Cray-3 - Cray-3

Seymour Cray představuje za nádrží procesoru Cray-3. CPU zabírá pouze horní část nádrže, zbytek obsahuje paměť a napájecí zdroje.

The Cray-3 byl vektor superpočítač, Seymour Cray určený nástupce Cray-2. Systém byl jednou z prvních hlavních aplikací systému galium arsenid (GaAs) polovodiče ve výpočetní technice, využívající stovky zakázkových konstrukcí Integrované obvody zabaleno do 1 kubické stopy (0,028 m3) procesor. Cílem designu bylo představení kolem 16 GFLOPS, asi 12krát větší než Cray-2.

Práce na Cray-3 byly zahájeny v roce 1988 v Cray Research Laboratoře pro rozvoj (CRI) v Chippewa Falls, Wisconsin. Ostatní týmy v laboratoři pracovaly na designech s podobným výkonem. Za účelem soustředění týmů bylo úsilí Cray-3 přesunuto do nové laboratoře Colorado Springs, Colorado později ten rok. Krátce nato bylo sídlo společnosti v Minneapolis se rozhodl ukončit práci na Cray-3 ve prospěch jiného designu, Cray C90. V roce 1989 se snaha Cray-3 roztočila do nově vytvořené společnosti, Cray Computer Corporation (CCC).

Spouštěcí zákazník, Lawrence Livermore National Laboratory, zrušili svoji objednávku v roce 1991 a řada vedoucích společností brzy odešla. První stroj byl konečně připraven v roce 1993, ale bez startovacího zákazníka byl místo toho zapůjčen jako demonstrační jednotka blízkému Národní centrum pro výzkum atmosféry v Balvan. Společnost zkrachovala v květnu 1995 a stroj byl oficiálně vyřazen z provozu.

Dodáním prvního Cray-3 Seymour Cray okamžitě přešel k podobnému, ale vylepšenému Cray-4 design, ale společnost zkrachovala, než byla úplně otestována.[1] Cray-3 byl Crayův poslední dokončený design; s bankrotem společnosti CCC založil společnost SRC Computers, aby se soustředil na paralelní návrhy, ale zemřel před autonehodou v roce 1996 před dodáním této práce.[2]

Dějiny

Pozadí

Seymour Cray zahájil návrh Cray-3 v roce 1985, jakmile Cray-2 dosáhla produkce.[3] Cray si obecně stanovil za cíl vyrábět nové stroje s desetinásobným výkonem oproti předchozím modelům. Ačkoli stroje ne vždy splňovaly tento cíl, byla to užitečná technika při definování projektu a objasnění toho, jaký druh vylepšení procesu by bylo zapotřebí k jeho splnění.[4] Pro Cray-3 se rozhodl stanovit ještě vyšší cíl zlepšení výkonu, což je 12násobný nárůst oproti Cray-2.[5]

Cray vždy zaútočil na problém zvýšené rychlosti třemi současnými pokroky; více popravní jednotky aby byl systém vyšší rovnoběžnost, přísnější balení pro snížení zpoždění signálu a rychlejší komponenty umožňující vyšší rychlost hodin. Z těch tří byl Cray poslední nejméně normálně agresivní; jeho designy inklinovaly k použití komponent, které již byly široce používány, na rozdíl od špičkových designů.[4]

Pro Cray-2 představil nový 3D balicí systém integrované obvody umožnit vyšší hustotu,[6] a zdálo se, že v tomto procesu existuje určitý prostor pro zlepšení. Pro nový design uvedl, že všechny dráty budou omezeny na maximální délku 1 stopy (0,30 m). To by vyžadovalo, aby se procesor vešel do 1 kubické stopy (0,028 m3) blok, asi1⁄3 CPU Cray-2. To by nejen zvýšilo výkon, ale způsobilo by to systém 27krát menší.[7]

Pro 12násobné zvýšení výkonu by samotné balení nestačilo, obvody na samotných čipech by se také musely zrychlit. Zdálo se, že Cray-2 posouvá hranice rychlosti křemík -na základě tranzistory na 4,1 ns (244 MHz) a nezdálo se, že by bylo možné něco víc než další 2x. Pokud by měl být splněn cíl 12x, bylo by zapotřebí radikálnějších změn a musel by být použit „high-tech“ přístup.[8]

Cray měl v úmyslu použít galium arsenid obvody v Cray-2, které by nejen nabízely mnohem vyšší spínací rychlosti, ale také používaly méně energie, a tak běžely také chladněji. V době, kdy byl Cray-2 navrhován, stav výroby GaAs prostě nebyl na úkolu dodávat superpočítač.[9] V polovině 80. let se věci změnily a Cray se rozhodl, že je to jediná cesta vpřed.[10] Vzhledem k nedostatečným investicím ze strany velkých výrobců čipů se Cray rozhodl investovat do spuštění výroby čipů GaAs, GigaBit Logic, a použít je jako interního dodavatele.[11]

Při popisu systému v listopadu 1988 Cray uvedl, že 12násobné zvýšení výkonu by bylo tvořeno třikrát zvýšeným kvůli obvodům GaAs a čtyřikrát kvůli použití více procesorů. Jedním z problémů Cray-2 byl špatný multiprocesní výkon kvůli omezenému šířka pásma mezi procesory a Cray-3 by k tomu přijal mnohem rychlejší architekturu používanou v Cray Y-MP. To by poskytlo návrhový výkon 8000 MIPS nebo 16 GFLOPS.[7]

Rozvoj

Cray-3 byl původně určen k dodání v roce 1991.[12] Stalo se to v době, kdy se trh superpočítačů rychle zmenšoval z 50% meziročního růstu v roce 1980 na 10% v roce 1988.[10] Současně Cray Research pracoval také na Y-MP, rychlejší víceprocesorové verzi systémové architektury, která sledovala jeho původ před původním Cray-1. Za účelem soustředění skupin Y-MP a Cray-3 as osobní podporou Craye[13] projekt Cray-3 se přestěhoval do nového výzkumného centra v Colorado Springs.[3]

V roce 1989 zahájila Y-MP dodávky a hlavní laboratoř CRI Chippewa Falls, Wisconsin, přešel na C90, další vylepšení v řadě Y-MP.[14][15] Když se prodalo pouze 25 Cray-2, vedení se rozhodlo, že Cray-3 by měl být kladen na vývoj s „nízkou prioritou“. V listopadu 1988 byla laboratoř Colorado Springs odstartována jako Cray Computer Corporation (CCC), přičemž CRI si ponechá 10% akcií nové společnosti a poskytne směnku 85 milionů USD na rozvoj fondu.[3] Cray sám nebyl akcionářem nové společnosti a pracoval na základě smlouvy.[16][17] Vzhledem k tomu, že si CRI ponechala nájem v původní budově, musela se nová společnost znovu přestěhovat, což způsobilo další zpoždění.[3][6]

Do roku 1991 byl vývoj pozadu.[18] Vývoj se zpomalil ještě více, když Lawrence Livermore National Laboratory zrušil objednávku prvního stroje,[19] ve prospěch C90. Několik vedoucích pracovníků, včetně generálního ředitele, společnost opustilo.[16] Společnost poté oznámila, že bude hledat zákazníka, který potřebuje menší verzi stroje se čtyřmi až osmi procesory.[20]

První (a jediný) výrobní model (sériové číslo S5, pojmenovaný Šedý vlk) byl zapůjčen NCAR jako demonstrační systém v květnu 1993. Verze NCAR byla konfigurována se 4 procesory a 128 MWord (64bitová slova, 1 GB) společná paměť.[21] V provozu je statická RAM se ukázalo jako problematické. Bylo také zjištěno, že odmocnina kód obsahoval chybu, která vedla k chybnému výpočtu 1 z 60 milionů. Jeden ze čtyř procesorů navíc nefungoval spolehlivě.[22]

CCC vyhlásila bankrot v březnu 1995 poté, co utratila zhruba 300 milionů dolarů financování. Stroj NCAR byl oficiálně vyřazen z provozu následující den.[23] Pro stroje Cray-3 bylo vyrobeno sedm systémových skříní neboli „tanků“, sériových čísel S1 až S7. Většina byla pro menší stroje s dvěma CPU. Tři z menších tanků byly použity na Cray-4 projekt,[24] v podstatě Cray-3 se 64 rychlejšími procesory běžícími na 1 ns (1 GHz) a zabalenými do ještě menšího prostoru.[25] Další byl použit pro Cray-3 / SSS projekt.[26]

Selhání Cray-3 bylo z velké části způsobeno měnícím se politickým a technickým prostředím. Stroj byl konstruován během kolapsu Varšavská smlouva a konec studená válka, což vedlo k masivnímu zmenšení nákupů superpočítačů.[20][27] Současně trh stále více investoval masivně paralelní (MP nebo MPP). Cray byl kritický vůči tomuto přístupu a byl citován Wall Street Journal jak říká, že systémy MPP dosud neprokázaly svoji nadřazenost nad vektorovými počítači, a upozorňuje na obtížnost, kterou mnoho uživatelů muselo programovat pro velké paralelní stroje. „Nemyslím si, že budou někdy všeobecně úspěšní, alespoň ne za mého života“.[27]

Architektura

Logický design

Architektura systému Cray-3 zahrnovala a systém zpracování popředí, až 16 procesory na pozadí a až 2 gigawordy (16 GB) o společná paměť. Systém popředí byl věnován vstup výstup a správa systému. To zahrnovalo 32bitový procesor a čtyři synchronní datové kanály pro velké úložiště a síťová zařízení, primárně prostřednictvím HiPPI kanály.[28]

Každý procesor na pozadí sestával z a výpočetní část, a kontrolní sekce a lokální paměť. Sekce výpočtu byla provedena 64-bit skalární, plovoucí bod a vektorová aritmetika. Řídicí část poskytovala vyrovnávací paměti instrukcí, funkce správy paměti a hodiny v reálném čase. 16 kwordů (128 kbytů) vysokorychlostní místní paměti bylo začleněno do každého procesoru na pozadí pro použití jako dočasná pomocná paměť.[29]

Společnou paměť tvořil křemík CMOS SRAM, organizované do oktanty po 64 bankách, s možností až osmi oktantů. The velikost slova bylo 64 bitů plus osm oprava chyb bitů a celková šířka pásma paměti byla hodnocena na 128 gigabajtů za sekundu.[30]

Návrh CPU

Typické rozložení modulů s uspořádáním „submodulů“ 4x4, skládaných do hloubky 4. Kovové konektory na spodní straně jsou napájecí přípojky.

Stejně jako u předchozích návrhů se jádro Cray-3 skládalo z řady moduly, z nichž každá obsahuje několik desek plošných spojů zabalených s částmi. Aby se zvýšila hustota, jednotlivec GaAs čipy nebyly zabaleno, a místo toho bylo několik namontováno přímo pomocí ultrazvukového zlatého lepení na desku přibližně 1 palec (25 mm) čtverec. Desky se poté převrátily a spojily s druhou deskou nesoucí elektrické vedení, přičemž dráty na této kartě procházely otvory na „spodní“ stranu (naproti čipům) straně nosiče čipů, kde byly spojeny, a tudíž vložily čip mezi dvě vrstvy desky. Tyto podmoduly poté byly stohovány do čtyř hloubek a stejně jako v Cray-2 byly navzájem propojeny, aby vytvořily 3D obvod.[21]

Na rozdíl od Cray-2 zahrnovaly také moduly Cray-3 hranové konektory. Šestnáct takových submodulů bylo spojeno dohromady v poli 4 × 4, aby vznikl jediný modul o rozměrech 121 x 107 krát 7 milimetrů (4,76 palce × 4,21 palce × 0,28 palce). I při tomto pokročilém balení byla hustota obvodů nízká dokonce i podle norem 90. let, přibližně 96 000 bran na kubický palec.[31] Moderní CPU nabízejí počet bran v milionech na čtvereční palec a přechod na 3D obvody se od roku 2017 stále ještě zvažuje.[32]

Třicet dva takových modulů bylo poté naskládáno a propojeno hromadou vodičů kroucené dvojlinky do jediného procesoru. Základní doba cyklu byla 2,11 ns neboli 474 MHz, což umožnilo každému procesoru dosáhnout přibližně 0,948 GFLOPS a 16 procesorový stroj teoretický 15,17 GFLOP. Klíčem k vysokému výkonu byl vysokorychlostní přístup k hlavní paměti, který umožňoval každému procesu prasknout až 8 GB / s.[33]

Mechanické provedení

Kompletní "cihla" procesoru. Moduly jsou viditelné uvnitř a jsou namontovány svisle.

Moduly byly drženy pohromadě v hliníkovém šasi známém jako „cihla“. Cihly byly ponořeny do kapaliny fluorinert pro chlazení, jako v Cray-2. Čtyřprocesorový systém se 64 paměťovými moduly rozptýlil výkon přibližně 88 kW.[21] Celý systém se čtyřmi procesory byl asi 20 palců (510 mm) vysoký a zepředu dozadu a něco málo přes 2 stopy (0,61 m) široký.[34]

U systémů s až čtyřmi procesory seděla sestava procesorů pod průsvitným bronzovým akrylovým krytem v horní části skříně o šířce 1,1 m, hloubce 0,71 m a výšce 1,3 m,[34] s pamětí pod ní a potom napájecími zdroji a chladicími systémy ve spodní části. Systém osmi a 16 procesorů by byl umístěn ve větší osmiboké skříni. Celkově vzato byl Cray-3 podstatně menší než Cray-2, sám o sobě relativně malý ve srovnání s jinými superpočítači.[34]

Kromě systémové skříně potřeboval systém Cray-3 také jeden nebo dva (v závislosti na počtu procesorů) podstavce pro ovládání systému (nebo „C-Pods“), 52,5 palců (1,33 m) čtverečních a 55,3 palců (1,40 m) vysokých, obsahující zařízení pro řízení napájení a chlazení.[34]

Konfigurace systému

Byly oficiálně specifikovány následující možné konfigurace Cray-3:[35]

názevCPUPaměť (Mwords)I / O moduly
Cray-3 / 1-25612561
Cray-3 / 2-25622561
Cray-3 / 4-51245123
Cray-3 / 4-1024410243
Cray-3 / 4-2048420483
Cray-3 / 8-1024810247
Cray-3 / 8-2048820487
Cray-3 / 16-204816204815

Software

Cray-3 provozoval operační systém Colorado Springs (CSOS), který byl založen na Cray Research UNICOS operační systém verze 5.0. Hlavním rozdílem mezi CSOS a UNICOS bylo, že CSOS byl přenesen na standardní C se všemi PCC rozšíření, která byla použita v UNICOS, byla odstraněna.[36]

Velká část softwaru dostupného pod Cray-3 byla odvozena od Cray Research a zahrnovala například Systém X Window, vektorizace FORTRAN a C překladače, NFS a a TCP / IP zásobník.[37][36]

Reference

Citace

  1. ^ „Výroční zpráva CCC 1994“.
  2. ^ „Obituary - Seymour Cray, otec superpočítače“. Archivovány od originál dne 2008-05-07.
  3. ^ A b C d Posádka 2012, str. 245.
  4. ^ A b MacKenzie 1998, str. 141.
  5. ^ MacKenzie 1998, str. 153.
  6. ^ A b Čtení 2000, str. 10.
  7. ^ A b Posádka 2012, str. 246.
  8. ^ MacKenzie 1998, str. 153–154.
  9. ^ Čtení 2000, str. 9.
  10. ^ A b MacKenzie 1998, str. 154.
  11. ^ Peltz, James (23. ledna 1990). „GigaBit Logic vyjednávání prodeje s Cray Computers“. LA Times.
  12. ^ „CRAY COMPUTER CORPORATION, formulář 8-K, aktuální zpráva, datum podání 26. března 1996“. secdatabase.com. Citováno 14. května 2018.
  13. ^ Murray 1997, str. 195.
  14. ^ Posádka 2012, str. 243.
  15. ^ MacKenzie 1998, str. 154–155.
  16. ^ A b „Generální ředitel končí v Cray Computer“. The New York Times. 17.dubna 1992.
  17. ^ Murray 1997, str. 190.
  18. ^ „Cray Computer je za plánem“. The New York Times. 17. prosince 1991.
  19. ^ „Cray Loses Only Order For Product“. The New York Times. 24. prosince 1991.
  20. ^ A b „Konec studené války zasáhl Crayův počítač“. The New York Times. 21. února 1992.
  21. ^ A b C Lester 1993.
  22. ^ Anthes, Gary (1. srpna 1994). „Velikost výzkumné laboratoře zabila superpočítače“. Computerworld. str. 55.
  23. ^ "CRAY-3 (šedý vlk): 1993–1995". Galerie superpočítačů SCD. Archivovány od originál dne 10.10.2016. Citováno 2016-10-20.
  24. ^ „Seymore R. Cray“. Computerworld. 18. července 1994. s. 20.
  25. ^ Stedman, Craig (3. dubna 1995). „Cray Computer končí svůj úkol“. Computerworld. str. 32.
  26. ^ Wobst, Reinhard (2007). Kryptologie odemčena. John Wiley & Sons. str.150.
  27. ^ A b Allen, Michael (1998). „Prosazování velkého železa: strachy Seymoura Craye odrážejí těžké časy pro superpočítače“. Wall StreetJournal. Archivovány od originál dne 17. března 2012.
  28. ^ Brožura 1993, str. 6.
  29. ^ Brožura 1993, str. 4.
  30. ^ Brožura 1993, str. 5.
  31. ^ Brožura 1993, str. 8.
  32. ^ Newman, Jared (5. května 2011). „3D tranzistor společnosti Intel: Proč na tom záleží“. PCWorld.
  33. ^ van der Steen, Aad (14. listopadu 1995). „Krátký popis architektur v TOP500: Cray Computer Corporation Cray-3“. TOP500. Archivovány od originál dne 28. března 2012.
  34. ^ A b C d Brožura 1993, str. 15.
  35. ^ Brožura 1993, str. 10.
  36. ^ A b Úvodní příručka k softwaru CRAY-3 (PDF). Cray Computer Corporation. 1991.
  37. ^ Brožura 1993, str. 14.

Bibliografie

externí odkazy