Deep Blue (computadora)

Deep Blue fue una súper computadora que desarrollada por el fabricante estadounidense  IBM para jugar ajedrez. Fue la primera que venció a un campeón del mundo vigente, Gary Kasparov  con un ritmo de juego lento. Esto ocurrió el 10 de febrero del 1996, en una memorable partida. Sin embargo Kasparov gano tres y empato  dos  de la siguiente partida, derrotando a Deep Blue por 4-2.en el encuentro concluyo el 17 de febrero del 1996,

Una nueva versión llamada Beeper  Blue (azul más profundo) jugo de nuevo contra Kasparov  en mayo del 1997, ganando el encuentro a 6 partidas por  tresmedios-dosmedios lo que lo convirtió en la primera computadora en derrotar a un campeón  del mundo vigente, en un encuentro con ritmo de juego de torneo estándar. El encuentro concluyo el 11 de mayo.

El sistema saca su fuerza del juego principalmente  en la fuerza  bruta que calcula el sistema central. Era una computadora de procesamiento paralelo masivo basada en el RS/6000 con 30 nodos, cada uno  con 30 microprocesadores  P2SC  de 120 MHz, ampliados con  480 procesadores  VLSI  de uso  especial,  especializados en ajedrez. Su programa  de ajedrez  fue escrito en el lenguaje C  y corrió  bajo el sistema  operativo AIX.  Era capaz de calcular  200 millones de  posiciones por segundo, dos veces más rápido que la versión de 1996. En junio del 1997, Deep Blue  era el 259  súper ordenado  más  poderoso  y capas de calcular 11, 38 gigaflops , aunque  todas estas potencias  no estaban pensando en realidad  para jugar al ajedrez.

 El Deep Blue es un software de ajedrez  el cual trabaja sobre un sistema  de propósitos  especiales (especiales purpose ) y paralelismo  masivo que se utiliza una computadora de alto rendimiento IBM RS/6000 SP de 32  nodos. Esta computadora posee  el procesador  power two súper chip    (P2SC).

 Cada nodo  del IBN RS/6000 SP utiliza una tarjeta microcanal la cual contiene 8 procesadores VLSI  dedicados  de Ajedrez, totalizando 256 procesadores trabajando en paralelos.

El resultado es un sistema altamente paralelo y escalable que es capaz de calcular  entre 100 y 200 miles de  millones de movidas en 3 minutos. Un humano en estado de concentración  y a nivel de gran maestro  de ajedrez  es capaz de calcular un  unas 3 posiciones por segundo (540 posiciones en 3 minutos) el sistema fue creado especialmente para solo un juego de ajedrez , sino que a  nivel de arquitectura se pretende obtener una computadora que pueda realizar una enorme cantidad de cálculos  por  segundo en forma paralelas . el tipo de cálculos  que se pueden realizar con este sistema no es optimizado, es decir no se paraleliza  cada calculo, sino que se puede realizar varios cálculos en paralelo con la ayuda  de procesadores dedicados que son mas rápidos y que poseen una propia memoria local además comparte  una memoria global. La memoria local de cada procesador es de tamaño muy pequeño  comparado con la memoria global del computador.

La arquitectura del sistema se puede resumir en la utilización de procesadores  aceleradores de cálculos especiales paralelos combinados con un sistema multipropósito que los controla.

El Sistema RS/6000

El sistema RS/6000 SP entrega un gran escalabilidad que permite soportar  muchas aplicaciones paralelas. El sistema es escalable   desde 2 hasta  128 nodos del procesador (e incluso hasta 512 nodos en forma no comercial), los cuales pueden estar contenidos en múltiples frames. Un solo frame puede contener desde 2 hasta 16 nodos. Los nodos pueden ser de tipo angosto o ancho , lo que determina el ancho  de banda del acceso a los datos.

En el  caso de Deep Blue, el procesador  tiene 32 nodos cada uno conectado a 8 procesadores acelerados de ajedrez y los nodos son de tipo ancho.

Cada procesador conectado a un nodo del computador puede operar como un procesador independiente trabajando simultáneamente  con los otros en un trabajo especifico para acelerar el cálculo final. El elemento clave es entonces el subsistema de comunicación , el cual es llamado (escalable power parallel switch ) cuya responsabilidad es intercambiar mensajes simultáneamente entre los nodos para apoyar la aplicación paralela del usuario.

El switch de comunicación se diagrama en la siguiente figura optimizada para 32 nodos:

Para el caso de mas nodos se puede utilizar un conjunto de switch intermedios entre los distintos  frames  o conjuntos de nodos :

Utilizando entonces el switch de comunicación, el procesador puede enviar mensajes a los procesadores conectados a los nodos. Cada procesador dedicado de Ajedrez recibe entonces una movida a partir del tablero que se encuentra en memoria global mediante un mensaje por el switch. Además recibe la profundidad y otros parámetros útiles (tiempo, dirección en memoria de la tabla de hashing para evitar repetición de movidas entre los procesadores, etc).

Cada nodo se conecta a la tarjeta microcanal utilizando un switch que permite detectar los errores en los mensajes. Esta tarjeta consta de diversas partes incluído un microprocesador PowerPC 601

  Este switch se encarga de diversas tareas sobre el envío y recepción de mensajes y está optimizado para el uso de mensajes de gran tamaño. Para ello utiliza una cola FIFO y un microprocesador para detectar errores. El ancho de banda alcanzable gracias a este switch es de unos 150 Mb por segundo unidireccional y 300 Mb por segundo bi-direccional.

El Procesador de Ajedrez

Como ya se dijo, este procesador esta encargado de analizar cuán buena es una jugada a partir de un tablero y una movida. Para ello tiene lee una función de evaluación y utiliza fuerza bruta para encontrar el valor de esta función hasta la profundidad que alcance hasta que le llegue el mensaje de detener la búsqueda. Cuando termina de buscar, retorna el valor de la función para esa movida.

El procesador consta principalmente de un chip que posee más de un millón de transistores. En si interior tiene integrados 48 bloques de RAM y 3 bloques de ROM. os bloques de RAM se utilizan para almacenar los tableros que se vayan generando a medida que realiza la búsqueda y los bloques de ROM contienen información sobre finales de partidas.

No todos los bloques de RAM y ROM son del mismo tamaño. Por ejemplo el bloque de RAM más grande son de 1024 palabras de profundidad por 10 bits de ancho. Existe un bloque de ROM de mayor tamaño que posee 128000 palabras más un bit para cada una almacenando información booleana (triunfo/tablas) acerca de finales de Peón-Rey contra Rey.

Este procesador puede analizar entre 2 y 3 millones de posiciones del tablero de ajedrez por segundo. Considerando que el análisis de una posición consiste de unas 3000 instrucciones de máquina como promedio, entonces el procesador tendría una velocidad entre 6 y 9 mil millones de instrucciones por segundo.

En Deep Blue hay 256 de estos procesadores (8 por cada nodo).

Deep Blue

Deep Blue es un software que utiliza fuerza bruta para jugar ajedrez. Se utiliza fuerza bruta pues la idea del sistema es poder demostrar el uso masivo de paralelismo y su extensión a otras aplicaciones. No se pretende crear un software que sepa jugar Ajedrez sino un software que pueda aprovechar el paralelismo masivo para un problema complejo, como por ejemplo el ajedrez. Esto se contrapone con la tecnología desarrollada para crear procesadores dedicados de ajedrez, por lo tanto se puede deducir que el interés por el desarrollo de Deep Blue es puramente comercial.

Deep Blue es sólo una combinación de estrategias y rápidos cálculos en paralelo que permiten encontrar en forma muy precisa aquella movida que considera "mejor" dado que en promedio existen 20 posibles movidas en cada turno. Deep Blue utiliza Fuerza Bruta. Las movidas que analiza son escogidas selectivamente utilizando una estrategia modelada a prueba y error con la ayuda de varios Grandes Maestros de Ajedrez y algunos conceptos del juego. Una vez generada una jugada se analiza mediante una función de evaluación que mide cuán buena es una posición. Esta función se basa en 4 conceptos de Ajedrez: Material, Posición, Seguridad del Rey, y Tiempos.

La generación de movidas se hace por software en forma estratégica para cada procesador de Ajedrez y evalúa la posición rápidamente gracias a las características del procesador de Ajedrez. Posteriormente descarta o sigue profundizando según lo ordene el procesador principal. De esta forma puede evaluar 256 "ramas" o movidas en forma paralela.

Los procesadores de ajedrez son controlados por el procesador principal mediante el sistema de mensajes.