Seymour Cray ve Süper Bilgisayar

Birçoğumuz bilgisayarlar. Dizüstü bilgisayar, akıllı telefon ve tablet gibi cihazlar temelde aynı bilgi işlem teknolojisine sahip olduğundan, bu blog gönderisini okumak için şimdi bir tane kullanıyorsunuz. Öte yandan süper bilgisayarlar, genellikle hantal, pahalı, devlet kurumları, araştırma merkezleri ve büyükler için genel olarak geliştirilen enerji emme makineleri firmalar.

Örneğin Top500’ün süper bilgisayar sıralamasına göre, şu anda dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Çin’in Sunway TaihuLight'ını ele alalım. 41.000 çip (yalnızca işlemciler 150 tonun üzerinde), yaklaşık 270 milyon $ 'a ve 15.371 kW'lık bir güç derecesine sahip. Ancak artı tarafta, saniyede katrilyonlarca hesaplama yapabilir ve 100 milyona kadar kitap saklayabilir. Ve diğer süper bilgisayarlar gibi, hava tahminleri ve ilaç araştırmaları gibi bilim alanındaki en karmaşık görevlerden bazılarını ele almak için kullanılacaktır.

Süper bilgisayar kavramı ilk olarak 1960'larda Seymour Cray adında bir elektrik mühendisinin dünyanın en hızlı bilgisayarını yaratmaya başladığında ortaya çıktı. “Süper hesaplamanın babası” olarak kabul edilen Cray, görevini bilgi işlem devine bırakmıştı Sperry-Rand, yeni kurulan Control Data Corporation'a katılarak geliştirmeye odaklanabilir bilimsel bilgisayarlar. Dünyanın en hızlı bilgisayarı unvanı o sırada vakum tüpleri yerine ilk transistör kullanan IBM 7030 “Stretch” tarafından yapıldı.

1964 yılında Cray, germanyum transistörlerin silikon ve Freon tabanlı soğutma sistemi lehine değiştirilmesi gibi yenilikleri içeren CDC 6600'ü tanıttı. Daha da önemlisi, 40 MHz hızında çalışıyor ve saniyede yaklaşık üç milyon kayan nokta işlemi gerçekleştiriyor ve bu da onu dünyanın en hızlı bilgisayarı haline getiriyor. Genellikle dünyanın ilk süper bilgisayarı olarak kabul edilen CDC 6600, çoğu bilgisayardan 10 kat ve bilgisayarlardan üç kat daha hızlıydı IBM 7030 Uzat. Başlık sonunda 1969'da halefi CDC 7600'e bırakıldı.

1972'de Cray, kendi şirketi Cray Research'ü kurmak için Control Data Corporation'dan ayrıldı. Bir süre tohum sermayesini yükseltip yatırımcılardan finansman sağladıktan sonra Cray, bilgisayar performansı için çıtayı bir kez daha genişleten Cray 1'i piyasaya sürdü. Yeni sistem saatte 80 MHz hızında çalışarak saniyede 136 milyon kayan nokta işlemi (136 megaflop) gerçekleştirdi. Diğer benzersiz özellikler arasında daha yeni bir işlemci türü (vektör işleme) ve devrelerin uzunluğunu en aza indiren hız optimizasyonlu at nalı şeklindeki tasarım yer alır. Cray 1, 1976 yılında Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'na kuruldu.

1980'lere gelindiğinde, Cray kendini süper hesaplamada en önde gelen isim olarak belirlemişti ve herhangi bir yeni sürümün önceki çabalarını devirmesi bekleniyordu. Cray, Cray 1'in halefi üzerinde çalışmakla meşgulken, şirketteki ayrı bir ekip, Cray 1'in daha “temizlenmiş” bir versiyonu olarak faturalandırılan bir model olan Cray X-MP'yi ortaya koydu. Aynı at nalı şeklindeki tasarımı paylaştı, ancak birden fazla işlemciyle övündü, hafızayı paylaştı ve bazen bir olarak birbirine bağlı iki Cray 1 olarak tanımlandı. Cray X-MP (800 megaflop) ilk “çok işlemcili” tasarımlardan biriydi ve hesaplama işlemlerinin parçalara ayrıldığı ve aynı anda farklı işlemciler.

Sürekli güncellenen Cray X-MP, 1985'te Cray 2'nin uzun süredir beklenen lansmanına kadar standart taşıyıcı olarak hizmet etti. Selefleri gibi, Cray’in en yeni ve en büyüğü, aynı at nalı şeklindeki tasarımı ve mantık kartlarında bir araya getirilmiş entegre devrelerle temel düzeni aldı. Ancak bu kez, bileşenler ısının dağılması için bilgisayarın bir sıvı soğutma sistemine daldırılması gerektiği kadar sıkı bir şekilde sıkıştırıldı. Cray 2, depolama işlemlerinden sorumlu bir "ön plan işlemci" ile sekiz işlemciyle donatılmıştı, bellek ve gerçek hesaplama ile görevlendirilen “arka plan işlemcilere” talimatlar vermek. Toplamda 1,9 milyar işleme hızı kayan nokta işlemleri Saniyede (1.9 Gigaflop), Cray X-MP'den iki kat daha hızlı.

Söylemeye gerek yok, Cray ve tasarımları süper bilgisayarın erken dönemini yönetti. Ancak bu alanda ilerleyen tek kişi o değildi. 80'lerin başlarında, aynı zamanda performans engellerini aşmak için birlikte çalışan binlerce işlemci tarafından desteklenen devasa paralel bilgisayarların ortaya çıktığını gördüler. İlk çok işlemcili sistemlerden bazıları W tarafından oluşturuldu. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde yüksek lisans öğrencisi olarak bu fikri ortaya çıkaran Daniel Hillis. O zamanki amaç, diğerlerinin arasında doğrudan CPU hesaplamaları yapmanın hız sınırlamalarının üstesinden gelmekti. beynin sinirseline benzer şekilde işleyen merkezi olmayan bir işlemci ağı geliştirerek ağ. 1985 yılında Bağlantı Makinesi veya CM-1 olarak tanıtılan uygulamalı çözümü, 65.536 birbirine bağlı tek bit işlemciye sahipti.

90'ların başları, Cray’ın süper bilgi işlem konusundaki tutukluğunun başlangıcını işaret ediyordu. O zamana kadar, süper bilgi işlem öncüsü, Cray Computer Corporation'ı oluşturmak için Cray Research'ten ayrıldı. Cray 2 için planlanan Cray 3 projesi bir çok soruna dönüştüğünde işler şirket için güneye başlamıştı. Cray’in en büyük hatalarından biri, işlem hızındaki on iki kat iyileştirme hedefine ulaşmanın bir yolu olarak galyum arsenid yarı iletkenlerini - daha yeni bir teknoloji - seçmektir. Sonuçta, onları üretmedeki zorluk, diğer teknik komplikasyonlarla birlikte gecikti. Projeyi yıllarca sürdürdü ve şirketin potansiyel müşterilerinin birçoğunun sonunda kaybetmesine neden oldu faiz. Çok geçmeden, şirket parası bitti ve iflas 1995'te.

On yıl boyunca rakip Japon bilgi işlem sistemleri sahaya hakim olacağından, Cray’ın mücadeleleri bir tür değişime yol açacaktır. Tokyo merkezli NEC Corporation ilk kez 1989 yılında SX-3 ve bir yıl sonra sahneye çıktı dünyanın en hızlı bilgisayarı olarak kabul edilen dört işlemcili bir sürümü piyasaya sürdü. 1993 yılında. O yıl, Fujitsu’nun Sayısal Rüzgar Tüneli, 166 vektör işlemcinin kaba kuvvetiyle 100 gigaflop'u aşan ilk süper bilgisayar oldu (Yan not: Size bir teknolojinin ne kadar hızlı ilerlediği fikri, 2016'daki en hızlı tüketici işlemcileri 100'den fazla gigaflop'u kolayca yapabilir, ancak o zaman özellikle etkileyiciydi). 1996'da Hitachi SR2201, 600 gigaflop'luk bir zirve performansa ulaşmak için 2048 işlemciyle ante'yi yükseltti.

Şimdi neredeydi Intel? Tüketici pazarının önde gelen yonga üreticisi olarak kendisini kuran şirket, yüzyılın sonuna kadar süper bilgisayar alanında bir sıçrama yapmadı. Çünkü teknolojiler tamamen farklı hayvanlardı. Örneğin süper bilgisayarlar, kişisel bilgisayarlarla çalışırken mümkün olduğunca fazla işlem gücüne sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. bilgisayarlar minimum soğutma kapasitesi ve sınırlı enerji kaynağından elde edilen verimliliği sıkmakla ilgiliydi. 1993'te Intel mühendisleri sonunda, 1994 yılının Haziran ayına kadar süper bilgisayarın zirvesine tırmandığı 3.680 işlemci Intel XP / S 140 Paragon sıralaması. Bu, tartışmasız dünyadaki en hızlı sistem olan ilk büyük paralel işlemcili süper bilgisayardı.

Bu noktaya kadar, süper hesaplama esas olarak bu gibi iddialı projeleri finanse etmek için derin cepleri olanların alanı olmuştur. NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki müteahhitlerin böyle bir lüksü olmayan müteahhitler bir Ethernet kullanarak bir dizi kişisel bilgisayarı bağlayarak ve yapılandırarak paralel bilgi işlemin gücünü kullanmanın akıllı yolu ağ. Geliştirdikleri “Beowulf küme” sistemi, gigaflop aralıklarında çalışabilen ve maliyeti 50.000 dolardan az olan 16 486DX işlemciden oluşuyordu. Ayrıca Linux süper bilgisayarlar için tercih edilen işletim sistemleri haline gelmeden önce Unix yerine Linux çalıştırma ayrıcalığına sahipti. Çok geçmeden, her yerde kendileri yap, kendi Beowulf kümelerini kurmak için benzer planları takip etti.

1996 yılında unvanını Hitachi SR2201'e bıraktıktan sonra Intel, ASCI Red adlı 6.000 200MHz'den oluşan Paragon'a dayanan bir tasarımla o yıl geri döndü Pentium Pro işlemciler. ASCI Red, rafta olmayan bileşenler lehine vektör işlemcilerden uzaklaşmasına rağmen, bir trilyon flop bariyerini (1 teraflop) kıran ilk bilgisayar olma özelliğini kazandı. 1999'a gelindiğinde, yükseltmeler üç trilyon floptan (3 teraflop) geçmesini sağladı. ASCI Red Sandia Ulusal Laboratuvarlarına kuruldu ve öncelikle nükleer patlamaları simüle etmek ve ülkenin nükleer cephanelik.

Japonya, 35.9 teraflop NEC Earth Simulator ile bir süre süper bilgi işlem öncülüğünü yeniden kazandıktan sonra, IBM, 2004'ten başlayarak Blue Gene / L ile eşi görülmemiş yüksekliklere süper bilgi işlem getirdi. IBM o yıl, Dünya Simülatörünü (36 teraflop) zorlukla kenarlayan bir prototipi çıkardı. Ve 2007'de mühendisler, işleme kapasitesini yaklaşık 600 teraflop zirveye çıkarmak için donanımı yükseltirlerdi. İlginç bir şekilde, ekip nispeten düşük güçte, ancak daha enerji verimli olan daha fazla fiş kullanma yaklaşımına giderek bu hızlara ulaşmayı başardı. IBM, 2008'de saniyede bir katrilyon kayan nokta işlemini (1 petaflop) aşan ilk süper bilgisayar olan Roadrunner'ı açtığında tekrar bir adım attı.