运河底部部署计算机

背景

1988年，在苏格兰福斯-克莱德运河的淤泥深处，埋藏着一个装有定制硅片的盒子。这个盒子里的处理器几乎在每一个技术判断上都是正确的——它来自一家名为Linn Products的苏格兰高保真音响公司。Linn由Ivor Tiefenbrun于1972年创立，以Sondek LP12黑胶唱机闻名，被许多发烧友视为史上最优秀的唱盘。然而，到了80年代初，Tiefenbrun对工厂使用的软件深感不满，他想要一个系统，让工厂里每一个物理对象（从装配线上的每台唱机到售后维修记录）都有一个对应的软件对象来追踪其历史。于是，Linn在1981年左右雇佣了程序员和格拉斯哥大学计算机科学讲师David Harland，开发了一门面向对象语言LINGO（语法类似Smalltalk与Algol的混合体）。LINGO在VAX上运行得太慢，无法用于自动化。Tiefenbrun的回应是典型的“Tiefenbrun式”：硬件才是问题，不是软件——所以Linn要自己造硬件。

在一次从研讨会回家的火车延误中，Harland和另一位计算机工程师Bruno Beloff在火车上草拟了将原型重新划分为定制芯片的方案，他们将其命名为“Rekursiv”。后来Harland开玩笑说：“Rekursiv是英国铁路的错。”1984年，Tiefenbrun成立了Linn Smart Computing，由他的兄弟Marcus担任总经理，Harland担任技术总监，投入了Linn自己的资金加上英国贸易与工业部大约1000万英镑。LSI Logic负责制造芯片：四片门阵列，采用1.5微米CMOS工艺，每片299个引脚，分别命名为NUMERIK、LOGIK、OBJEKT和KLOK。一家销售Sondek、Ittok和Asak的公司，自然不会给芯片起别的名字。

核心内容

Rekursiv的奇特之处不在于它能运行面向对象程序，而在于程序员（或者编译器）永远看不到一个内存地址。每个对象在创建时携带一个40位的编号，OBJEKT芯片通过哈希页表将编号转换为物理位置，并在硬件层面检查每次访问的类型和边界。数组越界？机器拒绝。伪造引用？机器拒绝。由于只有OBJEKT知道对象实际存放的位置，对象可以在不修改任何引用的情况下自由移动，因此垃圾回收也直接集成在硅片中：一个两空间压缩式收集器，在程序继续执行的同时，将存活对象滑动到DRAM的另一半，执行过程对此毫无察觉。

持久化采用了同样的方式。内存和磁盘是一个统一的对象存储：如果需要的对象不在DRAM中，处理器会在指令执行过程中暂停，等待外部磁盘处理器取回数据，然后仿佛什么都没发生过一样继续执行。由于分页位于指令执行层级之下，一条微码指令可以任意复杂，甚至可以调用自身——这就是名称中“递归”（recursion）的由来。Rekursiv没有固定的指令集；指令集是一个可加载的制品，你可以为机器配备适合自己语言的指令集。Linn提供了C语言指令集，James Lothian微码实现了Prolog指令集，曼彻斯特的一个团队在上面移植了Scheme，阿伯丁大学则移植了持久化语言PS-algol。

Linn声称的性能数字令人瞩目：每2微秒执行一次CONS单元操作，比Symbolics工作站上的Lisp快20倍；Prolog合一（unification）作为单条指令执行。但这些数字来自Linn自己的模拟，发表在《Byte》杂志上（由公司合作提供），从未有人独立复现过。

Rekursiv属于一个受人尊敬的知识传统：70年代，行业共识认为硬件应该迎合语言，缩小所谓的“语义鸿沟”。Intel将其首个32位设计——面向对象的iAPX 432——押注于此，Symbolics则基于微码上的Lisp建立了一个工作站业务。然而，这个传统在Linn下定决心的几乎同一时刻被公开摧毁。1980年，Patterson和Ditzel提出了RISC的主张：编译器只使用复杂指令集的一小部分，复杂性反而惩罚了常见情况，而简单指令加上缓存和优秀编译器能运行得更快。到1984年，伯克利的SOAR项目已经用一颗仅3.5万个晶体管的简单芯片快速运行了Smalltalk（典型的动态面向对象语言）。Rekursiv的核心假设在第一块板卡通电前四年就被公开否定了。

接着是经济因素。从1986年到2003年，劳伦斯利弗莫尔实验室的Eugene Brooks称之为“杀手微处理器攻击”的时期，商品微处理器性能每年提升约52%。Rekursiv花了四年设计。它构想于VAX代表体面性能的时代，而在1988年面世时，面对的是SPARCstation和386，486紧随其后。亲历者Lothian五年后坦率地说：这台机器根本无力与新型工作站抗衡。大约制造了20到30块板卡，大部分送到了大学。没有记录表明其中任何一块曾跑过Linn的生产线——而这正是整个项目的初衷。唯一存留的性能对比显示，一个使用线程化代码的LINGO在Sun-3上运行速度约是Rekursiv板卡的两倍，而后者本应比前者更优越，且设计目的就是运行LINGO。

结局充满格拉斯哥特色。黑色星期一（1987年股市暴跌）挤压了Linn的财务，一次风险投资拯救计划未能完成，最后一根稻草是停车场问题：Linn的送货司机倒车时撞上了Harland的保时捷，Tiefenbrun以事故发生在私人场地为由拒绝支付维修费，Harland辞职。离开时，他把自己积累的硬件和备份介质扔进了福斯-克莱德运河。故事的一个版本是，整个Rekursiv产品线都被扔进了运河——但Harland本人只记得扔了自己的东西。

关键要点

• 核心理念：Rekursiv是一款面向对象的处理器，硬件直接实现内存访问检查、类型边界验证、垃圾回收和持久化对象存储，将软件层面的功能下沉到硅片层面。
• 技术细节：使用40位对象ID，通过哈希页表翻译地址；硬件检查所有访问的边界和类型；两空间压缩垃圾回收器在硅片中实现；内存与磁盘统一为持久对象存储，指令执行可因缺页暂停并恢复。
• 指令集：无固定指令集，可加载微码指令集，支持递归指令（微码自调用），已实现C、Prolog、Scheme和PS-algol指令集。
• 性能声明：Linn声称2微秒完成CONS单元，比Symbolics Lisp机快20倍，但未独立验证。
• 失败原因：RISC架构的兴起（1980年提出）从理论上否定了复杂硬件迎合语言的方向；商品微处理器性能指数级增长（每年52%），使Rekursiv在1988年面世时已落后于SPARCstation和386；财务问题与内部冲突（停车场事件）导致项目终止。
• 最终命运：约20-30块板卡生产，大部分送到大学，从未用于Linn生产线；核心硬件被扔进运河。
• 后续影响：近40年后，Arm的商用硅片实现了Rekursiv的许多思想（如硬件内存标记、安全区等），而当年杀死它的经济因素（专用硬件成本过高）如今已被逆转——因为现在有足够的晶体管和功耗预算来在硬件中实现这些