Супершкаф на службе человечества. История создания суперкомпьютеров Cray
Хорошо иметь… нет, не домик в деревне, а суперкомпьютер. Хотя бы самый простенький. Заплатил пару миллионов долларов — и сиди наслаждайся играми с максимальной детализацией физики и графики… Хотя стоп. Это неправда, запустить на суперкомпьютере игры не удастся, виной тому специфические ОС и особенности архитектуры. И вообще, огромные электронные мозги собирают для решения совсем других задач, таких как расчет аэродинамики автомобилей и свойств разнообразных наноструктур. Четкого понятия суперкомпьютера не существует. В 80-х, например, им называли систему весом более тонны, но бытовало и другое определение — суперкомпьютером считали любую машину, руку к которой приложил Сэймур Крэй…
Мальчик и супершкаф
Сэймур Крэй родился в 1925 году, в Висконсине, в городке Чиппева Фолс. Интерес к изобретательству светило науки начал проявлять, как водится, в юном возрасте — в 10 лет из электромеханического конструктора он собрал устройство для перевода кода с перфорированной бумаги в азбуку Морзе. В 1943 году нашего героя забрали в армию служить в Европе радиооператором, откуда его вскоре перебросили на тихоокеанский театр военных действий, где он помогал взламывать японские шифры. По возвращении домой Крэй поступил в университет и закончил его в 1950 году, получив диплом инженера-электрика.
Первые шаги к успеху Крэй сделал в компании ERA (Engineering Research Associates), где играл ключевую роль в разработке компьютера ERA 1103. Машина удалась и принесла немалую прибыль компании. Габариты у нее были внушительные (два ряда шкафов), в начинку входили трубки Уильямса — громоздкие штуковины 12,7 см в диаметре.
В 1957 году компьютерное подразделение ERA сократили. Группа разработчиков ушла, чтобы основать компанию CDC (Control Data Corporation). Крэй собрался последовать за сослуживцами, однако не тут-то было — изобретатель был ведущим инженером государственного проекта NTDS (Naval Tactical Data System), его уход привел бы к провалу. Поэтому глава CDC Уильям Норрис рекомендовал Крэю завершить начатое и позже присоединиться к нему. Так и произошло, спустя год Крэй разобрался с заказом, получив заодно репутацию видного специалиста. Тут-то все и началось.
Триумф по имени Cray
Освободившись от обязательств, Сэймур примкнул к друзьям из CDC и за короткий срок спроектировал CDC 1604. Машина стала первым успешным компьютером на транзисторах — электрических переключателях, которые по сей день используют, например, в процессорах. На следующее творение ученому понадобилось всего три дня. На базе процессора ввода-вывода CDC 1604 родился первый в мире мини-компьютер CDC 160 (размером с офисный стол). В США его стоимость составляла $110 000, что было немного по тем временам.
В 1964 году с чертежного стола Крэя в реальный мир шагнул компьютер CDC 6600. Теоретически он мог выполнять 3 млн операций в секунду, однако с помощью лучших компиляторов программистам удавалось добиться лишь 0,5 млн. Процессор CDC 6600 не был вершиной инженерной мысли, тем не менее компьютер был лучшим. Секрет в том, что Крэй сделал сбалансированный суперкомпьютер. Он сам по этому поводу заявил: « Любой может создать быстрый процессор. Но изюминка в том, чтобы заставить всю систему работать быстро ».
После очередного успешного проекта он взялся за CDC 7600. Крэй был простым человеком, по натуре трудоголиком, не слишком общительным. Устав от менеджеров CDC, требовавших от него общения с каждым потенциальным клиентом, Крэй поставил условие — либо он, либо менеджеры. Несмотря на то что работа над CDC 7600 была в разгаре, Норрис нашел соломоново решение и построил в городке Чиппева Фолс, где вырос Крэй, исследовательскую лабораторию.
Любопытный факт: еще одной причиной переезда Крэя стала паранойя. Изобретатель увлекался политикой и опасался атомной войны. Крэй имел под своим домом огромное бомбоубежище. Эта тема стала предметом шуток. На вопросы журналистов, как ему удается генерировать идеи, Крэю приходилось отшучиваться: « В туннеле под моим домом я встречаюсь с эльфами. Они мне и дают советы, как сделать суперкомпьютеры лучше ».
Несмотря на переезд, Крэй выдал CDC 7600 в срок — он дебютировал на рынке в 1971 году. Машина сотворила сенсацию, продемонстрировав в 20 раз большую скорость (10 MFLOPS) на оптимизированном коде. Остается лишь упомянуть, что для CDC 6600 этот показатель был равен всего 0,5 MFLOPS. CDC 7600 продали в количестве 100 штук по цене $6-10 млн в зависимости от конфигурации.
На этом удача временно отвернулась от Крэя. Новое поколение суперкомпьютеров начали проектировать сразу две команды. Одна разработка носила имя CDC 8600 и ответственным за нее был Крэй, шефство над второй, менее амбициозной STAR-100 , взял работавший вместе с Крэем над CDC 6600/7600 Джим Торнтон. В 1972-м стало понятно, что CDC 8600 получается слишком сложным, чтобы его можно было запустить в производство. Крэй отправился к Уильяму Норрису просить денег на редизайн. Решение было принято не в пользу Крэя, глава CDC сделал ставку на STAR-100 и урезал финансирование команде, работавшей над CDC 8600. Оно и понятно — несмотря на весьма приличную прибыль, CDC при разработке каждого нового проекта балансировала на грани банкротства: создание суперкомпьютеров — удовольствие дорогое.
Изобретатель такого отношения к себе терпеть не стал и спешно покинул CDC, чтобы основать Cray Research. Несмотря на это Норрис сохранил с ним отношения и даже субсидировал его компанию. Деньги были использованы с умом. Первый же проект ( Cray 1 ) обрел бешеную популярность (насколько это применимо к суперкомпьютерам). Машина имела 80 МГц процессор и была построена на микросхемах. Поставщиком деталей стала компания Fairchild , из которой вышли основатели Intel и AMD.
В это время в CDC закончили работу над STAR-100. Тут-то и выяснилось, что проект оказался провальным. Некоторые программы, написанные специально под STAR-100, работали быстрее на CDC 7600! При этом новинка стоила дороже. Джим Торнтон уволился, но благодаря расторопности Норриса развала компании удалось избежать. Он принял решение продолжить поддержку успешных CDC 6600/7600, ну а многострадальный STAR-100 отправили на доработку. Так появились CDC Cyber 203 и CDC Cyber 205.
Крэй даром время не терял — первый образец Cray 1 под серийным номером 001 ушел в аренду научной лаборатории в Лос-Аламос, второй был продан за $8,8 млн. Предполагалось реализовать всего около дюжины Cray 1, но результаты превзошли все ожидания — Cray Research удалось заинтересовать более сотни клиентов.
Меж тем Сэймур вовсю готовил Cray 2 , другие сотрудники компании сосредоточились на Cray X-MP , который увидел свет в 1982 году. Электронные шкафы Cray X-MP впервые в истории компьютеров поддерживали несколько процессоров — от двух до четырех с частотой 105 МГц. Cray X-MP вышел в лидеры по продажам. Cray 2 появился спустя три года и стал самым быстрым суперкомпьютером на планете. Правда, Cray X-MP отстал совсем немного, так что время для выхода Cray 2 было упущено. Как результат, большой популярности он не снискал. Cray 2 правительство США использовало для создания сонаров и при исследовании ядерного оружия.
Возможности суперкомпьютеров не раз пригодились и в мирных целях: с помощью Cray 1 и Cray X-MP были отрендерены первые в мире спецэффекты. Основоположником стала компания Triple-1 , выпустившая в цифровое пространство истребители X-Wing для фильма « Звездные войны: Новая надежда » (1977 год). Правда, смонтированным роликам попасть на экран было не суждено — Джордж Лукас , поджимаемый временем, отказался от замысла и довольствовался съемкой игрушечных моделей. Зато шестая часть «Звездных войн» удивила зрителя реалистично анимированной «Звездой смерти». Над компьютерной графикой трудилась собственная студия Джорджа Лукаса — LucasFilm CG , проданная позже Стиву Джобсу и известная ныне как Pixar. Компьютерные спецэффекты доказали свое право на жизнь и стали все чаще появляться на экранах. Кстати, суперкомпьютеры Cray были использованы для создания спецэффектов в таких блокбастерах, как « Парк юрского периода » и « Терминатор 2: Судный день ».
Альтернатива суперкомпьютерам
Доступная альтернатива суперкомпьютеру — кластеры, которые состоят из десятков и сотен объединенных локальной сетью персональных компьютеров. Такие системы можно встретить практически в любом российском вузе. Управляются кластеры чаще всего специальными версиями Windows и Linux.
Набирают популярность сети научных вычислений Grid , участвовать в которых на добровольной основе может любой пользователь с доступом в интернет. Машинам выдают задание, которое те выполняют в фоновом режиме. Таким образом, каждый пользователь может подключить ПК к одной из сетей Grid и оказать посильную помощь ученым в решении мировых проблем. Наиболее распространенные проекты — расшифровка космических радиосигналов на предмет инопланетных передач и анализ лекарственных препаратов.
Крэй должен быть один
После прохладной встречи рынком Cray 2 ученый оставил руководящий пост в Cray Research и создал при поддержке компании независимую лабораторию. Так он хотел сосредоточиться только на своих проектах. Финансовое положение Cray Research было не ахти, денег на разработку Cray 3 было недостаточно. Приоритет отдали развитию зарекомендовавшего себя Cray X-MP. Крэю ничего не оставалось, как отправиться на вольные хлеба и создать новую компанию — Cray Computer Corporation.
В конце 80-х начало казаться, что дни неспособного к высоким частотам кремния сочтены, Крэй рискнул и инвестировал большую сумму в начинающую компанию по выпуску галий-арсенидных микросхем для создания на их базе Cray 3 с частотой 500 МГц. По размерам Cray 3 оказался намного компактнее Cray 2, поддерживал установку до 16 процессоров. Производительность была заявлена как самая высокая в мире. К сожалению, суперкомпьютер работал он нестабильно. Главный заказчик — NCAR (Национальный центр атмосферных исследований) — отказался выделить деньги на доработку. Причиной стало окончание холодной войны, что вызвало урезание финансирования научных институтов, главных клиентов Крэя. В итоге в NCAR отправился единственный в мире прототип Cray 3…
Вскоре Cray Computer Corporation объявила себя банкротом. После этого ученый организовал третью свою компанию ( SRC Computers ) и начал строить Cray 4. Сбыться планам было не суждено — в 1996 году наш герой погиб в автокатастрофе.
Сэймуру Крэю удавалось создавать лучшие компьютеры своего времени, они служили человечеству на протяжении десятков лет. Дело суперкомпьютерного гения живет и поныне — в 1996 году компания Cray Research была куплена Silicon Graphics ( SGI ). Уже в 1999-м последняя выделила Cray Research в отдельную компанию, а годом позже продала ее компании Terra Computer Company ( TCC ). После этого TCC воспользовалась удобным случаем и переименовалась в Cray Research, которая и сегодня работает на рынке суперкомпьютеров.