Крей-2
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2016 г. ) |
 | |
 Центральный блок Cray-2 (на переднем плане) и охлаждающий «водопад» Fluorinert (на заднем плане) на выставке EPFL . | |
| Производитель | Крей Исследования |
|---|---|
| Тип | Суперкомпьютер |
| Дата выпуска | 1985 |
| Снято с производства | 1990 |
| Продано единиц | 25 |
| Процессор | Пользовательские векторные процессоры |
| Предшественник | Крей X-MP |
Cray -2 — это суперкомпьютер с четырьмя векторными процессорами, созданный компанией Cray Research начиная с 1985 года. При пиковой производительности 1,9 гигафлопс он был самой быстрой машиной в мире на момент своего выпуска, заменив в этом месте Cray X-MP . В 1988 году его, в свою очередь, заменил на этом месте Cray Y-MP .
Cray-2 был первой разработкой Сеймура Крея, в которой успешно использовалось несколько процессоров. Такая попытка была предпринята в CDC 8600 в начале 1970-х годов, но с эмиттерной логикой (ECL) транзисторы той эпохи было слишком сложно упаковать в работающую машину. В Cray-2 эта проблема решена за счет использования интегральных схем ECL , упакованных в новую трехмерную схему, что значительно увеличило плотность схемы.
Плотная упаковка и связанные с этим тепловые нагрузки были серьезной проблемой для Cray-2. Проблема была решена уникальным способом путем пропускания электрически инертной жидкости Fluorinert через схему под давлением и последующего охлаждения ее за пределами корпуса процессора. Уникальная система охлаждения «водопад» стала символом высокопроизводительных вычислений в глазах общественности и некоторое время использовалась во многих информационных фильмах, а также в качестве реквизита для кинофильмов.
В отличие от оригинального Cray-1, Cray-2 испытывал трудности с достижением максимальной производительности. Другие машины компании, такие как X-MP и Y-MP, значительно превзошли Cray-2 по продажам. Когда Cray начала разработку Cray-3 , компания решила вместо этого разработать серию Cray C90 . Это та же самая последовательность событий, которая произошла во время разработки 8600, и, как и в этом случае, Крэй покинул компанию.
Первоначальный дизайн
[ редактировать ]После успешного запуска своего знаменитого Cray-1 Сеймур Крей обратился к проектированию его преемника. К 1979 году ему надоели перерывы в управлении нынешней крупной компанией, и, как и в прошлом, он решил оставить свой руководящий пост и перейти к созданию новой лаборатории. Как и в случае с его первоначальным переездом в Чиппева-Фолс, штат Висконсин, из штаб-квартиры Control Data в Миннеаполисе, штат Миннесота , руководство Cray поняло его потребности и поддержало его переезд в новую лабораторию в Боулдере, штат Колорадо . Работая независимым консультантом в новой лаборатории Cray Labs, начиная с 1980 года, он собрал команду и приступил к разработке совершенно нового дизайна. Позже эта лаборатория закрылась, а десять лет спустя новое учреждение в Колорадо-Спрингс откроется .
Ранее Крэй решал проблему увеличения скорости тремя одновременными достижениями: больше функциональных блоков для обеспечения более высокого параллелизма системы, более плотная упаковка для уменьшения задержек сигнала и более быстрые компоненты для обеспечения более высокой тактовой частоты. Классическим примером такой конструкции является CDC 8600 , который упаковал четыре машины, подобные CDC 7600, на основе логики ECL, в цилиндр размером 1 × 1 метр и запускал их с частотой цикла 8 нс (125 МГц ). К сожалению, плотность, необходимая для достижения такого времени цикла, привела к поломке машины. Печатные платы внутри были плотно упакованы, и поскольку даже один неисправный транзистор мог привести к выходу из строя всего модуля, размещение большего количества таких плат на картах значительно увеличивало вероятность отказа. Охлаждение плотно упакованных отдельных компонентов также представляло собой серьезную проблему.
Одним из решений этой проблемы, к которому уже перешло большинство производителей компьютеров, было использование интегральных схем (ИС) вместо отдельных компонентов. Каждая микросхема включала в себя набор компонентов из модуля, предварительно подключенных к схеме в ходе автоматизированного процесса сборки. Если микросхема не работала, можно было попробовать другую. В то время, когда разрабатывался 8600, простая технология на основе MOSFET не обеспечивала той скорости, которая была необходима Cray. Однако неустанные улучшения изменили ситуацию к середине 1970-х годов, и Cray-1 смог использовать более новые микросхемы и по-прежнему работать с приличной частотой 12,5 нс (80 МГц). На самом деле Cray-1 был несколько быстрее, чем 8600, потому что он вмещал в систему значительно больше логики из-за небольшого размера микросхем.
Хотя конструкция ИС продолжала совершенствоваться, физический размер ИС был в основном ограничен механическими ограничениями; полученный компонент должен был быть достаточно большим, чтобы его можно было впаять в систему. Значительное увеличение плотности было возможно, как показало быстрое улучшение конструкции микропроцессора , но для типа микросхем, используемых Креем, представляющих собой очень небольшую часть полной схемы, конструкция застопорилась. Чтобы добиться еще одного 10-кратного увеличения производительности по сравнению с Cray-1, к чему стремился Крей, машина должна была стать более сложной. Поэтому он снова обратился к решению, подобному 8600, удвоив тактовую частоту за счет увеличения плотности, добавив больше этих меньших процессоров в базовую систему, а затем попытавшись решить проблему отвода тепла от машины.
Другой проблемой проектирования был увеличивающийся разрыв в производительности между процессором и основной памятью . В эпоху CDC 6600 память работала с той же скоростью, что и процессор, и основной проблемой была подача в нее данных. Крей решил эту проблему, добавив в систему десять компьютеров меньшего размера, что позволило им работать с более медленными внешними хранилищами (дисками и лентами) и «впрыскивать» данные в память, когда главный процессор был занят. Это решение больше не давало никаких преимуществ; Память была достаточно большой, чтобы в нее можно было считывать целые наборы данных, но процессоры работали настолько быстрее, чем память, что им часто приходилось долго ждать поступления данных. Добавление четырех процессоров только усугубило проблему.
Чтобы избежать этой проблемы, новая конструкция банковской памяти и два набора регистров (B- и T-регистры) были заменены блоком 16 КБ самой быстрой памяти размером , называемой локальной памятью, а не кэшем, к которому были подключены четыре фоновых процессора. к нему отдельными скоростными трубами. В эту локальную память данные поступали от выделенного процессора переднего плана , который, в свою очередь, был подключен к основной памяти через канал Гбит / с на каждый ЦП; У X-MP, напротив, было три канала для двух одновременных заряжаний и магазина, а у Y-MP/C-90 было пять каналов, чтобы избежать узкого места фон Неймана . Задачей процессора переднего плана было «запускать» компьютер, управлять хранилищем и эффективно использовать несколько каналов основной памяти. Он управлял фоновыми процессорами, передавая инструкции, которые они должны выполнять, через восемь буферов по 16 слов , вместо того, чтобы привязывать существующие каналы кэша к фоновым процессорам. Современные процессоры также используют вариант этой конструкции, хотя процессор переднего плана теперь называется процессором переднего плана. блок загрузки/хранения и не является самостоятельным устройством.
Банки основной памяти были организованы в квадранты для одновременного доступа, что позволяло программистам распределять свои данные по памяти для достижения более высокого параллелизма. Обратной стороной этого подхода является то, что стоимость установки блока рассеяния/сбора в процессоре переднего плана была довольно высокой. Конфликты шагов, соответствующие количеству банков памяти, приводят к снижению производительности (задержке), что иногда случалось в алгоритмах на основе БПФ со степенью 2. Поскольку у Cray 2 был гораздо больший объем памяти, чем у Cray 1 или X-MP, эту проблему можно было легко решить, добавив в массив дополнительный неиспользуемый элемент для распределения работы.
Печатные платы и новые дизайнерские идеи
[ редактировать ]Ранние модели Cray-2 вскоре остановились на конструкции с использованием больших печатных плат, оснащенных микросхемами. Из-за этого их было чрезвычайно сложно спаять вместе, а плотность все еще была недостаточной для достижения желаемых показателей производительности. Команды работали над дизайном около двух лет, прежде чем даже сам Крэй «сдался» и решил, что будет лучше, если они просто отменят проект и уволят всех, кто над ним работает. Лес Дэвис, бывший соавтор Крея по дизайну, который остался в штаб-квартире Cray, решил, что его следует продолжить с низким приоритетом. После некоторых незначительных кадровых перестановок команда продолжила работу в прежнем режиме.
Шесть месяцев спустя у Крея случился момент « эврики ». Он созвал главных инженеров на встречу и представил новое решение проблемы. Вместо того, чтобы делать одну большую печатную плату, каждая «карта» будет состоять из трехмерной стопки из восьми плат, соединенных вместе в середине плат с помощью контактов, торчащих из поверхности (известных как «пого» или «z-контакты»). "). Карты были уложены прямо друг на друга, поэтому высота стопки составила всего около 30 мм.
При такой плотности не могла работать ни одна традиционная система с воздушным охлаждением; между микросхемами было слишком мало места для потока воздуха. Вместо этого система будет погружена в резервуар с новой инертной жидкостью 3M от Fluorinert . Охлаждающая жидкость проталкивалась через модули под давлением, а скорость потока составляла примерно один дюйм в секунду. Нагретая жидкость охлаждалась с помощью водяных теплообменников и возвращалась в основной бак. Серьезная работа над новым дизайном началась в 1982 году, через несколько лет после первоначальной даты начала.
В то время как это продолжалось, Cray X-MP разрабатывался под руководством Стива Чена в штаб-квартире Cray, и казалось, что он составит серьезную конкуренцию Cray-2 за свои деньги. Чтобы справиться с этой внутренней угрозой, а также с рядом новых японских машин, подобных Cray-1, система памяти Cray-2 была значительно улучшена как по размеру, так и по количеству «каналов» в процессорах. Когда машина наконец была доставлена в 1985 году, задержки были настолько долгими, что большая часть ее преимуществ в производительности была обусловлена более быстрой памятью. Покупка машины действительно имела смысл только для пользователей с огромными наборами данных для обработки.
Первый поставленный Cray-2 имел больше физической памяти (256 Мслов ), чем все ранее поставленные машины Cray вместе взятые. Моделирование перешло из двумерной или грубой трехмерной среды в более точную трехмерную, поскольку вычислениям не приходилось полагаться на медленную виртуальную память.
Использование и преемники
[ редактировать ]Cray-2 преимущественно разрабатывался для США Министерства обороны и энергетики . Обычно они использовались для исследований ядерного оружия или океанографических ( гидролокационных ) разработок. Однако первый Cray-2 (серийный номер 1) использовался в Национальном энергетическом компьютерном центре магнитного синтеза Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса для несекретных энергетических исследований. Он также нашел свое применение в гражданских агентствах (таких как Исследовательский центр Эймса НАСА ), университетах и корпорациях по всему миру. Например, Ford и General Motors использовали Cray-2 для обработки сложных моделей кузовов автомобилей методом конечно-элементного анализа , а также для проведения виртуальных краш-тестов компонентов кузова перед производством.
Cray-2 должен был быть заменен Cray-3 , но из-за проблем с разработкой был построен только один Cray-3, и за него так и не заплатили. Духовным потомком Cray-2 является Cray X1 , предлагаемый Cray .
Сравнение с более поздними компьютерами
[ редактировать ]В 2012 году Петр Лущек (бывший аспирант Джека Донгарры ) представил результаты, показывающие, что iPad 2 соответствует историческим показателям Cray-2 во встроенном тесте LINPACK . [ 1 ]
Пустяки
[ редактировать ]Из-за использования жидкостного охлаждения Cray-2 получил прозвище «Пузыри», и в распространенных шутках вокруг компьютера упоминалась эта уникальная система. Приколы включали таблички «Рыбалка запрещена», картонные изображения Лохнесского чудовища, вылезающего из резервуара теплообменника, пластиковой рыбы внутри теплообменника и т. д. Потребляемая мощность Cray-2 составляла 150–200 кВт. Исследования, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в начале 1990-х годов, показали, что в ограниченной степени перфторированный полиэфир, используемый для охлаждения контуров Cray-2, может распадаться с образованием чрезвычайно токсичного газа перфторизобутилена . [ 2 ] В то время Крэй создал плакат, показывающий прозрачную «пузырьковую камеру», через которую для визуального эффекта пропускали охлаждающую жидкость, с пролитым тем же материалом, блестевшим на полу. Шутка заключалась в том, что если бы это действительно произошло, то объект пришлось бы эвакуировать. [ 3 ] Производитель жидкости разработал скруббер, который можно было бы разместить рядом с насосом и который каталитически разлагал бы этот токсичный продукт распада.
Каждая вертикальная стопка логических модулей располагалась над стопкой силовых модулей, которые питали 5-вольтовые шины , каждая из которых выдавала около 2200 ампер. Cray-2 питался от двух мотор-генераторов, питавшихся трехфазным напряжением 480 В.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ларабель, Майкл (16 сентября 2012 г.). «Apple iPad 2 такой же быстрый, как суперкомпьютер Cray-2» . Архивировано из оригинала 20 февраля 2015 года . Проверено 19 февраля 2015 г.
- ^ Кван, Дж. Келли, Р., Миллер Г. Презентация на Американской конференции по промышленной гигиене, Солт-Лейк-Сити, Юта, май 1991 г.
- ^ Келли, Р.Дж., Личный опыт [ ненадежный источник? ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Крей компьютеры | ||
|---|---|---|
| Крей Исследования |  | |
| Компания «Крэй Компьютер» | ||
| Суперсерверы Cray Research | ||
| Крей Инк. | ||