Cray-1

Cray-1

Cray-1 в Немецком музее в Мюнхене

Cray-1 — один из первых суперкомпьютеров. Пиковая производительность — 133 Мфлопса. Cray-1 — первый суперкомпьютер компании Cray Research, созданной "отцом суперкомпьютеров" — Сеймуром Крэем — после ухода из компании CDC.

История

Приступая в 1972 году к новому компьютеру, Крэй учел ошибки проекта CDC 8600 (англ.), а также плюсы и минусы проекта CDC STAR-100 (англ.).

Во-первых, он отказался от транзисторов в пользу больших интегральных микросхем, которые давали такую плотность упаковки логических элементов при высокой надежности, которую невозможно было достичь с помощью транзисторов. Это позволило снизить тактовую частоту до 12.5 нс (80 МГц), вместо абмициозных 8 нс (125 МГц) в CDC 8600 без потери производительности. Во-вторых, он отказался от многопроцессорной системы в пользу векторного процессора, как у проекта-конкурента CDC STAR-100.

Далее Крэй учел недостатки STAR-100. Компьютеру во время исполнения программы требуется выполнять как векторные, так и скалярные вычисления. STAR-100 показывал высокую скорость на векторных вычислениях, но был медленным в скалярных. Из-за этого мощь STAR-100 проявлялась только на специальных задачах, где требовалась обработка больших массивов данных. Для Cray-1 Сеймур Крэй построил процессор, который быстро выполнял и скалярные и векторные вычисления. Этого удалось добиться через создание так называемых "векторынх регистров" - модулей памяти небольшого объема, которые располагались близко к процессору и работали очень быстро (но стоили очень дорого). Таким образом центральный процессор брал данные из регистров и записывал данные тоже в регистры, реализуя новый принцип работы с памятью "регистр-регистр", в то время как CDC STAR-100 использовал прежний способ работы с памятью — "load-store", т.е. чтение и запись в память (которая была медленной) напрямую. В CDC STAR-100 основная память была на ферромагнитных сердечниках, а в Cray-1 для памяти использовались полупроводники. Кроме того CDC STAR-100 строился совместимым с предыдущими моделями компании CDC 6600 и CDC 7600, а Cray-1 начинался с нового листа, и совместимости с предыдущими моделями не требовалось, что значительно облегчало задачу Крэю. В 1974 году первые тесты машины показали производительность 80 MFLOPS.

Архитектура Cray-1

ОП (от 1 до 4 мегаслов), большой набор процессорных регистров, состоящих из группы векторных регистров по 64 элемента, блок скалярных регистров, блок адресных регистров. Каждая группа регистров связана со своим конвейерным процессором.

Данная система могла выполнять скалярные операции над векторными данными, над адресами, числами с плавающей запятой (порядок — 15, мантисса — 49). Быстродействие 180 млн операций в секунду с плавающей запятой. В данной ВС используются команды длиной 16 или 32 разряда. В коротких командах 7 разрядов выделяется под код операции, 3 адресных поля по 3 разряда, определяли номер регистра для хранения операндов. В длинных — 22 разряда для того, чтобы можно было найти операнд в общем поле ОП. Один из регистров определяет длину вектора, второй — регистр маски.

Центральный процессор Cray-1 состоял из 500 печатных плат, на каждой их которых с обеих строн располагалось по 144 микросхемы. Всего получалось 144.000 микросхем, которые охлаждались фреоном. Для лучшего охлаждения и циркуляции фреона в охладительной системе центральный процессор был выполнен в стиле "башни" c 12 колоннами, составенными в форме дуги длиной 270 градусов (в виде буквы "C" - от "Cray", если смотреть сверху), а охладительная система была расположена в основании этой башни. Так был создан характерный, оригинальный и узнаваемый вид компьютера, напоминающий диван.

Машина предлагалась в трех модификациях: A, B и C, которые отличались друг от друга только размерами памяти: 1 миллион слов, 500 тысяч слов и 250 тысяч слов соотвественно. Из этих модификаций реально продавались только Cray-1A и Cray-1B. На Cray-1C так и не нашлось покупателя, и соответственно не было построено ни одного экземляра этой модификации.

Успех на рынке

В 1975 году компания представила компьютер Cray-1 публике. Восторг от машины был таким, что между Лос-Аламосской и Ливерморской лабораториями — главными потребителями сверхскоростных вычислительных машин в то время — развернулась настоящая подковёрная война. Каждая из лабораторий через свое лобби в Министерстве энергетики США набивала цену на машину и всячески мешала своему конкуренту приобрести первый экземпляр. В конце концов Лос-Аламосская национальная лаборатория выиграла и получила экземпляр с серийным номером 001 в 1976 году на шесть месяцев на пробу. Программисты лаборатории дали восторженные отзывы о машине, и на основании этих отзывов первым официальным заказчиком Cray-1 в 1977 году стал Национальный Центр Атмосферных исследований США (англ.), заплативший за машину с серийным номером 003 8,86 миллионов долларов (7,9 миллионов за машину плюс 1 миллион за диски). Машина вступила в строй в декабре 1977 года, сменив стареющий и перегруженный работой CDC 7600, и проработала в Центре до 1989 года ^[1].

При покупке компьютера Национальный Центр Атмосферных исследований потребовал, чтобы в машину был добавлен модуль коррекции ошибок. После долгих споров Крэй согласился это сделать. Из-за этого все машины Cray-1, кроме серийного номера 001, выше на 4 дюйма и содержат на 8 модулей больше в каждой стойке. Серийный номер 001 после работы в Лос-Аламосе использовался Cray Research по всему миру как временный компьютер, на котором мог тренироваться заказчик, дожидаясь поставки своего экземпляра. Серийный номер 001 закончил свою карьеру в Великобритании в мае 1989 года.

Экземпляр машины с серийным номером 002 остался в Cray Research, когда были обнаружены проблемы с памятью в машине, проданной в Лос-Аламос. Ливерморская национальная лаборатория приобрела 4 машины Cray-1 в 1978 году.

Руководители Cray Research на основании предыдущего опыта предполагали, что им удастся продать не больше дюжины машин Cray-1. В конце концов было продано более 80 машин Cray-1, что принесло с собой большой финансовый успех.

Дальнейшее развитие

• 1979 год - Cray-1S: обновленная система ввода-вывода, которая была главным "узким местом" в Cray-1; увеличен диапазон памяти: от 1 до 4 миллионов слов
• 1982 год - Cray-1M: в системе использованы современные, менее дорогие компоненты, что позволило при той же производительности, что и Cray-1S, снизить стоимость машины с 8-13.3 миллиона долларов до 4-7 миллионов долларов

Программное обеспечение

В 1978 году для Cray-1 был выпущен первый стандартный пакет программного обеспечения, состоящий из трех главных продуктов:

• Операционная система (Cray Operating System, COS) (поздние машины работали под UNICOS)
• Cray язык ассемблера (Cray Assembly Language, CAL)
• Cray FORTRAN (CFT), первый компилятор FORTRAN с автоматической векторизацией.

Музеи

• Национальный музей авиации и космонавтики^[2]
• Музей компьютерной истории в Маунтин-Вью, штат Калифорния, США^[3]
• Музей науки, Лондон, Великобритания^[4]
• Компьютерный музей DigiBarn в Boulder Creek, штат Калифорния, США^[5]

• Шведский национальный музей науки и техники, Стокгольм, Швеция,^[6]
• Научный музей Брэдбери в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, США
• Немецкий музей в Мюнхене
• Федеральная политехническая школа Лозанны в Лозанне, Швейцария

Фотографии Cray-1

• 

  Логические платы

• 

  Внутри стойки

• 

  Система охлаждения

• 

  Крышка корпуса

• 

  Крупный снимок логических плат

• 

  Система питания Cray-1A

• 

  Cray-1 в Музее компьютерной истории

• 

  Cray-1 в Музее компьютерной истории

• 

  Cray-1 в Немецком музее

См.также

• Cray Inc. - компания-наследница компаний Сеймура Крэя и продолжатель его разработок

Литература

• Вычислительные машины будущего — Н.Лорд, П.Гирогосиан, Р.Уэллетт, Р.Клерман, П.Черемисиноф — 1987г., Москва, Издательство Мир[1] — перевод книги "Advanced Computers: Parallel and Biochip Processors" 1983 г., в которой в научно-популярной форме описываются компьютеры Cray-1 и его конкурент CDC Cyber 205

Примечания

1. ↑ CRAY 1-A: 1977–1989 в SCD Supercomputer Gallery
2. ↑ Cray-1, серийный номер 003, приобретенный в 1977 году Национальным Центром Атмосферных исследований США (англ.)
3. ↑ Cray-1A, серийный номер 006, работавший в Ливерморской национальной лаборатории
4. ↑ Cray-1A, серийный номер 011, приобретенный в 1979 году великобританским агентством по атомному оружию Atomic Weapons Establishment (англ.) (AWE)
5. ↑ Cray-1A, серийный номер 038, работавший в Ливерморской национальной лаборатории
6. ↑ приобретен SAAB Aerospace в 1976 году

Ссылки

• CRAY-1 Computer System Hardware Reference Manual, Publication No. 2240004 Rev.C 11/77 (first three chapters) — From DigiBarn / Ed Thelen
• CRAY-1 Computer System Hardware Reference Manual, Publication No. 2240004 Rev.C 11/77 (full, scanned, PDF)
• Cray Channels Magazine @ The Centre for Computing History
• Cray Manuals & Documentation @ The Centre for Computing History
• Cray Users Group Publications @ The Centre for Computing History

	Cray-1 на Викискладе?