Архитекторы компьютерного мира - Аркадий Частиков

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; предсказания 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 таких компьютеров, который по праву считается отцом суперкомпьютеров, звали Сеймур Крей.

Его компания, Cray Research, располагалась в Миннесполисе, а производственная база — в Чиппева Фолс (штат Висконсин). Вот, что писал один американский журнал в конце 80-х годов: "Чиппева-Фолс (население 13 тысяч человек) славится в округе своим пивом "Лейненкугель" и водой "Чиппева спрингс". Но в мире он известен как место, где живет один из самых влиятельных и загадочных авторитетов в компьютерном мире — Сеймур Крей. В этом мире 62-летний Крей, застенчивый, необщительный инженер, редко дающий интервью журналистам, значит то же, что значил Эдисон в электротехнике или Белл в телефонии. Сначала в качестве одного из основателей фирмы Control Data, а затем своей собственной, Крей сконструировал непревзойденную серию компьютеров высшего класса, в том числе CDC 1604, CDC 6600, CDC 7600, Сгау-1 и Сгау-2, каждая из которых в свое время могла претендовать на то, чтобы называться самым мощным компьютером в мире".

Сеймур Роджер Крей родился в Чиппева Фолс, штат Висконсин, 28 сентября 1925 года в семье инженера. В школе увлекался химией и радиотехникой, причем в старших классах его научные способности были замечены, и он даже замещал заболевшего учителя физики. По окончании школы он служил в армии в должности электрика, а потом поступил в университет Миннесоты. После получения звания бакалавра в 1950 году Сеймур еще один год посещает лекции по прикладной математике и в 1951 году получает еще степень магистра.

В поисках работы он устроился на фабрику в Сан-Пауло, где изготавливали планеры. Вот как описывает тот период сам Сеймур Крей: "Тогда в Соединенных Штатах — об этом я не знал — существовали две группы, целью которых было создание универсального компьютера. Одна работала на восточном побережье, с Преспером Эккертом и Джоном Маучли во главе. Они строили UN1VAC — универсальный автоматический компьютер. Вторая группа, называвшая себя опытно-конструкторской (Engineering Research Associates), находилась в Сан-Пауло, на планерной фабрике. Ею руководили Джон Паркер и Билл Норрис. Последний вел исследовательскую работу на средства Военно-морского ведомства. Мне показалось, что это неплохой вариант, и я пошел к нему".

В Engineering Research Associates и в компаниях-преемниках — Remington Rand и Sperry Rand — Сеймур Крей проработал с 1950 по 1957 год. В эти же годы он создал свой первый исследовательский компьютер ERA 1101, а также в большей степени был автором проекта компьютера UNIVAC 1103.

Компания Sperry Rand была заинтересована в увеличении сбыта компьютеров, а не в исследовательских проектах, и Крей покинул эту компанию.

"Я решил, что пора поискать другое место. Так же решил Билл Норрис, и мы основали новую компанию Control Data Corp (CDC)", — вспоминает Крей.

Первой разработкой новой компании, которой руководил Сеймур Крей, была модель CDC 1604. В этой модели были использованы транзисторы вместо электронных ламп. Модель CDC 1604 содержала 100 тысяч диодов и 25 тысяч транзисторов и имела память на магнитных сердечниках емкостью 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.

Репутация Крея стремительно росла. Однако он устал от многочисленных административных и представительских обязанностей. Он хотел одного — построить самый быстрый компьютер в мире, а для этого ему были нужны покой и тишина.

Стараясь удержать Крея в компании, Билл Норрис (президент Control Data Corp.) в 1962 году построил ему лабораторию на участке 40 акров, которым владела семья Крея. От дома Крея до лаборатории можно было дойти пешком. Крей стал отшельником, разрешая Норрису навещать его лишь дважды в год и только по приглашению. Крей посещал штаб-квартиру CDC в Миннеаполисе раз в несколько месяцев. Иногда начальство приезжало в Чиппева Фолс, чтобы послушать Крея. Они собирались за обедом, на котором Крей быстро съедал "хот-дог" и просил прощение, что должен вернуться к своей работе. Поговаривали, что он собирает свои компьютеры на карточном столе на веранде коттеджа в Лейк-Виссота. Взяв корзину с чипами и паяльник, он собирает схемы. В дествительности Крей создавал свои компьютеры, пользуясь только карандашом и бумагой. Каждый день он исписывал пачку бумаги размером 8,5x11 дюймов.

22 августа 1962 года отшельник из Чиппева Фолс доказал, что его уединение стоило того. В этот день компания Control Data объявила 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 несколько лет ранее, 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 нагревания плотноупакованных компонентов.

Первым покупателем 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. Сеймур Крей пошел дальше, планируя создание модели 7600, которая, после ее выпуска в 1969 году, стала многими считаться первым суперкомпьютером. Позднее Крей создал модель 8600, но CDC решила не выпускать ее на рынок. К этому времени Control Data Соrр. перешла к широким коммерческим разработкам, предоставив научным компьютерам и суперкомпьютерам более низкий статус. Говорит Сеймур Крей: "Мы продолжали работать над машинами, росла их память, компания расширялась. Но вот она стала слишком большой, и опять я должен был уйти для нового старта. Так я основал Cray Research. Я люблю начинать сначала и постоянно это делаю". Фирма Cray Research была основана в 1972 году, Сеймур Крей заявил, что будет создавать суперкомпьютеры по одному за определенное время. Каждая новая модель будет совместимой с предыдущими. Control Data Соrр. великодушно вложила в фирму Cray Research 500 тыс. долларов в качестве стартового капитала.

Компьютер CDC 6600

В марте 1976 года фирма Cray Research выпустила свой уникальный суперкомпьютер Сгау-1, который был установлен в Лос-Аламосской лаборатории. 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 особенностей системы Сгау-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 50 нс. Другая особенность Сгау-1 — его способность организовать цепочку из серии векторных операций для непрерывного конвейера.

Сгау-1 был первым векторно-конвейерным суперкомпьютером, который имел громадный коммерческий успех. Производительность его достигала 130 MFLOPS. Цилиндрический дизайн Сгау-1 (идея Сеймура Крея уменьшить длину внутренней проводки) был беспрецедентным. Некоторые шутники называли его "самым дорогим в мире креслом для двоих". Во время сборки Сгау-1 Крей работал со своими коллегами на заводе до обеда, шел домой в 4 часа вечера, а затем возвращался на завод, чтобы работать в одиночестве до раннего утра. Когда он начинал новую модель, у него было только одно правило — начать все сначала, избегая повторения того, что он делал в прошлый раз. Исчерпав все возможности старого проекта, он инстинктивно понимал, что с ним не стоит работать во второй раз.

Суперкомпьютер Сгау-1

В 1978 году Cray Research объявляет о решении создать модель Сгау-2, которая должна быть более чем в 400 раз производительнее модели Сгау-1. И весной 1985 года первый образец Сгау-2 был установлен в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния). Система Сгау-2 имела большой объем памяти (256 млн. слов) с четырьмя параллельно работающими процессорами и малой длительностью такта (4,1 нс). По сравнению с Сгау-1 новая модель имела на порядок большую пропускную способность и была оснащена операционной системой на основе ОС UNIX. Плотно размещенные платы компьютера создали проблему отвода тепла, которую Крей разрешил путем погружения плат в охлаждающую жидкость. Кто-то назвал Сгау-2 "компьютером в аквариуме".