Cray-1

Ο Cray-1 ήταν ένας υπερυπολογιστής που σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και κυκλοφόρησε στην αγορά από την Cray Research. Το πρώτο σύστημα Cray-1 ανακοινώθηκε το 1975 και εγκαταστάθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος το 1976. Τελικά, ογδόντα Cray-1 πουλήθηκαν, καθιστώντας τον έναν από τους πιο επιτυχημένους υπερυπολογιστές στην ιστορία. Είναι ίσως περισσότερο γνωστό για το μοναδικό του σχήμα, ένα σχετικά μικρό ντουλάπι σε σχήμα C με έναν δακτύλιο από παγκάκια γύρω από το εξωτερικό που καλύπτει τα τροφοδοτικά και το σύστημα ψύξης.

Ο Cray-1 ήταν ο πρώτος υπερυπολογιστής που εφάρμοσε με επιτυχία το σχεδιασμό του διανυσματικού επεξεργαστή. Αυτά τα συστήματα βελτιώνουν την απόδοση των μαθηματικών πράξεων τακτοποιώντας τη μνήμη και τους καταχωρητές ώστε να εκτελούν γρήγορα μια μεμονωμένη λειτουργία σε ένα μεγάλο σύνολο δεδομένων. Προηγούμενα συστήματα όπως το CDC STAR-100 και το ASC είχαν εφαρμόσει αυτές τις έννοιες, αλλά το έκαναν με τρόπο που περιόριζε σοβαρά την απόδοσή τους. Το Cray-1 αντιμετώπισε αυτά τα προβλήματα και παρήγαγε ένα μηχάνημα που έτρεχε αρκετές φορές πιο γρήγορα από οποιοδήποτε παρόμοιο σχέδιο.

Ο αρχιτέκτονας του Cray-1 ήταν ο Σέιμουρ Κρέι, ο επικεφαλής μηχανικός ήταν ο συνιδρυτής της Cray Research, Λέστερ Ντέιβις. ^[1] Θα συνέχιζαν να σχεδιάζουν πολλές νέες μηχανές χρησιμοποιώντας τις ίδιες βασικές έννοιες και διατήρησαν το στέμμα απόδοσης στη δεκαετία του 1990.

Ο Σέιμουρ Κρέι, είχε εργαστεί στο παρελθόν στο CDC 8600 στην Control Data Corporation, το οποίο ήταν ένα έργο που τελικά δεν πέτυχε λόγω της πολυπλοκότητάς του. Μετά την αποχώρησή του από το CDC, ο Κρέι ίδρυσε την Cray Research κοντά στο εργαστήριο CDC και άρχισε να σχεδιάζει το Cray-1. Το πρώτο σύστημα Cray-1 πωλήθηκε στο Εθνικό Κέντρο Ατμοσφαιρικής Έρευνας το 1977 για 8,86 εκατομμύρια δολάρια.^[1]

Το Cray-1 διέθετε έναν επεξεργαστή 64-bit που λειτουργούσε στα 80 MHz, με 8,39 Megabyte μνήμης και 303 Megabyte αποθήκευσης. Ήταν ικανό να κάνει 160 MFLOPS (εκατομμύρια λειτουργίες κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο). Ο διάδοχος του Cray-1, το Cray X-MP, παρουσιάστηκε το 1982 και πρόσφερε απόδοση 800 MFLOPS. Ακολούθησε το Cray-2 το 1985, το οποίο είχε μέγιστη απόδοση 1,9 GFLOPS, αλλά αντιμετώπισε προκλήσεις όσον αφορά την παραγωγή σταθερής απόδοσης σε εφαρμογές πραγματικού κόσμου. Το Cray Y-MP, που κυκλοφόρησε το 1988, ήταν ένα πιο συντηρητικό και επιτυχημένο σχέδιο που εξελίχθηκε από τα μοντέλα Cray-1 και X-MP.

Κατασκευή και λειτουργία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η κατασκευή και η λειτουργία του χαρακτηρίστηκαν από αρκετά καινοτόμα χαρακτηριστικά που το ξεχώριζαν από τα σύγχρονά του.

Κατασκευή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σχεδιασμός: Το Cray-1 είχε μοναδικό σχεδιασμό σε σχήμα C που διευκόλυνε την ψύξη και μείωσε το μήκος των καλωδίων μέσα στο μηχάνημα, κάτι που ήταν κρίσιμο για τη διατήρηση της ακεραιότητας του σήματος σε υψηλές ταχύτητες. Οι πάγκοι γύρω από το μηχάνημα φιλοξενούσαν τροφοδοτικά και συστήματα ψύξης.
Διαστάσεις περιβλήματος: Το μηχάνημα είχε ύψος 196 cm, διάμετρο στη βάση 263 cm και διάμετρο στις κολώνες 145 cm. Ζύγιζε 5,5 τόνους για το μοντέλο Cray-1A.
Σύστημα ψύξης: Το Cray-1 χρησιμοποιούσε ψυκτικό φρέον για ψύξη. Ο σχεδιασμός του επέτρεψε την αφαίρεση της θερμότητας που παράγεται από τα εξαρτήματα του συστήματος, κάτι που ήταν απαραίτητο για τη διατήρηση της αξιοπιστίας του μηχανήματος.

Λειτουργία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Επεξεργαστής: Το Cray-1 τροφοδοτήθηκε από έναν επεξεργαστή 64-bit που λειτουργούσε στα 80 MHz. Αυτή ήταν μια εντυπωσιακή ταχύτητα για την εποχή, καθώς επέτρεπε γρήγορους υπολογισμούς, ιδιαίτερα για λειτουργίες διανυσματικής επεξεργασίας.
Μνήμη: Είχε μεγάλη μνήμη για την εποχή του, με διαθέσιμα 8,39 Megabyte. Αυτό επέτρεψε τη φόρτωση μεγάλων συνόλων δεδομένων στη μνήμη, διευκολύνοντας πολύπλοκους υπολογισμούς χωρίς την ανάγκη συνεχούς εναλλαγής δεδομένων με πιο αργή εξωτερική αποθήκευση.
Αποθήκευση: Το σύστημα διέθετε χωρητικότητα αποθήκευσης 303 Megabyte, η οποία ήταν σημαντική για την εποχή, επιτρέποντάς του να χειρίζεται μεγάλης κλίμακας επιστημονικές και στρατιωτικές εφαρμογές.
Απόδοση: Ο Cray-1 είχε 160 MFLOPS, γεγονός που τον έκανε τον ταχύτερο υπολογιστή στον κόσμο τη στιγμή της κυκλοφορίας του.
Λειτουργικό Σύστημα: Το Λειτουργικό Σύστημα Cray (COS) ήταν το κύριο λειτουργικό σύστημα για το Cray-1, με το UNICOS (ένα λειτουργικό σύστημα βασισμένο στο UNIX) διαθέσιμο αργότερα στον κύκλο ζωής του.
Front-end: Ένας μικροϋπολογιστής Data General Eclipse συχνά χρησίμευε ως διεπαφή για το Cray-1, χειριζόμενος λειτουργίες I/O και αλληλεπίδραση με τον χρήστη.
Επεξεργασία διανυσμάτων: Η αρχιτεκτονική του Cray-1 βελτιστοποιήθηκε για διανυσματική επεξεργασία, γεγονός που του επέτρεψε να εκτελεί μαθηματικές πράξεις σε μεγάλα σύνολα δεδομένων με υψηλή απόδοση. Αυτό ήταν ιδιαίτερα ωφέλιμο για εφαρμογές στην επιστημονική πληροφορική, όπου τέτοιες λειτουργίες ήταν συνηθισμένες.
Κατανάλωση ισχύος: Το σύστημα απαιτούσε ισχύ 115 kW στα 208 V και 400 Hz, ενδεικτικό των εξαρτημάτων υψηλής απόδοσης και της λιγότερο ενεργειακά αποδοτικής τεχνολογίας της εποχής.^[2]

Η αρχιτεκτονική και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του Cray-1 ήταν μια σημαντική απόκλιση από τα προηγούμενα σχέδια κεντρικών υπολογιστών και υπερυπολογιστών. Η έμφαση που δίνει στη διανυσματική επεξεργασία και την ταχύτητα, μαζί με τη χαρακτηριστική φυσική του διάταξη, το έκαναν σύμβολο υπολογιστών υψηλής απόδοσης για τα επόμενα χρόνια.