Сеимоур Цраи и Суперкомпјутер

Многи од нас су познати рачунари. Вероватно ћете је користити сада да бисте прочитали овај пост на блогу, јер су уређаји попут лаптопа, паметних телефона и таблета у основи иста основна рачунарска технологија. Суперкомпјутери, с друге стране, помало су езотерични јер се често сматра да су скупи, скупи, машине за усисавање енергије, развијене у великој мери за владине институције, истраживачке центре и велике фирме.

Узмимо за пример кинески Сунваи ТаихуЛигхт, тренутно најбржи суперкомпјутер на свету, према ранг листи суперкомпјутера Топ500. Састоји се од 41.000 чипова (само процесори теже 150 тона), кошта око 270 милиона долара и има снагу снаге 15.371 кВ. Са позитивне стране, међутим, способан је да извршава квадратне израчуне у секунди и може да похрани до 100 милиона књига. Као и други супер-рачунари, користиће се за решавање неких од најсложенијих задатака у областима науке, као што су предвиђање времена и истраживање лекова.

Појам суперкомпјутера настао је 1960-их година када је инжењер електротехнике по имену Сеимоур Цраи кренуо у стварање најбржег рачунара на свету. Цраи, који се сматра „оцем суперрачунара“, напустио је своју функцију у гиганту за пословне рачунаре Сперри-Ранд ће се придружити новооснованој корпорацији Цонтрол Дата како би могао да се фокусира на развој научни рачунари. Наслов најбржег рачунара на свету у то време носио је ИБМ 7030 „Стретцх“, један од првих који је уместо вакуумских цеви користио транзисторе.

Цраи је 1964. представио ЦДЦ 6600, који је представио иновације, попут искључивања германијумских транзистора у корист силицијума и система за хлађење на бази Фреона. Још важније, радио је брзином од 40 МХз, извршавајући отприлике три милиона операција са помичним зарезом у секунди, што га је учинило најбржим рачунаром на свету. Често се сматра првим суперкомпјутером на свету, ЦДЦ 6600 је 10 пута бржи од већине рачунара и три пута бржи од ИБМ 7030 Стретцх. Наслов је на крају одустао 1969. године наследнику ЦДЦ 7600.

Цраи је 1972. напустио Цонтрол Дата Цорпоратион да би основао сопствену компанију Цраи Ресеарцх. Након неког времена прикупљања основног капитала и финансирања од инвеститора, Цраи је дебитовао Цраи 1, који је поново подигао траку за рачунарским перформансама са великом маржом. Нови систем је радио у тактној брзини од 80 МХз и обављао је 136 милиона операција са плутајућом тачком у секунди (136 мегафлопа). Остале јединствене карактеристике укључују новији тип процесора (векторска обрада) и дизајн оптимизован за брзину поткове који је минимизирао дужину кола. Цраи 1 постављен је у Националну лабораторију у Лос Аламосу 1976. године.

До 1980-их Цраи се етаблирао као преовлађујуће име у суперрачунавању и очекивало се да ће свако ново издање надмашити његове претходне напоре. Дакле, док је Цраи био заузет радом на наследнику Цраи-а 1, посебан тим компаније избацио је Цраи Кс-МП, модел који је фактурисан као „очишћена“ верзија Цраи 1. Дијелио је исти дизајн облика поткове, али похвалио се са више процесора, заједничке меморије и понекад се описује као два Цраи 1 повезана заједно. Цраи Кс-МП (800 мегафлопс) био је један од првих „мултипроцесорских“ дизајна и помогао је у отварању врата за паралелна обрада, при чему се рачунарски задаци деле на делове и извршавају истовремено помоћу различит процесори.

Цраи Кс-МП, који се непрестано надограђивао, послужио је као стандардни носилац до дуго очекиваног лансирања Цраи 2 1985. године. Као и његови претходници, Цраи-ови најновији и најбољи попримили су исти дизајн подкева и основни распоред са интегрисаним круговима насложенима на логичким плочама. Овог пута, међутим, компоненте су биле набијене тако чврсто да је рачунар морао да буде потопљен у систем за хлађење са течним системом да би могао да распрши топлоту. Цраи 2 је опремљен са осам процесора, са „процесором у првом плану“ који је задужен за руковање складиштем, меморије и давања упутстава „процесорима у позадини“, који су имали задатак да изврше стварно рачунање. Свеукупно је паковала брзину обраде од 1,9 милијарди операције с плутајућом тачком у секунди (1.9 Гигафлопс), два пута брже од Цраи Кс-МП.

Непотребно је рећи да су Цраи и његови дизајни пресудили раном добу супер-рачунара. Али он није једини напредовао на терену. У раним 80-има такође се појавила масовна паралелна рачунара, које покрећу хиљаде процесора, који сви раде у тандему да би разбили баријере у перформансама. Неке од првих мултипроцесорских система креирао је В. Даниел Хиллис, који је на идеју дошао као дипломски студент на Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи. Циљ је у то време био да се превазиђе ограничење брзине директног рачунања ЦПУ-а процесора развијањем децентрализоване мреже процесора који су функционисали слично неуралној мозгу мрежа. Његово имплементирано решење, уведено 1985. као конективна машина или ЦМ-1, садржи 65.536 међусобно повезаних једнобитних процесора.

Ране деведесете су означиле почетак краја за Цраи-јев стисак суперкомпјутера. До тада, суперкомпјутерски пионир одвојио се од Цраи Ресеарцх-а и формирао Цраи Цомпутер Цорпоратион. Ствари су почеле да иду према југу када је пројекат Цраи 3, предвиђени наследник Цраи 2, наишао на читав низ проблема. Једна од главних грешака Цраи-а је опредјељење за полуводиче с галијум-арсенидима - новијом технологијом - као начин за постизање зацртаног циља двоструког побољшања брзине обраде. Коначно, потешкоће у њиховој производњи, заједно са другим техничким компликацијама, завршиле су са одлагањем пројекат годинама и резултирао је да су многи потенцијални купци компаније на крају изгубили камате. Убрзо су компанији понестали новца и поднели захтев банкрот 1995.

Цраи-еве борбе уступиле би место промени врсте чувања јер би конкурентни јапански рачунарски системи доминирали на терену већину деценије. Токијска корпорација НЕЦ први пут је изашла на сцену 1989. године са СКС-3 и годину дана касније открио верзију са четири процесора која је преузела као најбржи рачунар на свету, само да би била помрачена у 1993. Те године, Фујитсуов Нумерички тунел ветра, са грубом силом од 166 векторских процесора, постао је први суперкомпјутер који је надмашио 100 гигафлопс (Сиде ноте: Даје вам идеја о брзини напретка ове технологије најбржи потрошачки процесори у 2016. години могу лако направити више од 100 гигафлопа, али у то време је била посебно импресивна). Године 1996. Хитацхи СР2201 надградио је анте са 2048 процесора како би достигао врхунске перформансе од 600 гигафлопа.

Где је то било Интел? Компанија која се етаблирала као водећи произвођач чипова на тржишту, заиста није направила мрљу у царству суперрачунања све до краја века. То је због тога што су технологије биле потпуно различите животиње. Суперкомпјутери, на пример, дизајнирани су тако да губе онолико процесора колико је могуће рачунари су радили на смањењу ефикасности из минималних могућности хлађења и ограниченом снабдевању енергијом. Тако су 1993. године Интелови инжењери напокон кренули са наглим кораком и одважно приступили масовно паралелном моделу 3.680 процесора Интел КСП / С 140 Парагон, који се до јуна 1994. попео на врх суперкомпјутера рангирање. То је био први масовно паралелни процесор суперкомпјутер који је неспорно био најбржи систем на свету.

До сада, супер рачунарство је углавном била домена оних са дубоким џеповима за финансирање тако амбициозних пројеката. Све се то променило 1994. године када су извођачи радова у НАСА-ином центру за свемирске летове Годдард, који нису имали такав луксуз, смислили паметан начин да искористите снагу паралелног рачунања повезивањем и конфигурирањем низа личних рачунара помоћу етернета мрежа. Систем „Беовулф цлустер“ који су развили састојао се од 16 486ДКС процесора, способних да раде у гигафлопс опсегу и коштали су мање од 50 000 долара за изградњу. Такође је имао разлику од покретања Линука, а не Уника, пре него што је Линук постао оперативни систем избора за супер-рачунаре. Врло брзо, свугде сами урадили слични нацрти ради постављања сопствених кластера Беовулф.

Након што је 1996. године одустао од наслова на Хитацхи СР2201, Интел се вратио те године са дизајном заснованим на парагону названом АСЦИ Ред, који се састојао од више од 6.000 200МХз Пентиум Про процесори. Упркос одласку од векторских процесора у корист компоненти који се налазе изван полица, АСЦИ Ред је добио препознатљивост као први рачунар који је пробио баријеру од три билионе флопа (1 терафлопс). До 1999. године, надоградње су му омогућиле да надмаши три билиона флопа (3 терафлопа). АСЦИ црвени је инсталиран у националној лабораторији Сандиа и коришћен је превасходно за симулацију нуклеарних експлозија и помоћ у одржавању земље нуклеарни арсенал.

Након што је Јапан поново покренуо суперрачунални вод за период са 35.9 терафлопс НЕЦ симулатором Земље, ИБМ је 2004. довео супер рачунарство до невиђених висина, почевши од Блуе Гене / Л. Те године је ИБМ представио прототип који је једва поробио Еартх Симулатор (36 терафлопс). А до 2007. године, инжењери ће повећати хардвер како би повећали његову могућност обраде до максимума од готово 600 терафлопа. Занимљиво је да је тим успео да постигне такве брзине, користећи приступ чиповима који су релативно мале снаге, али енергетски ефикаснији. У 2008. години, ИБМ се поново сломио када је укључио Роадруннер, први суперрачуналски строј који је премашио један квадратни број операција са плутајућом тачком у секунди (1 петафлопс).