Крей-2 - Cray-2
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Сентябрь 2016) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
 | |
 Центральный блок Cray-2 (на переднем плане) и Флюоринерт -охлаждающий «водопад» (фон), выставленный на EPFL. | |
| Производитель | Cray Research |
|---|---|
| Тип | Суперкомпьютер |
| Дата выхода | 1985 |
| Снято с производства | 1990 |
| ЦПУ | Пользовательские векторные процессоры |
| Предшественник | Cray X-MP |
В Крей-2 это суперкомпьютер с четырьмя векторные процессоры сделан Cray Research с 1985 года. На 1,9 GFLOPS пиковая производительность, это была самая быстрая машина в мире, когда она была выпущена, заменив Cray X-MP в этом месте. Он, в свою очередь, был заменен на этом месте Крей Y-MP в 1988 г.
Cray-2 был первым из Сеймур Крей разработан для успешного использования нескольких процессоров. Это было предпринято в CDC 8600 в начале 1970-х годов, но эмиттерная логика (ECL) транзисторы эпохи было слишком сложно упаковать в рабочую машину. Cray-2 решил эту проблему с помощью ECL. интегральные схемы, упаковав их в новую трехмерную разводку, которая значительно увеличила плотность схемы.
Плотная упаковка и связанные с этим тепловые нагрузки были серьезной проблемой для Cray-2. Это было решено уникальным способом, заставив электрически инертный Флюоринерт жидкость проходит через схему под давлением, а затем охлаждает ее за пределами корпуса процессора. Уникальная система охлаждения «водопад» стала представлять высокопроизводительные вычисления в глазах общественности и в течение некоторого времени использовалась во многих информационных фильмах и в качестве реквизита для фильмов.
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 превосходят Cray-2. Когда Cray начал разработку Крей-3, компания решила разработать Cray C90 вместо этого. Это та же последовательность событий, которая произошла при разработке 8600, и, как и в этом случае, Крей покинул компанию.
Первоначальный дизайн
С успешным запуском его знаменитого Крей-1, Сеймур Крей обратился к дизайну своего преемника. К 1979 году ему надоели перерывы в управлении в том, что теперь было большой компанией, и, как он делал в прошлом, он решил оставить свой руководящий пост и перейти к созданию новой лаборатории. Как и в случае его первоначального переезда в Водопад Чиппева, штат Висконсин из Контрольные данные Штаб-квартира в Миннеаполис, Миннесота, Руководство Cray понимало его потребности и поддержало его переезд в новую лабораторию в Боулдер, Колорадо. Работая независимым консультантом в этих новых лабораториях Cray, начиная с 1980 года, он собрал команду и приступил к разработке совершенно нового дизайна. Позже эта лаборатория закрылась, а десять лет спустя в Колорадо-Спрингс откроется.
Ранее компания Cray решала проблему увеличения скорости с помощью трех одновременных достижений: большего количества функциональных блоков, чтобы обеспечить системе более высокий параллелизм, более плотной упаковки для уменьшения задержек сигнала и более быстрых компонентов, позволяющих повысить тактовую частоту. Классическим примером такого дизайна является CDC 8600, который упаковал четыре CDC 7600 -подобные машины на базе Логика ECL в цилиндр размером 1 × 1 метр и прогнали их на 8 нс скорость цикла (125 МГц ). К сожалению, плотность, необходимая для достижения этого времени цикла, привела к поломке машины. Платы внутри были плотно упакованы, и поскольку даже один неисправный транзистор приведет к отказу всего модуля, размещение большего количества модулей на картах значительно повысит вероятность отказа. Охлаждение плотно упакованных отдельных компонентов также представляло серьезную проблему.
Одним из решений этой проблемы, к которому уже перешло большинство производителей компьютеров, было использование интегральные схемы (ИС) вместо отдельных компонентов. Каждая ИС включала в себя набор компонентов из модуля, предварительно включенного в схему с помощью автоматизированного процесса построения. Если одна микросхема не работает, можно попробовать другую. В то время как 8600 разрабатывался простой МОП-транзистор Технология, основанная на технологиях, не обеспечивала необходимой Cray скорости. Однако к середине 1970-х неуклонные улучшения изменили ситуацию, и Крей-1 смог использовать более новые микросхемы и по-прежнему работать на приличных 12,5 нс (80 МГц). Фактически, Cray-1 был на самом деле несколько быстрее, чем 8600, потому что он содержал в системе значительно больше логики из-за небольшого размера ИС.
Хотя конструкция ИС продолжала улучшаться, физический размер ИС был ограничен в основном механическими ограничениями; полученный компонент должен был быть достаточно большим, чтобы его можно было впаять в систему. Резкое улучшение плотности стало возможным, поскольку быстрое улучшение микропроцессор дизайн был очевиден, но для типа микросхем, используемых Cray, представляющих очень небольшую часть полной схемы, дизайн вышел на плато. Чтобы получить еще 10-кратное увеличение производительности по сравнению с Cray-1, цель, к которой стремился Cray, машина должна была стать более сложной. Поэтому он снова обратился к решению типа 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 дизайна был увеличивающийся разрыв в производительности между процессором и основная память. В эпоху CDC 6600 память работала с той же скоростью, что и процессор, и основная проблема заключалась в загрузке в нее данных. Cray решил эту проблему, добавив в систему десять компьютеров меньшего размера, что позволило им иметь дело с более медленным внешним хранилищем (диски и ленты) и «впрыскивать» данные в память, когда основной 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 они часто проводили долгое время в ожидании прибытия данных. Добавление четырех процессоров только усугубило эту проблему.
Чтобы избежать этой проблемы, новый дизайн банковской памяти и два набора регистров (B- и T-регистры) были заменены на 16 KWord блок самой быстрой памяти, называемый Локальная память, не тайник, прикрепив четыре фоновые процессоры к нему с отдельными скоростными трубами. В эту локальную память поступали данные от специального процессор переднего плана которая, в свою очередь, была подключена к основной памяти через канал Гбит / с на процессор; X-MP, напротив, имели 3 канала для двух одновременных загрузок и магазин, а Y-MP / C-90 имели 5 каналов, чтобы избежать узкое место фон Неймана. Задача процессора переднего плана заключалась в том, чтобы "запустить" компьютер, обрабатывать память и эффективно использовать несколько каналов в основной памяти. Он запускал фоновые процессоры, передавая инструкции, которые они должны запустить, через восемь 16 слово буферы, вместо того, чтобы связывать существующие каналы кеширования с фоновыми процессорами. Современные процессоры также используют вариацию этой конструкции, хотя процессор переднего плана теперь упоминается как единица загрузки / хранения и сама по себе не полная машина.
Банки основной памяти были организованы по квадрантам для одновременного доступа, что позволяло программистам распределять свои данные по памяти для повышения параллелизма. Обратной стороной этого подхода является то, что стоимость настройки блок разброса / сбора на переднем плане процессор был довольно высоким. Конфликты шагов, соответствующие количеству банков памяти, страдали от потери производительности (задержки), что иногда происходило в алгоритмах на основе мощности 2 БПФ. Поскольку Cray 2 имел гораздо больший объем памяти, чем Cray 1 или X-MP, эту проблему легко решить, добавив в массив дополнительный неиспользуемый элемент, чтобы распределить нагрузку.
Упакованные платы и новые дизайнерские идеи
Ранние модели Cray-2 вскоре остановились на конструкции с использованием больших печатных плат, заполненных микросхемами. Из-за этого их было чрезвычайно сложно спаять вместе, а плотность все еще была недостаточной для достижения поставленных целей. Команды работали над дизайном около двух лет, прежде чем даже сам Крей «сдался» и решил, что было бы лучше, если бы они просто отменили проект и уволили всех, кто работал над ним. Лес Дэвис, бывший сотрудник Cray по дизайну, который оставался в штаб-квартире Cray, решил, что это следует продолжить с низким приоритетом. После некоторых незначительных перемещений персонала команда продолжала работать по-прежнему.
Шесть месяцев спустя Крей получил "эврика "момент. Он созвал главных инженеров на встречу и представил новое решение проблемы. Вместо того, чтобы делать одну большую печатную плату, каждая" карта "вместо этого будет состоять из трехмерной стопки из восьми, соединенных вместе посередине из досок с помощью выступающих из поверхности штифтов (известных как «поги» или «z-штифты»). Карты были уложены друг на друга, так что полученная стопка была всего около 3 дюймов в высоту.
С такой плотностью никакая обычная система с воздушным охлаждением работать не могла; между ИС было слишком мало места для прохождения воздуха. Вместо этого система будет погружена в резервуар с новой инертной жидкостью из 3 млн, Флюоринерт. Охлаждающая жидкость продавливалась боком через модули под давлением, и скорость потока составляла примерно один дюйм в секунду. Нагретая жидкость охлаждалась с помощью теплообменников с охлажденной водой и возвращалась в основной бак. Серьезная работа над новым дизайном началась в 1982 году, через несколько лет после первоначальной даты начала.
Пока это происходило Cray X-MP разрабатывался под руководством Стив Чен в штаб-квартире Cray, и выглядело так, будто это даст Cray-2 серьезный шанс за свои деньги. Чтобы справиться с этой внутренней угрозой, а также с рядом новых японских машин, подобных Cray-1, система памяти Cray-2 была радикально улучшена как по размеру, так и по количеству «каналов» в процессоры. Когда машина была поставлена в 1985 году, задержки были такими долгими, что большая часть ее преимуществ в производительности была связана с более быстрой памятью. Покупка машины действительно имела смысл только для пользователей, которым нужно было обрабатывать огромные массивы данных.
Первый поставленный Cray-2 обладал большим объемом физической памяти (256 MWord ), чем все ранее поставленные машины Cray вместе взятые. Моделирование переместилось из двумерной области или грубой трехмерной области в более тонкую трехмерную область, потому что вычисления не должны полагаться на медленную виртуальную память.
Использование и преемники
Cray-2 преимущественно разрабатывался для Соединенные Штаты Отделы Защита и Энергия. Как правило, использовались для ядерное оружие исследования или океанографический (сонар ) разработка. Однако первый Cray-2 (заводской номер 1) использовался на Национальный компьютерный центр магнитной термоядерной энергии в Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора для несекретных энергетических исследований. Он также нашел свое применение в гражданских агентствах (таких как Исследовательский центр НАСА Эймса ), университеты и корпорации по всему миру. Например, Форд и Дженерал Моторс оба использовали Cray-2 для обработки комплекса Конечно-элементный анализ модели кузовов автомобилей, а также для выполнения виртуальных краш-тестов компонентов кузова перед их производством.
Cray-2 был бы заменен Крей-3, но из-за проблем разработки был построен только один Cray-3, и за него так и не заплатили. Духовный потомок Cray-2 - Cray X1, предложено Cray.
Сравнение с более поздними компьютерами
В 2012 году Петр Лущек (бывший докторант Джек Донгарра ) представлены результаты, показывающие, что iPad 2 соответствует историческим характеристикам Cray-2 на встроенном LINPACK ориентир.[1]
Мелочи
Из-за использования жидкостного охлаждения Cray-2 получил прозвище «Пузырьки», и распространенные шутки вокруг компьютера относились к этой уникальной системе. Приколы включали таблички «Рыбалка запрещена», картонные изображения Лохнесское чудовище поднимающиеся из бака теплообменника, пластмассовые рыбы внутри теплообменника и т. д.[нужна цитата ] Потребляемая мощность Cray-2 составляла 150–200 кВт. Исследования, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в начале 1990-х годов, показали, что в ограниченной степени перфторированный полиэфир, используемый для охлаждения контуров Cray-2, будет разрушаться с образованием чрезвычайно токсичного газа. перфторизобутилен.[2] В то время Крей создал плакат, показывающий прозрачную «пузырьковую камеру», через которую пропускалась охлаждающая жидкость для визуального эффекта, с разливом того же материала, блестящим на полу - шутка заключалась в том, что если это действительно произошло, то предприятие пришлось бы эвакуировать.[3] Производитель жидкости разработал скруббер, который может быть установлен рядом с насосом, который каталитически разлагает этот токсичный продукт разложения.
Каждый вертикальный стек логических модулей располагался над стеком силовых модулей, питающих 5 В. шины, каждая из которых выдавала около 2200 ампер. Cray-2 питался от двух мотогенераторов, которые потребляли 480 В. трехфазный.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Ларабель, Майкл (16 сентября 2012 г.). «Apple iPad 2 со скоростью суперкомпьютера Cray-2». Получено 19 февраля, 2015.
- ^ 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? ]
внешняя ссылка
| Записи | ||
|---|---|---|
| Предшествует Cray X-MP /4 713 мегафлопс | Самый мощный суперкомпьютер в мире 1985–1987 | Преемник Крей Y-MP /832 2,144 гигафлопс |
Cray компьютеры | ||
|---|---|---|
| Cray Research |  | |
| Cray Computer Corp. | ||
| Суперсерверы Cray Research | ||
| Cray Inc. | ||