Войти
 | |
 Центральный блок Cray-2 (передний план) и «водопад» охлаждения Fluorinert (фон), на дисплее EPFL. | |
| Производитель | Cray Research |
|---|---|
| Тип | Суперкомпьютер |
| Дата выпуска | 1985 (1985) |
| Снято с производства | 1990 |
| ЦП | Пользовательские векторные процессоры |
| Предшественник | Cray X-MP |
Cray-2 и его Fluorinert - охлаждающий «водопад», ранее серийный номер 2101, единственная 8-процессорная система, когда-либо созданная для NERSC 
Cray-2, эксплуатируемого НАСА 
Вид спереди 1985 Суперкомпьютер Cray-2, Musée des Arts et Métiers, Париж 
Вид сбоку 1985 Superc omputer Cray-2, Musée des Arts et Métiers, Париж 
Деталь верхней части Cray-2 
Внутри Cray-2 Cray-2 - это суперкомпьютер с четырьмя векторными процессорами, созданный Cray Research начиная с 1985 года. При 1,9 GFLOPS максимальная производительность, это была самая быстрая машина в мире, когда она была выпущена, заменив на этом месте Cray X-MP. В свою очередь, в 1988 году он был заменен на Cray Y-MP.
Cray-2 был первым из разработок Seymour Cray. для успешного использования нескольких процессоров. Это было предпринято в CDC 8600 в начале 1970-х годов, но эмиттерно-логические (ECL) транзисторы той эпохи было слишком сложно упаковать в рабочая машина. Cray-2 решил эту проблему за счет использования интегральных схем ECL , 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. Эта проблема была решена уникальным образом, пропустив электрически инертную жидкость Fluorinert через схему под давлением и затем охладив 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 приступила к разработке Cray-3, вместо этого компания решила разработать серию Cray C90. Это та же последовательность событий, которая произошла при разработке 8600, и, как и в этом случае, Крей покинул компанию.
После успешного запуска своего знаменитого Cray-1, Сеймур Крей обратился к дизайну своего преемник. К 1979 году ему надоели перерывы в управлении в том, что теперь стало крупной 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 Чиппева-Фоллс, Висконсин из Control Data HQ в Миннеаполис, Миннесота, руководство Cray осознало его потребности и поддержало его переезд в новую лабораторию в Боулдере, Колорадо. Работая независимым консультантом в этих новых лабораториях Cray Labs, начиная с 1980 года, он собрал команду и начал работу над совершенно новым дизайном. Позже эта лаборатория закроется, а десять лет спустя откроется новый объект в Колорадо-Спрингс.
Ранее компания Cray решала проблему увеличения скорости с помощью трех одновременных достижений: большего количества функциональных модулей, чтобы обеспечить системе более высокий параллелизм, более жесткой упаковки для уменьшения задержек сигнала и более быстрых компонентов для обеспечения более высокой тактовой частоты. Классическим примером этой конструкции является CDC 8600, который упаковал четыре CDC 7600 -подобных машины на основе логики ECL в цилиндр размером 1 × 1 метр и запустил их со скоростью цикла 8 нс (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 может привести к отказу всего модуля, размещение большего количества их на платах значительно увеличило вероятность отказа. Охлаждение плотно упакованных отдельных компонентов также представляло серьезную проблему.
Одно из решений этой проблемы, к которому уже перешло большинство производителей компьютеров, заключалось в использовании интегральных схем (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. Во время разработки 8600 простая технология на основе MOSFET не обеспечивала необходимую скорость Cray. Однако к середине 1970-х неуклонные улучшения изменили ситуацию, и Cray-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 в значительной степени ограничивался механическими ограничениями; полученный компонент должен был быть достаточно большим, чтобы его можно было впаять в систему. Значительные улучшения плотности были возможны, как показало быстрое улучшение конструкции микропроцессора , но для типа ИС, используемых Cray, представляющих очень небольшую часть полной схемы, конструкция вышла на плато. Чтобы получить еще 10-кратное повышение 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 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 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 им часто приходилось проводить много времени в ожидании прибытия данных. Добавление четырех процессоров только усугубило эту проблему.
Чтобы избежать этой проблемы, новая конструкция банковской памяти и два набора регистров (B- и T-регистры) были заменены блоком 16 KWord самой быстрой памяти из возможных, называемой Локальная память, а не кэш, к которой подключаются четыре фоновых процессора с помощью отдельных высокоскоростных каналов. Данные в эту локальную память подавались выделенным процессором переднего плана, который, в свою очередь, был подключен 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 узкого места 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 выполнять, через восемь буферов из 16 слов, вместо того, чтобы связывать существующие каналы кеширования с фоновыми процессорами. Современные процессоры также используют разновидность этой конструкции, хотя процессор переднего плана теперь называется блоком загрузки / сохранения и не является полноценной машиной сам по себе.
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 установки блока разброса / сбора в процессоре переднего плана была довольно высокой. 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.
Ранние модели Cray-2 вскоре остановились на конструкции с использованием больших печатных плат, заполненных микросхемами. Из-за этого их было чрезвычайно трудно спаять вместе, а плотности по-прежнему было недостаточно для достижения поставленных целей. Команды работали над дизайном около двух лет, прежде чем даже сам Крей «сдался» и решил, что будет лучше, если они просто отменит проект и уволят всех, кто над ним работал. 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.
Типовой логический модуль с плотной упаковкой. штыри, соединяющие карты вместе, представляют собой золотые стержни, видимые между микросхемами. Шесть месяцев спустя у Крея случился момент «эврика ». 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 в середине плат с помощью штырей, выступающих с поверхности (известных как «pogos» или «z-штыри». "). 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 не могла бы работать; между ИС было слишком мало места для прохождения воздуха. Вместо этого система будет погружена в резервуар с новой инертной жидкостью от 3M, Fluorinert. 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.
В то время как это происходило, Cray X-MP разрабатывался под руководством Стива Чена в штаб-квартире Cray и выглядел так, как будто он даст Cray- +2 серьезный пробег за свои деньги. Чтобы справиться с этой внутренней угрозой, а также с рядом более новых японских машин, подобных Cray-1, система памяти Cray-2 была значительно 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 перешло из двумерной области или грубой трехмерной области в более тонкую трехмерную область, поскольку вычисления не должны полагаться на медленную виртуальную память.
Cray-2 был преимущественно разработан для США министерств обороны и энергетики. Как правило, использовались для исследований ядерного оружия или океанографических (гидролокаторов ). Однако первый Cray-2 (серийный номер 1) был использован в Национальном вычислительном центре магнитной термоядерной энергии в 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, компании Ford и General Motors использовали Cray-2 для обработки сложных анализа методом конечных элементов моделей кузовов автомобилей и для выполнения виртуальных краш-тестов кузова. компоненты до производства.
Cray-2 был бы заменен на Cray-3, но из-за проблем разработки был построен только один Cray-3, и за него так и не заплатили. Духовным потомком Cray-2 является Cray X1, предложенный Cray.
В 2012 году Петр Лущек (бывший докторант Джек Донгарра ) представил результаты, показывающие, что iPad 2 соответствует историческим характеристикам Cray-2 во встроенном тесте LINPACK.
Из-за использования жидкостного охлаждения Cray-2 получил прозвище «Пузырьки», и в общих шутках вокруг компьютера упоминалась эта уникальная система. Приколы включали таблички «Рыбачить нельзя», картонные изображения Лох-Несского чудовища, выходящего из бака теплообменника, пластмассовые рыбы внутри теплообменника и т. Д. Потребляемая мощность Cray-2 составляла 150–200 кВт.. Исследования, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в начале 1990-х годов, показали, что в ограниченной степени перфторированный полиэфир, используемый для охлаждения контуров Cray-2, разлагается с образованием чрезвычайно токсичного газа перфторизобутилена. 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. Производитель жидкости разработал скруббер, который можно было разместить рядом с насосом, который каталитически разлагал этот токсичный продукт разложения.
Каждый вертикальный стек логических модулей располагался над стеком силовых модулей, на которые подавалось напряжение 5 В шины, каждая из которых выдавала около 2200 ампер. Cray-2 питался от двух двигателей-генераторов, которые потребляли 480 В трехфазный.
 | Wikimedia У Commons есть носители, относящиеся к Cray-2. |
| Записи | ||
|---|---|---|
| , предшествующие. Cray X-MP / 4. 713 мегафлопс | Самый мощный суперкомпьютер в мире. 1985–1987 | На смену пришел. Cray Y-MP / 832. 2,144 гигафлопс |
