Сеймур Крей Отец суперкомпьютеров

Сеймур Крей

Отец суперкомпьютеров

Для меня история суперкомпьютеров началась в университете штата Миннесота весной 1951 года.

Сеймур Крей

Сеймур Крей

Термин "суперкомпьютер" появился в начале 60-х годов XX столетия. Однако до сих пор он не имеет четкого определения. Наиболее распространенные дефиниции опираются на сиюминутные количественные характеристики компьютерных систем.

Например, в Оксфордском словаре по вычислительной технике (1987 год) приводится такое определение: "Суперкомпьютер — это вычислительная машина из класса очень мощных машин с производительностью свыше 10 MFLOPS".

Известно, что производительность суперкомпьютеров оценивают в миллионах операций с плавающей запятой в секунду (MFLOPS — мегафлопс), миллиардах операций с плавающей запятой в секунду (GFLOPS — гигафлопс), триллионах операций с плавающей запятой в секунду (TFLOPS — терафлопс). Еще одно определение, более универсальное: "К суперкомпьютерам принято относить наиболее производительные компьютеры, быстродействие которых во много раз превышает возможности так называемых "коммерческих" машин, представленных в данный момент на рынке" (журнал "Доктор Добба").

Очень оригинальное определение суперкомпьютера дал Нейл Линкольн — сотрудник фирмы CDC: "Суперкомпьютер — это вычислительная машина, которая отстает только на одно поколение от задач, над проблемой решения которых работают в настоящее время ученые".

А задач, для решения которых требуется гигантский объем вычислений и с которыми успешно может справиться только сверхбыстродействующий компьютер, достаточно много. Среди них: сложные задачи в аэродинамической промышленности; сейсмический анализ; задачи вычислительной химии; предсказания погоды; задачи национальной безопасности (криптография); сложные задачи виртуальной реальности и многие другие. Для ученых, делающих открытия, как пишет Р. Бейли, "суперкомпьютеры имеют такое же значение, какое имели формулы для Ньютона".

Человека, который всю жизнь занимался созданием и разработкой таких компьютеров, который по праву считается отцом суперкомпьютеров, звали Сеймур Крей.

Его компания, Cray Research, располагалась в Миннесполисе, а производственная база — в Чиппева Фолс (штат Висконсин). Вот, что писал один американский журнал в конце 80-х годов: "Чиппева-Фолс (население 13 тысяч человек) славится в округе своим пивом "Лейненкугель" и водой "Чиппева спрингс". Но в мире он известен как место, где живет один из самых влиятельных и загадочных авторитетов в компьютерном мире — Сеймур Крей. В этом мире 62-летний Крей, застенчивый, необщительный инженер, редко дающий интервью журналистам, значит то же, что значил Эдисон в электротехнике или Белл в телефонии. Сначала в качестве одного из основателей фирмы Control Data, а затем своей собственной, Крей сконструировал непревзойденную серию компьютеров высшего класса, в том числе CDC 1604, CDC 6600, CDC 7600, Сгау-1 и Сгау-2, каждая из которых в свое время могла претендовать на то, чтобы называться самым мощным компьютером в мире".

Сеймур Роджер Крей родился в Чиппева Фолс, штат Висконсин, 28 сентября 1925 года в семье инженера. В школе увлекался химией и радиотехникой, причем в старших классах его научные способности были замечены, и он даже замещал заболевшего учителя физики. По окончании школы он служил в армии в должности электрика, а потом поступил в университет Миннесоты. После получения звания бакалавра в 1950 году Сеймур еще один год посещает лекции по прикладной математике и в 1951 году получает еще степень магистра.

В поисках работы он устроился на фабрику в Сан-Пауло, где изготавливали планеры. Вот как описывает тот период сам Сеймур Крей: "Тогда в Соединенных Штатах — об этом я не знал — существовали две группы, целью которых было создание универсального компьютера. Одна работала на восточном побережье, с Преспером Эккертом и Джоном Маучли во главе. Они строили UN1VAC — универсальный автоматический компьютер. Вторая группа, называвшая себя опытно-конструкторской (Engineering Research Associates), находилась в Сан-Пауло, на планерной фабрике. Ею руководили Джон Паркер и Билл Норрис. Последний вел исследовательскую работу на средства Военно-морского ведомства. Мне показалось, что это неплохой вариант, и я пошел к нему".

В Engineering Research Associates и в компаниях-преемниках — Remington Rand и Sperry Rand — Сеймур Крей проработал с 1950 по 1957 год. В эти же годы он создал свой первый исследовательский компьютер ERA 1101, а также в большей степени был автором проекта компьютера UNIVAC 1103.

Компания Sperry Rand была заинтересована в увеличении сбыта компьютеров, а не в исследовательских проектах, и Крей покинул эту компанию.

"Я решил, что пора поискать другое место. Так же решил Билл Норрис, и мы основали новую компанию Control Data Corp (CDC)", — вспоминает Крей.

Первой разработкой новой компании, которой руководил Сеймур Крей, была модель CDC 1604. В этой модели были использованы транзисторы вместо электронных ламп. Модель CDC 1604 содержала 100 тысяч диодов и 25 тысяч транзисторов и имела память на магнитных сердечниках емкостью 32 768 48-разрядных слов. Выпущенная в 1958 году, эта высокоточная и высокоскоростная модель имела большой успех и очень немаловажным преимуществом ее по сравнению с компьютерами подобного класса была низкая цена.

Репутация Крея стремительно росла. Однако он устал от многочисленных административных и представительских обязанностей. Он хотел одного — построить самый быстрый компьютер в мире, а для этого ему были нужны покой и тишина.

Стараясь удержать Крея в компании, Билл Норрис (президент Control Data Corp.) в 1962 году построил ему лабораторию на участке 40 акров, которым владела семья Крея. От дома Крея до лаборатории можно было дойти пешком. Крей стал отшельником, разрешая Норрису навещать его лишь дважды в год и только по приглашению. Крей посещал штаб-квартиру CDC в Миннеаполисе раз в несколько месяцев. Иногда начальство приезжало в Чиппева Фолс, чтобы послушать Крея. Они собирались за обедом, на котором Крей быстро съедал "хот-дог" и просил прощение, что должен вернуться к своей работе. Поговаривали, что он собирает свои компьютеры на карточном столе на веранде коттеджа в Лейк-Виссота. Взяв корзину с чипами и паяльник, он собирает схемы. В дествительности Крей создавал свои компьютеры, пользуясь только карандашом и бумагой. Каждый день он исписывал пачку бумаги размером 8,5x11 дюймов.

22 августа 1962 года отшельник из Чиппева Фолс доказал, что его уединение стоило того. В этот день компания Control Data объявила о модели CDC 6600, самом мощном компьютере того времени, что сделало CDC лидером индустрии, и компания IBM побледнела от ужаса. Новый компьютер был в три раза мощнее, чем компьютер Stretch, который IBM выпустила несколько лет ранее, намного дешевле и компактнее. В компьютере CDC 6600 многочисленные арифметико-логические устройства совместно с 10 периферийными процессорами обеспечили машине производительность, превышающую 3 млн. операций в секунду. Машина CDC 6600 имела развитое программное обеспечение, основным элементом которого являлась операционная система SIPROS (Simultaneous Processing Operating System). CDC 6600 был первым компьютером, оснащенным фреоновой системой охлаждения для предотвращения нагревания плотноупакованных компонентов.

Первым покупателем компьютера были Комиссия по атомной энергии и Бюро погоды, а к 1967 году 63 машины CDC 6600 находились в руках элитных клиентов. Эти компьютеры стали стержнем научных исследований того времени. Сеймур Крей пошел дальше, планируя создание модели 7600, которая, после ее выпуска в 1969 году, стала многими считаться первым суперкомпьютером. Позднее Крей создал модель 8600, но CDC решила не выпускать ее на рынок. К этому времени Control Data Соrр. перешла к широким коммерческим разработкам, предоставив научным компьютерам и суперкомпьютерам более низкий статус. Говорит Сеймур Крей: "Мы продолжали работать над машинами, росла их память, компания расширялась. Но вот она стала слишком большой, и опять я должен был уйти для нового старта. Так я основал Cray Research. Я люблю начинать сначала и постоянно это делаю". Фирма Cray Research была основана в 1972 году, Сеймур Крей заявил, что будет создавать суперкомпьютеры по одному за определенное время. Каждая новая модель будет совместимой с предыдущими. Control Data Соrр. великодушно вложила в фирму Cray Research 500 тыс. долларов в качестве стартового капитала.

Компьютер CDC 6600

В марте 1976 года фирма Cray Research выпустила свой уникальный суперкомпьютер Сгау-1, который был установлен в Лос-Аламосской лаборатории. В этом суперкомпьютере идеям параллельной обработки была подчинена вся его архитектура. В ее основе лежат 12 конвейерных функциональных устройств, которые разбиты на четыре группы: адресную, скалярную, операций с плавающей запятой и векторную.

Одной из особенностей системы Сгау-1 являлось наличие большого числа быстрых регистров. Оперативная память имела объем 1 млн. 64-разрядных слов и была выполнена на интегральных схемах, время цикла составляло 50 нс. Другая особенность Сгау-1 — его способность организовать цепочку из серии векторных операций для непрерывного конвейера.

Сгау-1 был первым векторно-конвейерным суперкомпьютером, который имел громадный коммерческий успех. Производительность его достигала 130 MFLOPS. Цилиндрический дизайн Сгау-1 (идея Сеймура Крея уменьшить длину внутренней проводки) был беспрецедентным. Некоторые шутники называли его "самым дорогим в мире креслом для двоих". Во время сборки Сгау-1 Крей работал со своими коллегами на заводе до обеда, шел домой в 4 часа вечера, а затем возвращался на завод, чтобы работать в одиночестве до раннего утра. Когда он начинал новую модель, у него было только одно правило — начать все сначала, избегая повторения того, что он делал в прошлый раз. Исчерпав все возможности старого проекта, он инстинктивно понимал, что с ним не стоит работать во второй раз.

Суперкомпьютер Сгау-1

В 1978 году Cray Research объявляет о решении создать модель Сгау-2, которая должна быть более чем в 400 раз производительнее модели Сгау-1. И весной 1985 года первый образец Сгау-2 был установлен в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния). Система Сгау-2 имела большой объем памяти (256 млн. слов) с четырьмя параллельно работающими процессорами и малой длительностью такта (4,1 нс). По сравнению с Сгау-1 новая модель имела на порядок большую пропускную способность и была оснащена операционной системой на основе ОС UNIX. Плотно размещенные платы компьютера создали проблему отвода тепла, которую Крей разрешил путем погружения плат в охлаждающую жидкость. Кто-то назвал Сгау-2 "компьютером в аквариуме".

К концу 1984 года фирма Cray Research занимала 70 % рынка суперкомпьютеров. Еще в ноябре 1981 года Крей передал руководство фирмой Джону Роллвалену, оставаясь членом Совета директоров. Он снова мог посвятить себя любимому делу — созданию самых быстрых компьютеров.

Надо заметить, что параллельно с созданием Сгау-2 фирма Cray Research разрабатывала еще одну компьютерную систему — Cray Х-МР, которая не была полностью спроектирована Сеймуром Креем.

Стив Чен

Молодой конструктор фирмы Стив Чен в 1982 году построил двухпроцессорную систему Cray Х-МР, которая позволила реализовать многозадачный режим обработки — еще одно средство увеличения параллелизма в дополнение к векторизации. Объем основной памяти увеличился до 4 млн. слов, а длительность машинного такта составила 9,5 нс. В 1984 году в серии Х-МР появились четырехпроцессорные варианты, в которых объем основной памяти был доведен до 8 млн. слов, а длительность такта уменьшилась до 8,5 нс.

После 1985 года фирма Cray Research выпустила модифицированные варианты Сгау-2, а затем, следуя своим принципам, Сеймур Крей закрыл свое предприятие в Висконсине и открыл новую фирму Cray Computer Corp. Это произошло в 1989 году. Его примеру последовал и Стив Чен, который после ухода (1987 год) из Cray Research также основал свою фирму Supercomputer Systems Inc. (SSI).

Суперкомпьютер Cray 4-МР

Крей решил, что в его последующих суперкомпьютерах Сrау-3 и Сrау-4 высокая производительность будет обеспечиваться использованием новой элементной базы на основе арсенида галлия (GaAs). Cray-3, выпущенный в начале 90-х годов, имел 16 процессоров, память 2048 млн. слов, длительность такта — 2 нс и пиковую производительность 16 GFLOPS. Суперкомпьютер Сгау-4 с 64 процессорами, как ожидалось, должен был иметь длительность такта — 1 нс и пиковую производительность 128 GFLOPS.

Но Cray Computer Соrр. не смогла продать ни одного компьютера Сrау-3 за два года, которые прошли со дня представления системы, даже Ливерморская национальная лаборатория отказалась приобрести этот компьютер. В 1995 году фирма Cray Computer заявила о своем банкротстве.

Эта неудача не сломила Сеймура Крея, и летом 1996 года он создает четвертую по счету компанию — SRC Computer Inc. (название компании составлено из начальных букв имени Сеймура Роджера Крея). Планы этой компании, как и прежних, — создание самого быстрого компьютера в мире.

А осенью случилось несчастье. 22 сентября 1996 года Сеймур Крей попал в автомобильную аварию и от множественных повреждений шеи и головы 5 октября он скончался.

Особенностью таланта Сеймура Крея являлось то, что он не был приверженцем узкой специализации, какими являются большинство изобретателей в компьютерном мире. Работа со всеми элементами компьютера требует терпения, и Крей проявил это терпение. Он считал, что создание компьютера — это искусство и логика здесь не срабатывает. И чем меньше людей участвуют в разработке компьютера, тем больше шансов на успех проекта.

Компьютерный мир вступил в третье тысячелетие и приятно сознавать, что дела легендарного Сеймура Крея продолжают его последователи. Созданная за три месяца до его гибели фирма SRC совместно с суперкомпьютерным центром Oak Ridge National Lab завершает работы по созданию многопроцессорной системы SRC-6.