다. 여러 실행 스레드(프로세스)가 지원되었으며, 모든 프로세스는 단일 주소 공간에서 실행되었다.

운영 체제 소프트웨어는 모두 Lisp로 작성되었다. 제록스는 Interlisp를 사용했고, 심볼릭스, LMI, TI는 Lisp 머신 Lisp(맥리스프(Maclisp)의 후손)를 사용했다. Common Lisp의 등장과 함께, Lisp 머신에서 Common Lisp이 지원되었고, 일부 시스템 소프트웨어는 Common Lisp로 이식되거나 나중에 Common Lisp로 작성되었다.

일부 후기 Lisp 머신(TI MicroExplorer, Symbolics MacIvory 또는 Symbolics UX400/1200 등)은 완전한 워크스테이션이 아니라, 애플 매킨토시 II, 썬-3 또는 썬-4와 같은 호스트 컴퓨터에 내장되는 보드 형태로 설계되었다.

Symbolics XL1200과 같은 일부 Lisp 머신은 특수 그래픽 보드를 통해 광범위한 그래픽 기능을 제공했으며, 의료 영상 처리, 3D 애니메이션 및 CAD와 같은 분야에서 사용되었다.

3. 1. 하드웨어 특징

1973년, MIT AI 연구소의 프로그래머인 리처드 그린블랫은 MIT LISP 머신 프로젝트를 시작했는데, 이는 기본적인 LISP 기능이 하드웨어적으로 동작하는 컴퓨터를 구축하는 것이었다. 이들은 24비트 태그형 아키텍처를 채택했으며, 증분식 가비지 컬렉션을 사용했다.[3] LISP 변수는 컴파일 시점이 아닌 실행 시점에 형식이 지정되므로, 일반적인 하드웨어에서는 두 변수의 덧셈에 형식 검사 및 형식별 분기 때문에 5배의 시간이 걸릴 수 있었다. LISP 머신에서는 형식 검사를 덧셈 명령어와 동시에 수행하여, 형식 검사에 실패하면 병렬로 수행하던 덧셈 결과를 버리고 다시 계산하는 방식으로 속도를 향상시켰다. 이러한 병렬 검사 기법은 배열 경계 검사와 같은 메모리 관리에도 사용되었다.

심볼릭스 3600 시리즈에서는 32비트 워드를 36비트로 확장하여 형식 검사를 강화하고 자동화했다.[43] 이는 나중에 40비트 워드 이상으로 더욱 확장되었는데, 여분의 비트는 오류 검출 및 정정에 사용되기도 했다. 추가 비트의 일부는 데이터 형식을 저장하는 데 사용되어 태그형 아키텍처를 구성했고, 다른 부분은 CDR 코딩 (리스트에 필요한 메모리를 약 절반으로 줄이는 방식) 구현 및 가비지 컬렉션에 사용되었다. 또한, 두 개의 마이크로 코드 명령어로 LISP 함수 호출을 지원하여 함수 호출당 비용을 20 클록 사이클로 줄였다(일부 심볼릭스 구현에서).

초기 LISP 머신은 CONS(LISP의 리스트 생성 연산자에서 따옴)라고 불렸으며, 톰 나이트가 석사 논문 주제로 삼았기 때문에 "나이트 머신"이라고도 불렸다. 이후 개선된 CADR(LISP의 `cadr` 함수 = CAR + CDR에서 유래) 버전이 완성되었는데, 아키텍처는 기본적으로 동일했다.

LISP 머신 프로세서는 LISP을 직접 실행하는 것이 아니라, 컴파일된 LISP에 최적화된 명령어 세트를 가진 스택 머신이었다. 초기 LISP 머신은 마이크로 코드로 명령어 세트를 구현했으며, 일부 연산에서는 형식 검사와 디스패치가 하드웨어에서 실행 시에 이루어졌다. 예를 들어, 덧셈 명령어는 하나뿐이며, 다양한 수치형(정수, 부동소수점수, 유리수, 복소수)의 덧셈을 자동으로 수행했다.

다음은 리스트의 각 요소에 술어를 적용하여 "참"을 반환하는 요소의 개수를 세는 함수의 예이다.



(defun example-count (predicate list)

(let ((count 0))

(dolist (i list count)

(when (funcall predicate i)

(incf count)))))



이 함수를 (심볼릭스의 Ivory 마이크로프로세서용으로) 컴파일한 기계어 코드를 역어셈블한 결과는 다음과 같다.



Command: (disassemble (compile #'example-count))

0 ENTRY: 2 REQUIRED, 0 OPTIONAL ;Creating PREDICATE and LIST

2 PUSH 0 ;Creating COUNT

3 PUSH FP|3 ;LIST

4 PUSH NIL ;Creating I

5 BRANCH 15

6 SET-TO-CDR-PUSH-CAR FP|5

7 SET-SP-TO-ADDRESS-SAVE-TOS SP|-1

10 START-CALL FP|2 ;PREDICATE

11 PUSH FP|6 ;I

12 FINISH-CALL-1-VALUE

13 BRANCH-FALSE 15

14 INCREMENT FP|4 ;COUNT

15 ENDP FP|5

16 BRANCH-FALSE 6

17 SET-SP-TO-ADDRESS SP|-2

20 RETURN-SINGLE-STACK


3. 2. 소프트웨어 특징

운영 체제는 가상 메모리를 사용하여 큰 주소 공간을 제공했다. 메모리 관리는 가비지 컬렉션으로 수행되었다. 모든 코드는 단일 주소 공간을 공유했다. 모든 데이터 객체는 메모리에 태그와 함께 저장되어 런타임 시 형식을 결정할 수 있었다. 여러 실행 스레드가 지원되었으며 ''프로세스''라고 불렸다. 모든 프로세스는 단일 주소 공간에서 실행되었다.[3]

모든 운영 체제 소프트웨어는 Lisp로 작성되었다. 제록스는 Interlisp를 사용했고, 심볼릭스, LMI, TI는 Lisp 머신 Lisp(맥리스프(Maclisp)의 후손)를 사용했다. Common Lisp의 등장과 함께, Lisp 머신에서 Common Lisp이 지원되었고 일부 시스템 소프트웨어는 Common Lisp로 이식되거나 나중에 Common Lisp로 작성되었다.[3]

4. 주요 모델

심볼릭스 3620(왼쪽)과 LMI 람다 Lisp 머신


1979년, 리스프 머신의 상업적 가능성을 확신한 러셀 노프츠커는 그린블랫에게 기술 상용화를 제안했고, 그린블랫은 이에 동의했다. 그러나 회사 운영 방식을 두고 둘은 이견을 보였고, 결국 MIT AI 연구소 해커들의 선택에 따라 노프츠커가 심볼릭스(Symbolics)를 설립하게 되었다. 한편, 그린블랫은 컨트롤 데이터 코퍼레이션(CDC)의 컨설턴트였던 알렉산더 제이콥슨의 도움으로 Lisp 머신(Lisp Machines) 주식회사(LMI)를 설립했다.[4]

리처드 스톨먼(Richard Stallman)은 심볼릭스가 해커 커뮤니티를 쇠퇴시켰다고 비난하며, 1982년부터 1983년 말까지 심볼릭스 프로그래머의 결과물을 복제하는 작업을 혼자 진행하기도 했다.[4]

주요 Lisp 머신 제조사 및 모델은 다음과 같다.

  • 심볼릭스(Symbolics): 노프츠커가 설립한 회사로, 초기에는 MIT와 협력 관계를 맺고 개발을 진행했다. 주요 모델로는 LM-2, 3600 계열, 아이보리 기반 머신 등이 있다.
  • LMI (Lisp Machines, Inc.): 그린블랫이 설립한 회사로, 컨트롤 데이터 코퍼레이션(CDC)의 자금 지원을 받았다. 주요 모델로는 LMI-CADR, LMI-람다가 있다.
  • 텍사스 인스트루먼츠 (TI): LMI-람다의 설계 라이선스를 받아 TI 익스플로러(TI Explorer)를 생산했다.
  • 제록스: 제록스(Xerox) 팔로알토 연구 센터는 인터리스프(Interlisp)(이후 커먼 리스프(Common Lisp))를 실행하도록 설계된 자체 Lisp 머신을 개발했다. 주요 모델로는 제록스 1100(돌핀), 1132(돌라도), 1108(댄들라이온), 1109(댄데타이거), 1186/6085(데이브레이크) 등이 있다.

4. 1. 심볼릭스

심볼릭스는 1980년부터 1981년에 걸쳐 CADR을 LM-2로 판매하기 시작했다. 3600 계열의 리스프 머신이 빠르게 출시될 것으로 예상했기 때문에 LM-2를 많이 생산할 의도가 없었지만, 3600은 계속 지연되었고, 결국 LM-2는 약 100대가 대당 7만 달러에 판매되었다.[4]

심볼릭스와 LMI는 CADR을 기반으로 2세대 제품을 개발했는데, 심볼릭스는 3600을, LMI는 LMI-람다(LMI는 약 200대를 판매하는 데 성공했다)를 개발했다. 1년 늦게 출시된 3600은 머신 단어를 36비트로 확장하고, 주소 공간을 28비트로 확장했으며,[5] CADR의 마이크로코드로 구현된 특정 일반 함수를 가속화하는 하드웨어를 추가하여 CADR을 확장했다.

심볼릭스는 3600 계열과 운영 체제인 제네라를 계속 개발했고, 심볼릭스 아키텍처의 VLSI 구현인 아이보리(Ivory)를 생산했다. 1987년부터 아이보리 프로세서를 기반으로 한 여러 머신이 개발되었다. Sun과 Mac용 보드, 독립형 워크스테이션, 임베디드 시스템(I-Machine Custom LSI, 32비트 주소, 심볼릭스 XL-400, UX-400, MacIvory II; 1989년에는 심볼릭스 XL-1200, MacIvory III, UX-1200, Zora, NXP1000 "피자 박스" 플랫폼이 제공됨)도 개발되었다.

이러한 머신들은 다양한 기본 리스프(Lisp) 연산(데이터 유형 테스트, CDR 코딩(CDR coding))과 증분 가비지 컬렉션에 대한 하드웨어 지원을 갖추고 있었다. 이 머신들은 대규모 리스프 프로그램을 매우 효율적으로 실행했다. 심볼릭스 머신은 많은 상업용 슈퍼 미니컴퓨터(minicomputer)와 경쟁력이 있었지만, 기존 용도에는 적용되지 않았다. 심볼릭스 리스프 머신은 컴퓨터 그래픽스(computer graphics), 모델링, 애니메이션과 같은 일부 비 AI 시장에도 판매되었다.

4. 2. LMI

LMI (Lisp Machines, Inc.)는 그린블랫이 설립한 회사로, 컨트롤 데이터 코퍼레이션(CDC)의 자금 지원을 받아 설립되었다.[4] LMI는 심볼릭스(Symbolics)와 경쟁 관계에 있었으며, 주요 제품으로는 LMI-CADR과 LMI-람다(LMI-LAMBDA)가 있다.

LMI-CADR은 심볼릭스의 LM-2와 동일한 CADR 아키텍처를 기반으로 제작되었다. LMI는 LMI-CADR에 이어 CADR 기반의 2세대 제품인 LMI-람다를 출시했다. LMI-람다는 CADR과 마이크로코드 수준에서 호환되었지만, 하드웨어에는 차이가 있었다.[45] 텍사스 인스트루먼츠(TI)는 LMI-람다의 라이선스를 받아 TI 익스플로러(TI Explorer)를 개발했다. 일부 LMI-람다와 TI 익스플로러는 유닉스(Unix) 프로세서를 함께 탑재한 듀얼 시스템이었다.[45]

LMI는 CADR 아키텍처를 버리고 K-머신을 개발했지만,[46] 시장에 출시되기 전에 파산했다. LMI는 파산 직전에 모비 스페이스(Moby space)를 사용하는 람다용 분산 시스템을 개발하기도 했다.[47]

4. 3. 텍사스 인스트루먼츠 (TI)

텍사스 인스트루먼츠(TI)는 LMI-람다의 설계 라이선스를 받아 자체적인 Lisp 머신인 TI 익스플로러(TI Explorer)를 생산했다. 일부 LMI-람다와 TI 익스플로러는 Lisp 프로세서와 유닉스(Unix) 프로세서를 모두 갖춘 이중 시스템이었다. TI는 TI 익스플로러용 Lisp CPU의 32비트 마이크로프로세서 버전도 개발했다. 이 Lisp 칩은 애플(Apple) 맥킨토시 II용 NuBus 보드인 마이크로익스플로러에도 사용되었다(NuBus는 처음에 MIT에서 Lisp 머신에 사용하기 위해 개발되었다).

4. 4. 제록스

제록스(Xerox) 팔로알토 연구 센터는 인터리스프(Interlisp)(이후 커먼 리스프(Common Lisp))를 실행하도록 설계된 자체 Lisp 머신을 개발했다. 이 개발은 MIT에서 그린블랫(Greenblatt)의 자체 개발과 동시에 진행되었다. 동일한 하드웨어는 다른 소프트웨어와 함께 스몰토크(Smalltalk) 머신 및 제록스 스타(Xerox Star) 사무 시스템으로도 사용되었다.

제록스는 다음과 같은 Lisp 머신들을 출시했다.

모델명코드명출시년도
제록스 1100돌핀(Dolphin)1979년
제록스 1132돌라도(Dorado)
제록스 1108댄들라이온(Dandelion)1981년
제록스 1109댄데타이거(Dandetiger)
제록스 1186/6085데이브레이크(Daybreak)[9]



제록스 Lisp 머신의 운영 체제는 가상 머신으로도 이식되었으며, '메들리(Medley)'라는 제품으로 여러 플랫폼에서 사용할 수 있었다. 제록스 머신은 고급 개발 환경(InterLisp-D), ROOMS 창 관리자, 초기 그래픽 사용자 인터페이스 및 노트카드(NoteCards)(최초의 하이퍼텍스트(hypertext) 응용 프로그램 중 하나)와 같은 새로운 응용 프로그램으로 잘 알려져 있었다.

제록스는 또한 '제록스 커먼리스프 프로세서(Xerox Common Lisp Processor)'를 사용하여 축소 명령어 집합 컴퓨팅(reduced instruction set computing, RISC) 기반의 Lisp 머신을 개발했고, 1987년까지 시장에 출시할 계획이었지만,[10] 실현되지 않았다.

5. 응용 분야

리스프 머신은 주로 인공지능 응용 분야에서 사용되었지만, 컴퓨터 그래픽스, 의료 영상 처리 등 다른 분야에서도 사용되었다.[41] 1980년대 주요 상용 전문가 시스템으로는 인텔리코프(Intellicorp)의 지식 엔지니어링 환경(KEE), 카네기 그룹(The Carnegie Group Inc.)의 Knowledge Craft, 인퍼런스 코퍼레이션(Inference Corporation)의 ART(자동 추론 도구(Automated Reasoning Tool))가 있었다.[41][84]

5. 1. 인공지능

리스프 머신은 주로 인공지능 응용 분야에서 사용되었지만, 컴퓨터 그래픽스, 의료 영상 처리 등의 분야에서도 사용되었다.

1980년대 주요 상용 전문가 시스템으로는 인텔리코프(Intellicorp)의 지식 엔지니어링 환경(KEE), 카네기 그룹(The Carnegie Group Inc.)의 Knowledge Craft, 인퍼런스 코퍼레이션(Inference Corporation)의 ART(자동 추론 도구(Automated Reasoning Tool))가 있었다.[41][84]

5. 2. 기타 분야

Lisp 머신은 주로 인공지능 응용 프로그램 분야에서 사용되었지만, 컴퓨터 그래픽스, 의료 영상 처리 등 다른 분야에서도 사용되었다.[41]

1980년대 주요 상용 전문가 시스템으로는 인텔리코프(Intellicorp)의 지식 엔지니어링 환경(KEE), 카네기 그룹(The Carnegie Group Inc.)의 Knowledge Craft, 인퍼런스 코퍼레이션(Inference Corporation)의 ART(자동 추론 도구(Automated Reasoning Tool)) 등이 있었다.[41][84]

6. 영향 및 유산

리스프 머신은 가비지 컬렉션, 객체 지향 프로그래밍, 동적 타입 시스템 등 현대 프로그래밍 언어와 시스템에 많은 영향을 미쳤다.

6. 1. 오픈 소스 에뮬레이터

다양한 리스프 머신을 위한 오픈 소스 에뮬레이터 개발 시도는 다음과 같다.

  • CADR 에뮬레이션[29][66]
  • 심볼릭스 L Lisp 머신 에뮬레이션[30][67]
  • E3 프로젝트 (TI 익스플로러 II 에뮬레이션)[31][68]
  • 메로코 (TI 익스플로러 I 에뮬레이션)[32][69]
  • 네버모어 (TI 익스플로러 I 에뮬레이션)[33][70]


2005년 10월 3일, MIT는 CADR Lisp 머신 소스 코드를 오픈 소스로 공개했다.[34][71]

Bitsavers의 PDF 문서 보관소에는[36][72] 심볼릭스 Lisp 머신,[37][73] TI 익스플로러[38][74] 및 마이크로익스플로러[39][75] Lisp 머신, 그리고 제록스 인터리스프-D Lisp 머신[40][76]에 대한 방대한 문서의 PDF 버전이 있다.

참조

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