Сеймур Крей – создатель суперкомпьютеров

 

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 компьютера 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; предсказание 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 суперкомпьютеров, который по праву считается отцом суперкомпьютеров, звали Сеймур Крей.

Сеймур Роджер Крей родился в Чиппеве Фолс, штат Висконсин, 28 сентября 1925 года в семье инженера. В школе увлекался химией и радиотехникой, армию отслужил в должности электрика, после окончания университета Миннесоты получает степени бакалавра и магистра по прикладной математике.

Свои первые компьютеры Крей разработал в компании, которая вела исследовательские работы на деньги Военно-морского ведомства за период с 1950 по 1957 годы. Это был исследовательский компьютер ERA 1101. В 1957 году он основал новую компанию Control Data Corp (CDC). Первой разработкой новой компании была модель CDC 1604. В этой модели использовались транзисторы вместо электронных ламп, в ней было 100 000 диодов и 25 000 транзисторов; ее память на магнитных сердечниках имела емкость 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.

Будучи одним из руководителей компании, Крей очень тяготился своим административными и представительскими обязанностями. Он хотел только одного – построить самый быстрый компьютер в мире, а для этого ему нужны были покой и тишина.

Стараясь удержать Крея в компании, Билл Нррис (президент CDC) в 1962 году построил ему лабораторию рядом с домом. Крей стал отшельником, разрешая Норрису навещать его лишь дважды в год и только по приглашению. Сам Крей посещал штаб-квартиру CDC в Миннеаполисе раз в несколько месяцев.

22 августа 1962 года отшельник из Чиппеве Фолс доказал, что его уединение стоило того. В это день было объявлено 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 на несколько лет раньше, 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 перегрева плотноупакованных компонентов.

Первыми покупателями 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.

К 1969 году компания перешла к широким коммерческим разработкам, предоставив научным компьютерам и суперкомпьютерам более низкий статус. В 1972 году Сеймур Крей основал новую фирму Cray Research и заявил что будет создавать суперкомпьютеры по одному за определенное время, причем каждая модель будет совместима с предыдущей. Control Data Corp великодушно вложила в новую фирму 500 тысяч долларов в качестве стартового капитала.

В марте 1976 года фирма Cray Research выпустила свой уникальный суперкомпьютер Cray-1, 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 особенностью системы Cray-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 50нс. Другая особенность этой машины – ее способность организовать цепочку из серии векторных операций для непрерывного конвейера. Cray-1 был первым векторно-конвейерным суперкомпьютером, который имел громадный коммерческий успех. Производительность его достигала 130 MFLOPS. Цилиндрический дизайн Cray-1 (идея Сеймура Крея уменьшить длину внутренней проводки) был беспрецедентным.

В 1978 году Cray Research объявляет о решении создать модель Cray-2, которая должна быть более чем в 400 раз производительней Cray-1. И весной 1985 года первый образец Cray-2 был установлен в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния). Система Cray-2 имела большой объем памяти (256 млн. слов) с четырьмя параллельно работающими процессорами и малой длительностью такта (4,1 нс). По сравнению с Cray-1 новая модель имела на порядок большую пропускную способность и была оснащена операционной системой OC UNIX. Плотно размещенные платы компьютера создали проблему отвода тепла, которую Крей разрешил путем погружения плат в охлаждающую жидкость. Кто-то назвал Cray-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 и в 1989 году опять начал все с начала, открыл новую фирму Cray Computer Corp. Крей решил, что в его последующих компьютерах Cray-3 и Cray-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 Cray-4 с 64 процессорами, как ожидалось, должен был иметь длительность такта 1 нс и пиковую производительность 128 GFLOPS.

Но Cray Computer Corp. не смогла продать ни одного компьютера Cray-3 за два года, прошедших со дня представления системы. В 1995 году фирма Cray Computer заявила о своем банкротстве.

Эта неудача не сломила Сеймура Крея, и летом 1996 года он создает четвертую компанию – SRC Computer Inc. Планы этой компании прежние – создание самого быстрого компьютера в мире. Но осенью 1996 года случилось несчастье. Сеймур Крей попал в автомобильную аварию и скончался от множественных повреждений.

Особенностью таланта Сеймура Крея являлось то, что он не был приверженцем узкой специализации, какими являются большинство изобретателей в компьютерном мире. 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.