Cray-1

Cray-1

Cray-1
Laboratorio Nacional Los Álamos
El Cray-1
Interior del supercomputador Cray-1
Localización California, Estados Unidos
Fecha 1976
Arquitectura Vectorial de 64 bits
Una Cray-1 preservada en el Deutsches Museum

El Cray-1 era un superordenador diseñado por un importante número de informáticos encabezados por Seymour Cray para Cray Research. El primer sistema Cray-1 fue instalado en el laboratorio nacional de Los Álamos en 1976. Es uno de los supercomputadores más conocidos y exitosos de la historia, y de los más potentes en su época.

Anunciado en 1975, desató una escalada de ofertas por parte del Laboratorio Nacional de Los Álamos y el Lawrence Livermore, ganando finalmente el primero.

A lo largo de los años, la empresa Cray Research esperaba vender una docena de superordenadores Cray-1, a un precio de entre 5 y 8 millones de dólares, pero finalmente vendió más de ochenta. La máquina dio la fama a Seymour Cray y a Cray Research, siendo continuada en diversas versiones hasta los años 90.

Como características técnicas, la primera versión (Cray-1A) operaba con procesadores vectoriales a 80 Mhz, era un sistema de 64-bits y pesaba 5.5 toneladas, incluyendo el sistema de refrigeración por freón; pese a su gran tamaño solo tenia 16 MB de Ram, por lo que cualquier laptop actual es cientos de veces mas poderosa que la Cray-1

Contenido

Historia

En los años 1968 a 1972 Cray estaba trabajando en Control Data en una nueva máquina conocida como el CDC 8600, el lógico sucesor de sus anteriores CDC 6600 y CDC 7600. El 8600 estaba esencialmente compuesta de cuatro 7600s en una caja.

Jim Thornton, ex socio de ingeniería Cray en diseños anteriores, había comenzado un proyecto más radical conocida como el CDC STAR-100. A diferencia del 8600, que utilizaba la fuerza bruta, STAR tomó una ruta completamente diferente. De hecho, el procesador principal de la estrella tenía menos rendimiento que la 7600, pero añadió hardware adicional e instrucciones para acelerar las tareas particularmente como un superordenador.

En 1972, el 8600 ha llegado a un callejón sin salida. La máquina era tan increíblemente compleja que era imposible conseguir un trabajo bien hecho, incluso un único componente defectuoso haría la máquina no operativa. Cray fue a William Norris, CEO de control de datos, diciendo que un rediseño a partir de nada era necesario. En ese momento en que la empresa se encontraba en graves problemas financieros, y con su estrella en la cadena de montaje, Norris simplemente no pudo invertir el dinero. Cray deja la empresa. Inicio de una nueva empresa a unos metros de la sede de la CDC de laboratorio, tanto en el patio trasero de la tierra que él compró en Chippewa Falls, WI, él y un grupo de ex empleados de los CDC comenzó a buscar ideas. Al principio, el concepto de construcción de otro superordenador parecía imposible, pero después de la CTO viajó a Wall Street y se encontró una alineación de los inversores más que dispuesta a volver Cray, todo lo que se necesita es un diseño.

En 1975, la de 80 MHz Cray-1 fue anunciado. La emoción es tan elevado que una guerra de ofertas para la primera máquina estalló entre el Lawrence Livermore National Laboratory y Los Alamos National Laboratory, éste eventualmente ganar y recibir el número de serie 001 en 1976 para un período de seis meses de juicio. El Centro Nacional de Investigaciones Atmosféricas (NCAR), fue Cray Research primer cliente en julio de 1977, el pago de 8,86 millones de dólares de los EE.UU. (7,9 millones de dólares, más 1 millón de dólares para los discos). NCAR la máquina fue clausurada en enero de 1979. La compañía espera vender tal vez una docena de las máquinas, pero a lo largo de ochenta Cray-1 de todos los tipos fueron vendidas, a precios desde $ 5M a $ 8M. La máquina Cray hizo una celebridad, y la empresa un éxito, con una duración hasta el superordenador accidente a principios de 1990. El Cray-1 fue sucedido en 1982 por los 800 MFLOPS Cray X-MP, Cray la primera computadora multi-proceso. En 1985, el muy avanzado Cray-2, con capacidad de 1,9 GFLOPS máximo rendimiento, logró los dos primeros modelos, pero se encontró con un algo limitado éxito comercial a causa de ciertos problemas en el rendimiento sostenido en la producción de las aplicaciones del mundo real. Una evolución más conservadora diseñado sucesor de la Cray-1 y X-MP, por lo tanto, los modelos se hizo, por el nombre Cray Y-MP, y puso en marcha en 1988.

Antecedentes

Típico trabajo consistente de la lectura en grandes conjuntos de datos, transformando de alguna manera y, a continuación, escrito de nuevo de nuevo. Normalmente, las transformaciones que se aplican son idénticas en todos los puntos de datos en el conjunto. Por ejemplo, el programa podría añadir 5 a cada número en un conjunto de un millón de números. En los ordenadores tradicionales el programa bucle sobre todos los millones de números, la adición de cinco, lo que generará un millón de instrucciones diciendo a = add b, c Internamente el equipo resuelve esta instrucción en varios pasos. En primer lugar, se lee la instrucción de la memoria y decodifica y, a continuación, que recoge toda la información adicional que necesita, en este caso, el número B y C, y finalmente se ejecuta la operación y almacena los resultados.

Vector máquinas

En el STAR, nuevas instrucciones escribió esencialmente los bucles para el usuario. El usuario dijo que la máquina en la memoria el "gran lista de números" se guardó y, a continuación, alimentados en una sola instrucción de a(1..1000000) = addv b(1..1000000), c(1..1000000) A primera vista parece que el ahorro es limitada, en este caso la máquina sólo obtiene y decodifica una sola instrucción en lugar de 1000000, con el consiguiente ahorro 1000000 obtiene decodifica y, tal vez ¼ del tiempo total. Pero el verdadero ahorro no son tan evidentes. Internamente el equipo de la CPU se construye a partir de una serie de piezas dedicadas a una sola tarea, por ejemplo, añadir un número o de obtención de la memoria. La instrucción como normalmente fluye a través de la máquina es sólo una parte activa en cualquier momento, en el sentido de todo el proceso tiene que completar antes de un valor que está escrito en. Sin embargo, la adición de una instrucción gasoducto cambios esto, estas máquinas en la CPU que "mirar hacia adelante" y comenzar a buscar el próximo instrucciones mientras que la primera es todavía siendo trabajadas. En esta línea de montaje de cualquier manera sigue siendo una instrucción como proceso a largo, pero tan pronto como termina el próximo uno ya está casi terminado. Los procesadores vectoriales utilizar esta técnica con un nuevo "truco". Porque los datos de diseño es "conocida", básicamente un conjunto de números dispuestos linealmente en la memoria, las tuberías se puede ajustar para mejorar el rendimiento de los obtiene. Sobre la recepción de un vector de la instrucción, hardware especial establece la memoria de acceso para el animal y las matrices de datos en el procesador lo más rápido posible. El enfoque de los CDC en el STAR utilizado lo que hoy se conoce como una memoria-arquitectura de memoria. Esto se refiere a la forma en que la máquina se reunieron los datos, la creación de su oleoducto a leer y escribir directamente en la memoria. Esto le permitió el uso de vectores de cualquier longitud o anchura (o de paso como se le conoce), por lo que es muy flexible. Lamentablemente, la tubería tenía que ser muy "profundo" con el fin de permitir que tenga instrucciones de vuelo suficiente para compensar la lentitud de la memoria, y eso significa que la máquina tuvo un costo muy alto al pasar de los vectores de transformación de datos a la normalidad. Además, el lento "normal" el rendimiento de la máquina entiende que, tras el cambio había tenido lugar y la máquina estaba en funcionamiento la lógica de instalación típica, el rendimiento fue bastante pobre. El resultado fue bastante decepcionante rendimiento del mundo real, algo que podría haber sido evidente que los diseñadores han examinado de la Ley de Amdahl.

Enfoque de Cray

Cray es capaz de ver el fracaso de la estrella y aprender de ella. Se decidió que, además de rápido procesamiento de vectores, su diseño también requeriría excelente en todos los resultados y la lógica. De esta forma cuando el equipo de conmutación de modos, seguiría siendo el más rápido por ahí. Además se observó que el volumen de trabajo podría ser mejorado de manera espectacular en la mayoría de los casos mediante la utilización de registros. Así como anteriormente había hecho caso omiso de las máquinas el hecho de que la mayoría de las operaciones se están aplicando a muchos puntos de datos, STAR ignorado el hecho de que esos mismos datos en varias ocasiones se operaron. Considerando que la estrella leer y procesar la misma memoria en cinco ocasiones a un plazo de cinco operaciones de vectores en un conjunto de datos, sería mucho más rápido para leer en ellos una vez y aplicar las cinco operaciones de la sesión, mientras que en los registros de la CPU. Registros son extremadamente caros en términos de circuitos de modo que sólo podrían ser tantos siempre, lo que significa que el diseño de Cray habría menos flexibilidad en términos de tamaño del vector. En lugar de leer cualquier tamaño del vector en varias ocasiones como en el STAR, en el diseño de la máquina Cray tendría que leer las pequeñas partes de los datos a la vez, pero luego ejecutar varias operaciones a la vez. Dado el volumen de trabajo típico, Cray consideró que la pequeña pérdida debido a que tengan acceso a la memoria en pasos era un costo que vale la pena pagar. Desde la típica operación de vectores implicaría cargando un pequeño conjunto de datos en el vector de registros y ejecutando varias operaciones sobre el mismo, el sistema de vector de la nueva concepción tuvo su propio oleoducto. Por ejemplo, la multiplicación y la adición de unidades se aplicaron por separado de hardware, así que los resultados podrían ser de un pipeline internos en el próximo, decodificar la instrucción que ya ha sido tratado en la máquina del gasoducto principal. Cray se refiere a este concepto de encadenamiento, ya que permitía a los programadores a "cadena juntos" varias instrucciones y extraer un mayor rendimiento.

Descripción

La nueva máquina fue el primer Cray diseño para utilizar los circuitos integrados (CI). Aunque CI ha estado disponible desde el decenio de 1960, fue sólo en la década de 1970 que alcanzó el rendimiento necesario para aplicaciones de alta velocidad. El Cray-1 utiliza sólo el 4 diferentes tipos de IC, ni una doble puerta ECL (4 de entrada + 5 de entrada, cada uno con diferencial de salida), otro más lento MECL 4 / 5 NI puerta utilizados para abordar fanout, un 16x1 de alta velocidad (6 ns) RAM estática utilizado para los registros, y un 1k x 1 RAM estática 50 ns utilizado para la memoria principal. En total, la Cray-1 que figuran cerca de 200.000 puertas, aproximadamente la misma que la Intel 386 de la década de 1980. CI fueron montados en cinco grandes capas, circuitos impresos, con hasta 144 por tarjeta CI. Juntas fueron montados espalda con espalda para el enfriamiento (véase más adelante) y se coloca en veinticuatro 28-pulgadas de alta bastidores doble que contiene 72 tablas. El típico módulo (unidad de tratamiento de distintos) que se requieren uno o dos tablones. En todas las máquinas que figuran en 113 módulos de 1.662 variedades.

Uno de los problemas descubiertos durante el diseño inicial era que la velocidad de funcionamiento de la máquina es lo suficientemente cerca a la señal veces en las juntas-una característica de diseño deliberada-que las ondas pueden ser creadas en algunos de los circuitos eléctricos. Esto significa que la señal podría llegar a su destino de CI en un "punto bajo" en las ondas, lo que hace difícil de detectar. Este problema se resolvió mediante la adición de pequeños retrasos en la trayectoria de la señal, ya sea mediante la colocación de lámina junto a las huellas de añadir una pequeña cantidad de capacitancia, o alternativamente añadir CI en la señal de alto de puntos. Algunas estimaciones señalan que cerca del 40% de las puertas en la máquina, simplemente hay que añadir inmediatamente y limpiar la señal.

Como siempre, Cray gastó un tiempo considerable en el diseño mecánico y eléctrico del sistema, mejorar el rendimiento a través de acortar los tiempos de ciclo. Módulos cableados entre sí con circuitos de alta potencia para reducir los efectos del ruido, lo que permite a los receptores de "resolver" más rápido. Cada cable entre los módulos se realizó de de par trenzado, y cortar en longitudes muy específicas con el fin de evitar reflejos eléctricos. Cada amplificador es equilibrado, por lo que si un alambre se somete a otra de alta potencia se redujo, con lo que la demanda en el suministro de energía constante y evitar el ruido de conmutación. Todo ello de gran potencia en circuitos genera un calor considerable, y como siempre los diseñadores de Cray gastado tanto esfuerzo en el sistema de refrigeración como el resto del diseño mecánico. En este caso, cada placa de circuito se combina con una segunda, situada inmediatamente después de una hoja de cobre entre ellos. La hoja de cobre de calor llevó a cabo a los bordes de la jaula, donde freón líquido en tuberías de funcionamiento señala que lejos de la unidad de enfriamiento por debajo de la máquina. El primer Cray-1 se retrasó seis meses debido a problemas en el sistema de refrigeración, lubricante que normalmente se mezcla con el freón para mantener el funcionamiento del compresor se fuga a través de los sellos y, finalmente, las juntas con capa de aceite hasta que en corto a cabo. Nueva técnicas de soldadura que se ha utilizado para sellar correctamente la manguera. Con el fin de exprimir todo lo posible onza de velocidad de la máquina, todo el chasis se dobló en una gran forma-C. Velocidad que dependen de las porciones del sistema se coloca en el "borde interior" de los chasis, donde el hilo se corta longitud. Esto permitió a la duración del ciclo que se redujo a 12,5 ns (80 MHz), no tan rápido como los 8 ns 8600 había renunciado, pero lo suficientemente rápido para batir su anterior CDC 7600 y la estrella. NCAR estima que el rendimiento global del sistema fue de 4,5 veces la CDC 7600.

El Cray-1 fue construido como un sistema de 64 bits, una salida de la 7600/6600, que fueron de 60 bits (también un cambio previsto para el 8600). Abordar era de 24 bits, para un máximo de 1 megaword (8 MB) de memoria principal. Memoria se extendió a través de 16 bancos, cada uno con un tiempo de ciclo de 50 ns, lo que permite un máximo de cuatro palabras para ser leídas por ciclo. El principal registro establecido por ocho de 64-bit escalar (S) y ocho registros de 24 bits dirección (A) registros. Estas fueron apoyadas por un conjunto de sesenta y cuatro registros para cada uno de S y un almacenamiento temporal conocido como T y B, respectivamente, que podrían no ser vistos por las unidades funcionales. El sistema de vector añadido otros ocho 64-palabra de 64 bits del vector (V) de los registros, así como un vector de longitud (VL) y máscara de vectores (VM). Por último, el sistema también incluye un reloj de 64-bit y 64-bits cuatro buffers de instrucción que se celebró sesenta y cuatro instrucciones de 16 bits cada uno. El equipo fue creado para permitir que el vector de registros a ser alimentados en una palabra por ciclo, mientras que la dirección y escalar de dos registros. En cambio, toda la instrucción de dieciséis palabra de amortiguamiento podría ser llenado en cuatro ciclos. El sistema de doce unidades funcionales, sino que ha limitado paralelismo. Podría obtener una instrucción por ciclo de reloj en las unidades, pero operan en ellos y en paralelo se jubilaría dos. Su funcionamiento teórico fue 160 MIPS (80 MHz × 2 las instrucciones), aunque hubo algunas limitaciones que hicieron de punto flotante de rendimiento en general acerca de 136 megaflops. Sin embargo, mediante el uso de vectores de las instrucciones cuidadosamente y la creación de cadenas de útil, el sistema podría alcanzar un máximo de 250 megaflops.

Puesto que la máquina fue diseñada para operar en los grandes conjuntos de datos, el diseño también dedicado considerables a los circuitos de E / S. A principios de los diseños Cray CDC había incluido en equipos independientes dedicados a esta tarea, pero esto ya no era necesario. Por el contrario, la Cray-1 incluye cuatro 6 - controladores de canal, cada uno de los cuales se dio acceso a la memoria principal, una vez cada cuatro ciclos. Los canales de 16-bits de ancho, y en 3 bits de control y cuatro para la corrección de errores, por lo que la máxima velocidad de transferencia es de 1 palabra por cada 100 ns, o 500K palabras por segundo, para toda la máquina. El modelo inicial, la Cray-1A, pesa 5,5 toneladas incluida la freón sistema de refrigeración. Configurado con 1 millón de palabras de memoria RAM, la máquina y sus fuentes de alimentación se consume cerca de 115 kW de potencia, refrigeración y almacenamiento probablemente más del doble de esta cifra. Un Data General SuperNova S/200 se utiliza generalmente como un "front end" para el control de los piensos en las instrucciones de la máquina, más tarde sustituido por el de Eclipse. El Cray-1S más tarde tuvo un poco más rápido clockspeed de 12,0 ns, y que la memoria principal en tamaños de 1, 2 y 4 millones de palabras. Los datos generales de máquinas fueron sustituidas por una en-casa de diseño de 16 bits funcionando a 80 MIPS. El sistema de E / S fue separado de la máquina, conectado a la red a través de un sistema de 6 MB por segundo y un canal de control de 100 MB por segundo de datos de alta velocidad del canal. Esta separación hizo el 1S ver como dos "medio crays" separadas por unos pocos metros, lo que permitió que el sistema de E / S para ser ampliado según se requiera. Sistemas puede ser comprado en una variedad de configuraciones desde el S/500 con I / O y M-½ palabra de memoria, a la S/4400 palabras con 4M-4 y E / S de los transformadores.

El Cray 1-S fue sustituido por el Cray-1M, la M indicando que se utiliza menos caro MOS basado en memoria RAM en el sistema de E / S. El 1M sólo se presenta en tres versiones, la M/1200 con-1M palabra en 8 bancos, o la M/2200 y M/4200 con 2 o 4 M en 16 bancos. Todas estas máquinas incluyen dos, tres o cuatro de E / S de los procesadores, y el sistema añade una segunda opcional de alta velocidad de datos del canal. Los usuarios también pueden añadir un estado sólido dispositivo de almacenamiento, un disco RAM, con 8 a 32M-MOS-palabras de memoria RAM.

Museos

Varios modelos de ordenadores Cray Super se exhiben en el Museo de Historia de Computadoras en Mountain View, California. Un Cray-1 se encuentra en exhibición en el Digibarn Museo ordenador. Un Cray-1 se encuentra en exhibición en el Deutsches Museum.

Software

En 1978, el primer paquete de software estándar para la Cray-1 fue puesto en libertad, que consiste en tres productos principales: Cray sistema operativo (COS) (más tarde iría máquinas UNICOS, Cray de UNIX sabor), Cray lenguaje ensamblador (CAL), y Cray FORTRAN (CFT), la primera automáticamente vectorizing FORTRAN compilador

Comparación con modernos procesadores de PC

A partir de 2007, los más rápidos procesadores de PC realizar más de 40 GFLOPS, más de 130 veces más rápido[1] que un Cray-1.

Referencias

Enlaces externos

Commons

Obtenido de "Cray-1"

Wikimedia foundation. 2010.

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