Cray-1 — суперкомпьютер, спроектированный Сеймуром Крэем и созданный компанией Cray Research Inc. в 1976 году. Пиковая производительность машины — 133 Мфлопса.
Cray-1 — это первый суперкомпьютер компании Cray Research, основанной «отцом суперкомпьютеров» Сеймуром Крэем после его ухода из компании CDC.
История создания Приступая в 1972 году к новому компьютеру, Крэй учел ошибки своего предыдущего неудачного проекта CDC 8600, а также плюсы и минусы конкурирующего проекта .
Во-первых, он отказался от транзисторов в пользу интегральных микросхем (ИС), которые давали такую плотность упаковки логических элементов при высокой надежности, которую невозможно было достичь с помощью транзисторов. Это позволило без потери производительности повысить время на такт до 12,5 нс (80 МГц), вместо амбициозных 8 нс (125 МГц) в CDC 8600. 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 «векторных регистров» — модулей памяти небольшого объёма, 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», то есть 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 чистого 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 Оперативная память 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 из которых с обеих сторон 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» с 12 колоннами, составленными 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 соответственно. 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 экземпляра 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 своё 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 марте 1976 года на 6 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, заплативший за машину с серийным номером 003 8,86 миллиона долларов (7955000 долларов за машину плюс 1 миллион за диски). Машина поступила в центр 11 июля 1977 года и вступила в строй в декабре 1977 года, сменив стареющий и перегруженный работой CDC 7600, и проработала в Центре до 1989 года.CRAY 1-A: 1977—1989 в SCD Supercomputer Gallery Клиенты могли арендовать Cray-1 за сумму 210 500 долларов в месяц, 1 час работы на Cray-1 стоил 7500 долларов.
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.
Одним из значимых достижений с использованием CRAY-1 было создание первых полноценный моделей общей циркуляции атмосферы (GCM), которые позволяли анализировать глобальное климатическое поведение. Эти модели стали основой для более сложных и точных климатических симуляций в будущем. CRAY-1 значительно ускорил процесс обработки климатических данных, что позволило реализовать более точные предсказания и углубить понимание климатических изменений. С помощью этого суперкомпьютера ученые смогли начать переосмысливать и уточнять научные теории о климате и его изменениях на Земле.
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.
Конкурентами Cray-1 на рынке суперкомпьютеров выступали машины компании CDC START-100 и Cyber 76, TI ASC компании Texas Instruments, ILLIAC IV компании Burroughs, IBM 370/195, STARAN компании Goodyear Aerospace и Hypercube компании . Руководители Cray Research на основании предыдущего опыта предполагали, что им удастся продать не больше дюжины машин Cray-1. Всего с 1975 по 1984 год была продана 61 машина Cray-1, что принесло с собой большой финансовый успех и поражение конкурентов: после выхода на рынок Cray-1 компания Texas Instruments прекратила продажи своей машины TI ASC и больше никогда не занималась суперкомпьютерами, компании CDC удалось продать только 4 машины CDC STAR-100, а IBM потеряла интерес к рынку суперкомпьютеров.
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
В 1985 году Крэй представил модель следующего поколения Cray-2. Пока Сеймур Крэй 5 лет работал над Cray-2, в 1982 году параллельной командой инженеров под руководством Стива Чена на основе Cray-1 был создан многопроцессорный компьютер Cray X-MP.
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)Документация на CAL на сайте bitsavers.org Cray FORTRAN (CFT)Документация на CFT на сайте bitsavers.org, первый компилятор FORTRAN с автоматической векторизацией
Операторы Компьютеры Cray-1 в казённых исследовательских учреждениях СШАSoni, A. H. Research Needs In Supercomputing . // Computers in Mechanical Engineering : Bi-monthly journal of the American Society of Mechanical Engineers. — N.Y.: Springer-Verlag New York, Inc., March 1986. — Vol. 4 — No. 5 — P. 41 — ISSN 0745-9726.ОператорКол-воНазначениеЛос-Аламосская национальная лаборатория5разработка ядерного оружияЛиверморская национальная лаборатория4разработка ядерного оружияСандийские национальные лаборатории2разработка ядерного оружияЛаборатория авиационного вооружения1военные исследованияНациональный центр атмосферных исследований1атмосферные исследованияАгентство национальной безопасности2обработка разведданных, криптографический анализИсследовательский центр НАСА им. Эймса1аэродинамические исследованияИсследовательский центр НАСА им. Льюиса1гидрогазодинамикаМиннесотский университет1фундаментальные исследования
Пользователи Для формирования представления о целях, для которых использовались компьютеры, ниже приводится перечень пользователей:
Музеи Национальный музей авиации и космонавтикиCray-1, серийный номер 003 , приобретённый в 1977 году Национальным Центром Атмосферных исследований США Музей компьютерной истории в Маунтин-Вью, штат Калифорния, СШАCray-1A, серийный номер 006 , работавший в Ливерморской национальной лаборатории Шведский национальный музей науки и техники, Стокгольм, Швеция,Cray-1A, серийный номер 009, приобретен SAAB Aerospace second-hand в 1983 году и установлен в National Supercomputer Centre в городе Linkoping Музей науки, Лондон, ВеликобританияCray-1A, серийный номер 011 , приобретенный в 1979 году великобританским агентством по атомному оружию (AWE) Компьютерный музей DigiBarn в Boulder Creek, штат Калифорния, СШАCray-1A, серийный номер 038 , работавший в Ливерморской национальной лаборатории Научный музей Брэдбери в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, США Немецкий музей в Мюнхене Федеральная политехническая школа Лозанны в Лозанне, Швейцария
Фотографии Cray-1
См. также Cray Inc. — компания — наследница компаний Сеймура Крэя и продолжатель его разработок
Примечания
Литература — 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 — замечательная книга о компании ERA, CDC, Cray Research и подробная биография Сеймура Крэя
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 Архитектура Cray-1 Документация на Cray-1 на сайте bitsavers.org
Категория:Суперкомпьютеры США 1 Категория:Мейнфреймы