Войти
Сеймур Крей позирует позади процессора Cray-3. ЦП занимает только верхнюю часть резервуара, остальное содержит память и блоки питания. Cray-3 был вектором суперкомпьютером, Сеймур Крей назначенный преемник Крей-2. Эта система была одним из первых основных применений полупроводников арсенида галлия (GaAs) в вычислительной технике с использованием сотен специально изготовленных ИС, упакованных в 1 кубический фут (0,028 м) ЦП. Целью проектирования была производительность около 16 GFLOPS, что примерно в 12 раз выше, чем у Cray-2.
Работа над Cray-3 началась в 1988 г. в лабораториях разработки Cray Research (CRI) в Чиппева-Фоллс, Висконсин. Другие команды лаборатории работали над проектами с аналогичными характеристиками. Чтобы сосредоточить усилия команд, работа над Cray-3 была перенесена в новую лабораторию в Колорадо-Спрингс, Колорадо позже в том же году. Вскоре после этого штаб-квартира компании в Миннеаполисе решила прекратить работу над Cray-3 в пользу другого дизайна, Cray C90. В 1989 году деятельность по созданию Cray-3 была передана недавно созданной компании Cray Computer Corporation (CCC).
Стартовый заказчик, Ливерморская национальная лаборатория, отменил свой заказ в 1991 году, и вскоре после этого ушли несколько руководителей компании. Первая машина была наконец готова в 1993 году, но без стартового заказчика она была взята взаймы в качестве демонстрационной единицы для близлежащего Национального центра атмосферных исследований в Боулдере. Компания обанкротилась в мае 1995 года, и машина была официально списана.
С доставкой первого Cray-3 Seymour Cray сразу же перешел к аналогичной, но улучшенной конструкции Cray-4, но компания обанкротилась. до того, как он был полностью протестирован. Cray-3 был последним завершенным проектом Cray; После банкротства CCC он сформировал SRC Computers, чтобы сконцентрироваться на параллельных разработках, но погиб в автокатастрофе в 1996 году, прежде чем эта работа была завершена.
Сеймур Крей приступил к разработке Cray-3 в 1985 году, как только Cray-2 был запущен в производство. Крей обычно ставил перед собой цель производить новые машины, в десять раз превосходящие предыдущие модели. Хотя машины не всегда соответствовали этой цели, это был полезный метод для определения проекта и выяснения того, какие улучшения процесса потребуются для его достижения. Для Cray-3 он решил поставить еще более высокую цель по повышению производительности - увеличение в 12 раз по сравнению с Cray-2.
Cray всегда решал проблему увеличения скорости тремя одновременными достижениями; больше исполнительных блоков, чтобы дать системе более высокий параллелизм, более плотную упаковку для уменьшения задержки сигнала и более быстрые компоненты для обеспечения более высокой тактовой частоты. Из трех Крей обычно наименее агрессивен на последнем; в его проектах, как правило, использовались компоненты, которые уже были широко распространены, а не передовые разработки.
Для Cray-2 он представил новую систему 3D-упаковки для своих интегральных схем, чтобы позволить более высокие плотности, и оказалось, что в этом процессе есть возможности для улучшения. Что касается новой конструкции, он заявил, что максимальная длина всех проводов будет ограничена 1 футом (0,30 м). Это потребовало бы, чтобы процессор мог поместиться в блок размером 1 кубический фут (0,028 м), что примерно на ⁄ 3 ЦП Cray-2. Это не только увеличило бы производительность, но и сделало бы систему в 27 раз меньше.
Для увеличения производительности в 12 раз одной упаковки было бы недостаточно, схемы на самих микросхемах также должны были бы ускориться. Cray-2, похоже, раздвинул пределы скорости кремниевых транзисторов на уровне 4,1 нс (244 МГц), и не было похоже, что что-то большее, чем еще 2x, может быть возможно. Если цель 12x была достигнута, потребовались бы более радикальные изменения, и пришлось бы использовать «высокотехнологичный» подход.
Cray намеревался использовать арсенид галлия схемы в Cray-2, который не только предлагал гораздо более высокие скорости переключения, но также потреблял меньше энергии и, следовательно, работал с меньшим охлаждением. Во время разработки Cray-2 состояние производства GaAs просто не соответствовало задаче по поставке суперкомпьютера. К середине 1980-х все изменилось, и Крей решил, что это единственный путь вперед. Учитывая отсутствие инвестиций со стороны крупных производителей микросхем, Cray решил инвестировать в стартап по производству микросхем GaAs, GigaBit Logic, и использовать их в качестве внутреннего поставщика.
Описывая систему в ноябре 1988 года, Cray заявил, что 12-кратное увеличение производительности будет состоять из трехкратного увеличения за счет схем на основе GaAs и четырехкратного увеличения за счет использования большего количества процессоров. Одной из проблем Cray-2 была низкая производительность многопроцессорной обработки из-за ограниченной полосы пропускания между процессорами, и для решения этой проблемы Cray-3 принял бы гораздо более быструю архитектуру, используемую в Cray Y -MP. Это обеспечит проектную производительность 8000 MIPS или 16 GFLOPS.
Cray-3 изначально планировалось поставить в 1991 году. Это было в то время, когда рынок суперкомпьютеров стремительно сокращался с 50% годового роста в 1980 году до 10% в 1988 году. В то же время Cray Research также работала над Y-MP, более быстрой многопроцессорной версией системной архитектуры, прослеживая ее происхождение до оригинальный Cray-1. Чтобы сосредоточить внимание групп Y-MP и Cray-3, и при личной поддержке Cray, проект Cray-3 переехал в новый исследовательский центр в Колорадо-Спрингс.
. К 1989 году Y-MP начал поставки., а основная лаборатория CRI в Chippewa Falls, Wisconsin, перешла на C90, дальнейшее усовершенствование в серии Y-MP. После того, как было продано всего 25 Cray-2, руководство решило, что Cray-3 следует поставить на «низкую приоритетность». В ноябре 1988 года лаборатория в Колорадо-Спрингс была выделена в Cray Computer Corporation (CCC), при этом CRI сохранила 10% акций новой компании и предоставила вексель на 85 миллионов долларов для финансирования развития. Сам Крей не был акционером новой компании и работал по контракту. Поскольку CRI сохранила договор аренды на первоначальное здание, новой компании пришлось снова переехать, что привело к дальнейшим задержкам.
К 1991 году строительство отставало от графика. Разработка замедлилась еще больше, когда Ливерморская национальная лаборатория отменила свой заказ на первую машину в пользу C90. Несколько руководителей, включая генерального директора, покинули компанию. Затем компания объявила, что будет искать клиента, которому нужна уменьшенная версия машины с четырьмя-восемью процессорами.
Первая (и единственная) серийная модель (серийный номер S5, названная Graywolf) была предоставлена во временное пользование. в NCAR в качестве демонстрационной системы в мае 1993 года. Версия NCAR была сконфигурирована с 4 процессорами и общей памятью 128 MWord (64-битные слова, 1 ГБ). В процессе эксплуатации статическое ОЗУ оказалось проблематичным. Также было обнаружено, что код квадратного корня содержал ошибку, из-за которой 1 из 60 миллионов вычислений были ошибочными. Кроме того, один из четырех ЦП не работал надежно.
CCC объявила о банкротстве в марте 1995 года, потратив около 300 миллионов долларов финансирования. На следующий день машина NCAR была официально выведена из эксплуатации. Для машин Cray-3 было построено семь системных шкафов или «резервуаров» с серийными номерами от S1 до S7. Большинство из них были для небольших двухпроцессорных машин. В проекте Cray-4 использовались три резервуара меньшего размера, по сути, Cray-3 с 64 более быстрыми процессорами, работающими на 1 нс (1 ГГц) и упакованными в еще меньшее пространство. Другой использовался для проекта Cray-3/SSS.
Неудача Cray-3 в значительной степени была вызвана изменением политического и технического климата. Машина была спроектирована во время распада Варшавского договора и окончания холодной войны, что привело к значительному сокращению закупок суперкомпьютеров. В то же время рынок все больше инвестировал в массивно-параллельные (MP или MPP) конструкции. Крей критически относился к этому подходу и был процитирован Wall Street Journal, заявив, что системы MPP еще не доказали своего превосходства над векторными компьютерами, отмечая трудности, с которыми многие пользователи сталкивались при программировании для больших параллельных машин. «Я не думаю, что они когда-либо будут универсально успешными, по крайней мере, при моей жизни».
Архитектура системы Cray-3 включает система обработки переднего плана, до 16 фоновых процессоров и до 2 гигавордов (16 ГБ) общей памяти. Система переднего плана была предназначена для ввода / вывода и управления системой. Он включал 32-битный процессор и четыре канала синхронных данных для запоминающего устройства и сетевых устройств, в основном через HiPPI каналы.
Каждый фоновый процессор состоял из вычислительной секции, секция управления и локальная память. Секция вычислений выполняла 64-битную скалярную, плавающую точку и векторную арифметику. В секции управления предусмотрены буферы команд, функции управления памятью и часы реального времени. В каждый фоновый процессор было встроено 16 тыс. Слов (128 кбайт) высокоскоростной локальной памяти для использования в качестве временной рабочей памяти.
Общая память состояла из кремния CMOS SRAM, организованные в октанты по 64 банка в каждом, с возможным количеством до восьми октантов. Размер слова составлял 64 бита плюс восемь битов для исправления ошибок, а общая пропускная способность памяти была оценена на уровне 128 гигабайт в секунду.
Типичная макет модуля, с расположением «субмодулей» 4х4, уложенных друг на друга по 4 шт. Металлические разъемы внизу служат для подключения питания. Как и в предыдущих проектах, ядро Cray-3 состояло из нескольких модулей, каждый из которых содержал несколько печатных плат, упакованных с деталями. Для увеличения плотности отдельные чипы GaAs не были упакованы, а вместо этого несколько были установлены непосредственно с помощью ультразвукового приклеивания золота на плату площадью примерно 1 дюйм (25 мм). Затем платы были перевернуты и соединены со второй платой, несущей электрическую проводку, причем провода на этой карте проходили через отверстия к «нижней» (противоположной чипам) стороне держателя микросхемы, где они были прикреплены, таким образом, микросхема помещалась между два слоя доски. Затем эти субмодули были уложены друг на друга по четыре слоя и, как и в Cray-2, подключены друг к другу для создания трехмерной схемы.
В отличие от Cray-2, модули Cray-3 также включали edge разъемы. Шестнадцать таких субмодулей были соединены вместе в массив 4 × 4, чтобы создать единый модуль размером 121 на 107 на 7 миллиметров (4,76 дюйма × 4,21 дюйма × 0,28 дюйма). Даже с этой передовой упаковкой плотность схемы была низкой даже по стандартам 1990-х годов, около 96000 вентилей на кубический дюйм. Современные процессоры предлагают миллионы затворов на квадратный дюйм, и переход на трехмерные схемы еще только рассматривался по состоянию на 2017 год.
Затем тридцать два таких модуля были уложены друг на друга и соединены вместе с массой витой пары. провода в единый процессор. Базовое время цикла составляло 2,11 нс, или 474 МГц, что позволяло каждому процессору достичь примерно 0,948 гигафлопс, а 16-процессорной машине - теоретической 15,17 гигафлопс. Ключом к высокой производительности был высокоскоростной доступ к основной памяти, что позволяло каждому процессу увеличивать скорость до 8 ГБ / с.
Готовый процессор процессора. Модули видны внутри, они установлены вертикально. Модули были скреплены в алюминиевом шасси, известном как «кирпич». Кирпичи были погружены в жидкость fluorinert для охлаждения, как в Cray-2. Четырехпроцессорная система с 64 модулями памяти рассеивала около 88 кВт мощности. Вся четырехпроцессорная система имела высоту около 20 дюймов (510 мм) спереди назад и чуть более 2 футов (0,61 м) в ширину.
Для систем с четырьмя процессорами процессор сборка находилась под полупрозрачной бронзовой акриловой крышкой наверху шкафа шириной 42 дюйма (1,1 м), глубиной 28 дюймов (0,71 м) и высотой 50 дюймов (1,3 м), с памятью под ней, а затем с блоками питания и системы охлаждения снизу. Восьми- и 16-процессорная система могла бы разместиться в более крупном восьмиугольном корпусе. В целом, Cray-3 был значительно меньше Cray-2, а сам по себе относительно мал по сравнению с другими суперкомпьютерами.
В дополнение к системному шкафу системе Cray-3 также требовались один или два (в зависимости от от числа процессоров) блоки управления системой (или "C-Pods"), квадратной формы 52,5 дюйма (1,33 м) и высотой 55,3 дюйма (1,40 м), содержащие оборудование для управления питанием и охлаждением.
Были официально указаны следующие возможные конфигурации Cray-3:
| Имя | ЦП | Память (Mwords) | Модули ввода / вывода |
|---|---|---|---|
| Cray -3 / 1-256 | 1 | 256 | 1 |
| Cray-3 / 2-256 | 2 | 256 | 1 |
| Cray-3 / 4-512 | 4 | 512 | 3 |
| Cray-3 / 4-1024 | 4 | 1024 | 3 |
| Cray-3 / 4-2048 | 4 | 2048 | 3 |
| Cray-3 / 8-1024 | 8 | 1024 | 7 |
| Cray-3 / 8-2048 | 8 | 2048 | 7 |
| Cray-3 / 16-2048 | 16 | 2048 | 15 |
Cray-3 запускал операционную систему Colorado Springs (CSOS), которая была на основе UNICOS операционной системы версии 5.0 от Cray Research. Основное различие между CSOS и UNICOS заключалось в том, что CSOS был перенесен на стандарт C, при этом все расширения PCC, которые использовались в UNICOS, были удалены.
Большая часть программного обеспечения, доступного под Cray-3, была получена от Cray Research и включал, например, X Window System, векторизацию FORTRAN и C компиляторы, NFS и TCP / IP стек.
