Легенды IT-индустрии: история Cray

Во второй половине ХХ века слово Cray стало синонимом громоздкого слова «суперкомпьютер». Да и в общем, так остается и по сей день. Собственно, большие и мощные ЭВМ выпускали и выпускают многие. Однако именно компьютеры Cray остаются непревзойденными по соотношению цена/эффективность. Не говоря уже о том, что они невероятно долгое время оставались абсолютными лидерами по вычислительной мощности. А ведь все эти легендарные суперкомпьютеры – детища одного человека. Ветерана II Мировой войны Сеймура Крея.

Биография патриарха

Сеймур Крей, создатель первого в мире суперкомпьютера, родился в городке Chippewa Falls, штат Висконсин, в 1925 году. Отец Крея в первые годы своей карьеры работал инженером в электрической компании Northern States Power Company. Позже он перевез семью в Chippewa Falls, где ему предложили должность городского инженера. Мать не работала, вела жизнь домохозяйки, обеспечивая успех карьеры мужа.

Сеймур Крей с самого детства увлекался тем же, чем и почти что каждый первый подросток – он возился с электроникой. (Надо помнить электронику того времени – все исключительно на лампах.) В школе его любимым кабинетом была электротехническая лаборатория. Сеймур разбирал и собирал обратно электрическое оборудование любого назначения: радио, электрические схемы, электродвигатели и все тому подобное.

Но в 1943 году, едва окончив школу, Сеймур Крей был призван в американскую армию. Повоевать ему пришлось изрядно. Военная судьба забросила его поочередно в два театра военных действий. Вначале высадка в Нормандии. С боями Крей прошел через Францию и Германию. И одним из первых пожал руку советским союзникам на Эльбе. Но войну он закончил на Филиппинских островах, воюя уже с японцами.

Вернувшись из армии, молодой Крей продолжил образование. В 1950 году Сеймур стал обладателем степени бакалавра университета штата Миннесота. Специализация – электрические технологии. Годом позже он получил ученую степень магистра, занимаясь прикладной математикой. Тогда же Сеймур Крей поступил на работу в фирму Engineering Research Associates (ERA).

В те годы ERA финансировалась военно-морским флотом США и занималась разработкой криптографического оборудования – самая что ни есть прикладная математика. К моменту прихода в компанию Крея ей еще не исполнилось и года. Размещалась ERA на территории бывшего завода. Судьба любит пошутить – именно этот завод производил во время войны деревянные планеры, на одном из которых Сеймур Крей когда-то десантировался в Нормандии.

Создавая компьютер

В ERA перед Креем поставили «несложную» задачу – создать компьютер. Что это такое и как делается, в то время не знал вообще никто. В результате Сеймуру Крею пришлось потратить немало времени на изучение самого понятия «вычисления» («computing»), и на определение того, что же такое вообще «компьютер». Довелось ему и посещать лекции Фон Неймана. В итоге Крей понял: по большому счету никто ничего не знает. А значит, надо начинать самому.

И начал с нуля работу над компьютерами серии 1100. Это они впоследствии стали всемирно известны под названием UNIVAC. В качестве сотрудника ERA Крей поработал над созданием двух первых компьютеров компании. А затем взялся за собственный проект научного компьютера. На начальной стадии Крей работал в свободное от основной работы время. Вообще, как говорят его биографы, работа в неурочное время была для Крея абсолютно нормальной на протяжении всей жизни.

Создавая собственную ЭВМ, Сеймур Крей прежде всего учитывал критику UNIVAC со стороны заказчиков этого компьютера. Первой собственной разработкой Крея стал проект 1103. Работая над 1103, Сеймур поставил во главу угла принцип простоты. «Ничего лишнего» – любил говорить он. Интересно, что в те годы остальные разработчики шли диаметрально противоположным путем: они максимально усложняли свои вычислительные системы, «навешивая» на них различные схематические решения.

А вот Крей не создавал излишеств, зато начал использовать принципы RISC-технологии еще до того, как вообще появилось понятие RISC. Также Крей стремился к минимизации сроков разработки проектов. Для него время было решающим фактором в борьбе за клиента.

Через пару лет ERA была куплена компанией Remington Rend. Новый владелец постепенно начал уделять больше внимания разработке коммерческих компьютеров – напомню, что прежде заказчиками вычислительных систем в США были исключительно государственные организации. Вскоре Remington Rend урезала финансирование линии научных ЭВМ. Тогда Крей присоединился к коллеге Биллу Норису – вместе они создали фирму Control Data Corporation (CDC).

Сеймур Крей сумел убедить остальных основателей CDC в том, что производство коммерческих компьютеров, которым те хотели заняться, не принесет достойной прибыли. Удивительно, но Крей оказался прав. На тот момент рынок вычислительных систем для бизнеса еще не сформировался, зато ученые охотно покупали компьютеры. Начав под руководством Крея разработку и сборку больших машин, предназначенных для научно-исследовательских задач, CDC вскоре отобрала рынок мейнфреймов у Remington Rend. В первый же год работы CDC получила прибыль в $600.000 – огромные деньги по тем временам. А Сеймур Крей просто наслаждался работой.

Набирая обороты

Начиная каждый новый проект, Крей прежде всего собирал отзывы заказчиков о предыдущих моделях его компьютеров, изучал их критику и пожелания. То есть Сеймур Крей фактически создал еще и маркетинг в области IT. Но сам он хотел создать самый быстрый научный компьютер.

Тем временем компания CDC росла, диверсифицируя свой компьютерный бизнес для выпуска ЭВМ различного назначения. Крей, чтобы не отвлекаться на коммерческие вопросы, предпочел переехать в другой город, в Chippewa Falls, и создать там отдельную научно-исследовательскую лабораторию CDC. Именно там и был создан первый компьютер, полностью разработанный лично Креем – CDC 1604. Это была небольшая революция: CDC 1604 оказался первым и единственным в мире компьютером, собранным только на транзисторах.

Крей использовал транзисторы, хотя на тот момент, это была самая дорогая элементная база. CDC 1604 оказался самой успешной с коммерческой точки зрения большой ЭВМ. Крей своей разработкой доказал, что нестандартные компоненты (в данном случае – транзисторы) могут успешно использоваться для построения вычислительных машин. Далее последовали модели CDC 6600 и CDC 7600, с восторгом воспринятые научным сообществом.

К 1972 году стало ясно: рынок больших компьютеров, предназначенных для решения узкоспециализированных научных проблем, быстро сокращается. Будущее явно было за универсальными решениями. Руководство CDC решило перейти с рынка решений для науки и переориентации на коммерческие ЭВМ. Крей принял решение уйти из фирмы и основать свой бизнес. Так было положено начало компании Cray Research (Миннеаполис, штат Миннесота).

Тогда же началось проектирование будущей легенды – компьютера Cray 1. Сеймур Крей собирался впервые использовать в ЭВМ интегральные схемы и векторные регистры. Знаменитый S-образный корпус компьютера, за который Cray 1 получил прозвище «диван», преследовал вполне конкретную цель: значительно снизить длину проводников внутри ЭВМ. В таком корпусе не было ни одного провода длиннее метра. Более того, специально для Cray 1 была создана уникальная система охлаждения с использованием фреона – опять же, впервые в мире.

Первый Cray 1 был установлен в Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. А затем начались коммерческие продажи, причем вполне успешные. На Cray 1 компания Cray Research заработала по-настоящему большие деньги, а Сеймур Крей – статус живой легенды.

На волне успеха продаж Cray 1 Сеймур Крей создал не менее коммерчески успешную модель Cray 2. Тем временем конкуренция на рынке обострялась, и Крею пришлось сразу приступить к созданию модели Cray 3. Этот компьютер работал на невероятной по тем временам частоте – 500 МГц. Но это не самое удивительное. Использовав собственные научные открытия в области полупроводников, Крей нашел замену кремнию – арсенид галия. Это и позволило достичь максимальной скорости вычислений.

Но полоса везения кончилась. Не удалось продать ни одного экземпляра Cray 3. Модель Cray 4 работала уже на скорости один гигагерц. Но и ее не удалось не то что продать, даже довести до стадии коммерческой готовности. После серии неудач Сеймур Крей решил создать новую компанию – Cray Computer Corporation, но в 1996-м пришлось закрыть и ее.

Сеймур Крей не оставлял попыток возродить свою суперкомпьютерную компанию. Однако 22 сентября 1996 года в Колорадо он попал в тяжелейшую автокатастрофу и с многочисленными травмами и переломами был доставлен в госпиталь штата. За неделю врачам не удалось вывести его из критического состояния, и ночью 5 октября Сеймур Крей умер.

Cray-1 и Cray X-MP

Cray-1 был создан в 1976 году. Он был построен на основе огромного числа компактно размещенных интегральных схем. В том же году этот компьютер, тогда самый быстрый в мире, был продан за $7,5 млн.

Оперативная память Cray-1 составляла от 1 до 4 мегаслов. Также имелся большой набор процессорных регистров, состоящих из группы векторных регистров по 64 элемента, блок скалярных регистров, блок адресных регистров. Каждая группа регистров связана со своим конвейерным процессором.
Вся эта система могла выполнять скалярные операции над векторными данными, над адресами, числами с плавающей запятой (порядок – 15, мантисса – 49). Быстродействие Cray-1 составляло 180 млн операций с плавающей запятой в секунду. Использовались команды длиной 16 или 32 разряда. В коротких командах семь разрядов выделяется под код операции, три адресных поля по три разряда определяли номер регистра для хранения операндов. В длинных командах – 22 разряда для того, чтобы можно было найти операнд в общем поле оперативной памяти. Один из регистров определял длину вектора, второй – регистр маски.

Появление в 1984 году серийного компьютера Cray X-MP произвело (как, впрочем, и появление Cray-1) эффект разорвавшейся бомбы. В новом детище Cray Research векторно-конвейерный параллелизм, ставший отличительной чертой Cray-1, был дополнен многопроцессорной обработкой. С тех пор наличие многих процессоров стало обязательным атрибутом всех суперкомпьютеров и довольно долгое время считалось свойственным только этому классу вычислительных систем.

отерянная ОС

Суперкомпьютеры Cray-1 и Cray X-MP работали под управлением проприетарной операционной системы Cray Operating System (COS). Официально она была разработана компанией Cray Research. Но по легенде эту ОС написал сам Сеймур Крей, причем сразу в восьмеричных кодах. Более того, COS заработала сразу, без каких-либо правок. COS поставлялась со средствами разработки на Cray Assembler Language (CAL), Cray FORTRAN (CFT) и Pascal.

Поскольку COS была написана на основе наработок компании Control Data Corporation (CDC), ее командный язык и внутренняя организация очень похожи на ОС SCOPE для компьютера CDC 7600 и более раннюю ОС EXEC*8, использовавшуюся в ранних разработках CDC для серии ERA/UNIVAC.

Пользовательские задания для COS передавались через коммуникационный компьютер, который был соединен с суперкомпьютером высокоскоростным каналом связи и назывался station software. Обычно в качестве коммуникационного компьютера использовались мейнфреймы IBM или CDC либо миникомпьютеры DEC VAX. Интерактивная работа с COS также была возможна через коммуникационный компьютер.

Данные пользователя, постоянно хранящиеся на диске, были «локальными» (local) для отдельного задания. Когда задание было выполнено, его локальные данные должны были быть возвращены и восстановлены. Для удержания данных между заданиями их надо было явно обозначить как «постоянные» (permanent). Также поддерживалась работа с данными на магнитной ленте.

COS также обеспечивала планирование заданий и средства для перезапуска с контрольной точки для управления большими рабочими нагрузками, даже когда система бездействовала (планово или внепланово).

Внутренне COS была разделена на очень маленькие диспетчеры передачи сообщений и множество системных процессоров (System Task Processors). Каждый STP по сути был похож на программы обработки данных с периферийных устройств в ранних ОС Control Data. Например, PDM использовался для управления постоянными данными, TDM для данных на магнитных лентах, DQM для управления запросами к дискам и так далее.

Исходный код COS 1.13 был объявлен общественным достоянием. Тем не менее, как это ни парадоксально, его копий не сохранилось, так что на сегодняшний день COS признана утерянной.

День сегодняшний

Новая линия суперкомпьютеров была разработана специалистами Cray совместно с сотрудниками суперкомпьютерного центра из университета Штутгарта (HLRS) и получила обозначение Cray XT5m. Она относится к «среднему уровню» суперкомпьютеров. Предполагается, что это сделает
высокопроизводительные вычисления доступными для более широкого круга потребителей. К слову, первым заказчиком Cray XT5m стал непосредственно HLRS.

В основу Cray XT5m была положена система Cray XT5 – этот суперкомпьютер носит титул «самого масштабируемого суперкомпьютера, работающего под управлением Linux». Система такого типа, установленная в Окриджской национальной лаборатории, является самым быстрым суперкомпьютером, доступным для открытых исследований.

Как и другие системы Cray XT, системы новой серии Cray XT5m могут быть модернизированы и расширены. В частности, предусмотрена установка процессоров нового поколения AMD Istanbul и альтернативных средств ввода-вывода данных. Поскольку новая линия основана на Cray XT5, пользователи Cray XT5m смогут при необходимости довести свои системы до уровня Cray XT5. Предусмотрено применение воздушного или водяного охлаждения. Опционально доступна система охлаждения Cray ECOphlex.

Денис Лавникевич


Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 30 за 2009 год в рубрике бизнес

©1997-2022 Компьютерная газета