cray-3 - Cray-3

Seymour Cray, bir Cray-3 işlemci tankının arkasında poz veriyor. CPU yalnızca tankın üstünü kaplar, gerisi bellek ve güç kaynakları içerir.

Cray-3 was a vektör süper , Seymour Cray için sitesindeki belirlenmiş ardıl Cray-2 . Sistem, galyum arsenit (GaAs) yarı iletkenlerinin bilgisayardaki ilk büyük uygulamalarından biriydi ve 1 fit küp (0.028 m 3 ) CPU'ya paketlenmiş yüzlerce özel yapım IC kullanıyordu . Tasarım hedefi, Cray-2'nin yaklaşık 12 katı olan 16 GFLOPS civarında performanstı .

Cray-3 üzerinde çalışmalar 1988 yılında Cray Research'ün (CRI) Chippewa Falls, Wisconsin'deki geliştirme laboratuvarlarında başladı . Laboratuvardaki diğer ekipler, benzer performansa sahip tasarımlar üzerinde çalışıyordu. Ekipleri odaklamak için, Cray-3 çalışması o yıl Colorado Springs, Colorado'daki yeni bir laboratuvara taşındı . Kısa bir süre sonra, Minneapolis'teki şirket merkezi , başka bir tasarım olan Cray C90 lehine Cray-3 üzerindeki çalışmaları sonlandırmaya karar verdi . 1989'da Cray-3 çalışması yeni kurulan bir şirket olan Cray Computer Corporation'a (CCC) devredildi .

Lansman müşterisi Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı 1991'de siparişlerini iptal etti ve kısa bir süre sonra birkaç şirket yöneticisi ayrıldı. İlk makine 1993 yılında nihayet hazır olduğunu, ancak hiçbir fırlatma müşteri ile, bunun yerine yakın bir gösteri birimi olarak ödünç edildi Atmosferik Araştırmalar Ulusal Merkezi de Boulder . Şirket Mayıs 1995'te iflas etti ve makine resmi olarak hizmet dışı bırakıldı.

İlk Cray-3'ün teslimi ile Seymour Cray hemen benzer fakat geliştirilmiş Cray-4 tasarımına geçti, ancak şirket tamamen test edilmeden önce iflas etti. Cray-3, Cray'in son tamamlanan tasarımıydı; CCC'nin iflasıyla paralel tasarımlara odaklanmak için SRC Computers'ı kurdu, ancak bu iş teslim edilmeden 1996'da bir trafik kazasında öldü.

Tarih

Arka fon

Seymour Cray, 1985 yılında Cray-2 üretime geçer geçmez Cray-3'ün tasarımına başladı . Cray, genel olarak, önceki modellerden on kat daha yüksek performansa sahip yeni makineler üretme hedefini belirledi. Makineler her zaman bu hedefi karşılamasa da, bu, projeyi tanımlamada ve onu karşılamak için ne tür süreç iyileştirmelerine ihtiyaç duyulacağını netleştirmede faydalı bir teknikti. Cray-3 için, Cray-2'ye göre 12 kat artışla daha da yüksek bir performans geliştirme hedefi belirlemeye karar verdi.

Cray, artan hız sorununa her zaman üç eşzamanlı ilerlemeyle saldırmıştı; sisteme daha yüksek paralellik sağlamak için daha fazla yürütme birimi , sinyal gecikmelerini azaltmak için daha sıkı paketleme ve daha yüksek bir saat hızı sağlamak için daha hızlı bileşenler. Üçünden, Cray normalde en az saldırgandı; tasarımları, öncü tasarımların aksine, halihazırda yaygın olarak kullanılan bileşenleri kullanma eğilimindeydi.

Cray-2 için, daha yüksek yoğunluklara izin vermek için entegre devreleri için yeni bir 3D paketleme sistemi tanıttı ve bu süreçte iyileştirme için biraz yer olduğu ortaya çıktı. Yeni tasarım için tüm tellerin maksimum 1 fit (0.30 m) uzunlukla sınırlı olacağını belirtti. Bu, işlemcinin Cray-2 CPU'nun yaklaşık 1 ⁄ 3'ü olan 1 fit küp (0.028 m 3 ) bloğa sığmasını gerektirir . Bu sadece performansı artırmakla kalmayacak, aynı zamanda sistemi 27 kat küçültecek.

12 kat performans artışı için tek başına paketleme yeterli olmayacak, çiplerin üzerindeki devrelerin de hızlanması gerekecekti. Cray-2 , 4,1 ns'de (244 MHz) silikon bazlı transistörlerin hız sınırlarını zorluyor gibi görünüyordu ve 2x'ten fazlasının mümkün olmayacağı görüldü. 12x hedefine ulaşılacaksa, daha radikal değişikliklere ihtiyaç duyulacak ve bir "yüksek teknoloji" yaklaşımının kullanılması gerekecekti.

Cray , Cray-2'de sadece daha yüksek anahtarlama hızları sunmakla kalmayıp aynı zamanda daha az enerji kullanan ve böylece daha serin çalışan galyum arsenit devresi kullanmayı amaçlamıştı . Cray-2 tasarlanırken, GaAs üretim durumu basitçe bir süper bilgisayar sağlama görevine bağlı değildi. 1980'lerin ortalarına gelindiğinde işler değişmişti ve Cray, ilerlemenin tek yolunun bu olduğuna karar verdi. Büyük çip üreticilerinin yatırım eksikliği göz önüne alındığında, Cray bir GaAs çip üretme girişimi olan GigaBit Logic'e yatırım yapmaya ve bunları dahili bir tedarikçi olarak kullanmaya karar verdi.

Kasım 1988'de sistemi anlatan Cray, 12 kat performans artışının GaAs devreleri nedeniyle üç kat, daha fazla işlemci kullanımı nedeniyle dört kat artıştan oluşacağını belirtti. Cray-2 ile ilgili sorunlardan biri, işlemciler arasındaki sınırlı bant genişliği nedeniyle çoklu işlemci performansının düşük olmasıydı ve bunu ele almak için Cray-3, Cray Y-MP'de kullanılan çok daha hızlı mimariyi benimseyecekti . Bu, 8000 MIPS veya 16 GFLOPS'luk bir tasarım performansı sağlayacaktır .

geliştirme

Cray-3'ün ilk olarak 1991'de teslim edilmesi planlanıyordu. Bu, süper bilgisayar pazarının 1980'deki yıllık %50 büyümeden 1988'de %10'a hızla küçüldüğü bir dönemdeydi. Aynı zamanda, Cray Research aynı zamanda Y-MP, sistem mimarisinin daha hızlı, çok işlemcili bir versiyonu, atalarını orijinal Cray-1'e kadar takip ediyor . Y-MP ve Cray-3 gruplarına odaklanmak için ve Cray'in kişisel desteğiyle, Cray-3 projesi Colorado Springs'deki yeni bir araştırma merkezine taşındı .

1989'a gelindiğinde, Y-MP teslimatlara başlıyordu ve Chippewa Falls, Wisconsin'deki ana CRI laboratuvarı , Y-MP serisinde bir başka gelişme olan C90'a geçti. Sadece 25 adet Cray-2 satıldığında, yönetim Cray-3'ün "düşük öncelikli" geliştirmeye verilmesi gerektiğine karar verdi. Kasım 1988'de Colorado Springs laboratuvarı Cray Computer Corporation (CCC) olarak bölündü ve CRI yeni şirketin hisselerinin %10'unu elinde tuttu ve kalkınmayı finanse etmek için 85 milyon dolarlık bir senet sağladı. Cray'in kendisi yeni şirkette hissedar değildi ve sözleşmeli olarak çalıştı. CRI orijinal binadaki kira sözleşmesini elinde tuttuğundan, yeni şirket bir kez daha taşınmak zorunda kaldı ve bu da daha fazla gecikmeye neden oldu.

1991 yılına gelindiğinde, gelişme programın gerisindeydi. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı ilk makine siparişini C90 lehine iptal ettiğinde geliştirme daha da yavaşladı . CEO da dahil olmak üzere birçok yönetici şirketten ayrıldı. Şirket daha sonra, makinenin dört ila sekiz işlemcili daha küçük bir versiyonuna ihtiyaç duyan bir müşteri arayacaklarını duyurdu.

İlk (ve tek) üretim modeli (adında seri numarası S5, graywolf ) ödünç edildi NCAR NCAR versiyonu 4 işlemcileriyle konfigüre edilmiş Mayıs 1993'te bir gösteri sistemi olarak ve 128 MWord (64-bit kelime, 1 GB) ortak bellek . Hizmette, statik RAM'in sorunlu olduğu kanıtlandı. Ayrıca karekök kodunun, 60 milyon hesaplamada 1'inin yanlış olmasına neden olan bir hata içerdiği keşfedildi . Ayrıca, dört CPU'dan biri güvenilir şekilde çalışmıyordu.

CCC, yaklaşık 300 milyon dolarlık finansman harcadıktan sonra Mart 1995'te iflasını ilan etti. NCAR'ın makinesi ertesi gün resmen hizmet dışı bırakıldı. Cray-3 makineleri için S1 ila S7 seri numaralarına sahip yedi sistem kabini veya "tanklar" üretildi. Çoğu, daha küçük iki CPU'lu makineler içindi. Cray-4 projesinde daha küçük tanklardan üçü kullanıldı , esasen 1 ns (1 GHz) hızında çalışan ve daha da küçük bir alana yerleştirilmiş 64 daha hızlı CPU'lu bir Cray-3. Bir diğeri Cray-3/SSS projesi için kullanıldı.

Cray-3'ün başarısızlığı büyük ölçüde değişen siyasi ve teknik iklimden kaynaklandı. Makine, Varşova Paktı'nın çöküşü ve süper bilgisayar alımlarında büyük bir küçülmeye yol açan soğuk savaşın sona ermesi sırasında tasarlandı . Aynı zamanda, pazar giderek büyük ölçüde paralel (MP veya MPP) tasarımlara yatırım yapıyordu . Cray bu yaklaşımı eleştirdi ve The Wall Street Journal tarafından MPP sistemlerinin vektör bilgisayarlar üzerindeki üstünlüğünü henüz kanıtlamadığını söyleyerek birçok kullanıcının büyük paralel makineler için programlama yapmanın zorluğuna dikkat çekti. "En azından benim hayatım boyunca, evrensel olarak başarılı olacaklarını sanmıyorum".

Mimari

mantıksal tasarım

Cray-3 sistem mimarisi bir ön plan işleme sistemi , 16'ya kadar arka plan işlemcisi ve 2 gigaword'e (16 GB) kadar ortak bellekten oluşuyordu . Ön plan sistemi, giriş/çıkış ve sistem yönetimine ayrılmıştı . Bir 32-bit işlemci ve yığın depolama ve ağ aygıtları için, öncelikle HiPPI kanalları aracılığıyla dört senkron veri kanalı içeriyordu .

Her arka plan işlemcisi bir hesaplama bölümü , bir kontrol bölümü ve yerel bellekten oluşuyordu . Hesaplama bölümü 64-bit skaler, kayan nokta ve vektör aritmetiği gerçekleştirdi . Kontrol bölümü, talimat arabellekleri, bellek yönetimi işlevleri ve gerçek zamanlı bir saat sağladı . 16 kword (128 kbyte) yüksek hızlı yerel bellek, geçici çalışma belleği olarak kullanılmak üzere her bir arka plan işlemcisine dahil edildi.

Ortak bellek , sekiz adede kadar oktanla , her biri 64 bankadan oluşan oktanlar halinde düzenlenen silikon CMOS SRAM'den oluşuyordu . Sözcük boyutu 64-bit artı sekiz oldu hata düzeltme bitleri ve toplam bellek bant genişliği saniyede 128 gigabayt de değerlendirilmiştir.

CPU tasarımı

4x4 "alt modüller" düzenlemesi ile tipik modül düzeni, 4 derinlikte istiflenir. Alttaki metal konektörler güç bağlantılarıdır.

Önceki tasarımlarda olduğu gibi, Cray-3'ün çekirdeği , her biri parçalarla dolu birkaç devre kartı içeren bir dizi modülden oluşuyordu . Yoğunluğu artırmak için, tek tek GaAs yongaları paketlenmedi ve bunun yerine birkaçı doğrudan ultrasonik altın bağlama ile yaklaşık 1 inç (25 mm) karelik bir panoya monte edildi. Kartlar daha sonra ters çevrildi ve elektrik kablolarını taşıyan ikinci bir kartla eşleştirildi, bu karttaki teller deliklerden geçerek talaş taşıyıcının yapıştırıldıkları "alt" (yongaların karşısında) tarafına geçiyor, dolayısıyla yongayı sandviçler arasında sıkıştırıyordu. tahtanın iki katmanı. Bu alt modüller daha sonra dört derinlikte istiflendi ve Cray-2'de olduğu gibi bir 3D devre yapmak için birbirine bağlandı.

Cray-2'den farklı olarak, Cray-3 modülleri ayrıca kenar konektörleri içeriyordu . Bu tür on altı alt modül, 121 x 107 x 7 milimetre (4.76 inç × 4.21 inç × 0.28 inç) ölçülerinde tek bir modül yapmak için 4×4 dizisinde birbirine bağlandı. Bu gelişmiş paketlemeyle bile devre yoğunluğu 1990'ların standartlarına göre bile düşüktü, inç küp başına yaklaşık 96.000 kapıda. Modern CPU'lar, inç kare başına milyonlarca kapı sayısı sunar ve 3D devrelere geçiş, 2017'den itibaren hala düşünülüyordu.

Bu tür otuz iki modül daha sonra istiflendi ve bir dizi bükümlü çift kablo ile tek bir işlemciye bağlandı. Temel döngü süresi 2.11 ns veya 474 MHz idi ve her işlemcinin yaklaşık 0.948 GFLOPS'a ve 16 işlemcili bir makinenin teorik bir 15.17 GFLOP'a ulaşmasına izin verdi. Yüksek performansın anahtarı, her işlemin 8 GB/sn'ye kadar patlamasına izin veren ana belleğe yüksek hızlı erişimdi.

Mekanik tasarım

Komple işlemci "tuğlası". Modüller içeride görülebilir, dikey olarak monte edilmiştir.

Modüller, "tuğla" olarak bilinen alüminyum bir şasi içinde bir arada tutuldu. Tuğlalar , Cray-2'de olduğu gibi soğutma için sıvı florinerte daldırıldı . 64 bellek modülüne sahip dört işlemcili bir sistem, yaklaşık 88 kW güç tüketti. Dört işlemcili sistemin tamamı yaklaşık 20 inç (510 mm) boyunda ve önden arkaya ve 2 fit (0.61 m) genişliğinden biraz fazlaydı.

Dört işlemciye kadar olan sistemlerde, işlemci düzeneği 42 inç (1,1 m) genişliğinde, 28 inç (0,71 m) derinliğinde ve 50 inç (1,3 m) yüksekliğindeki bir kabinin tepesindeki yarı saydam bronz akrilik kapağın altına oturdu. altındaki bellek ve ardından alttaki güç kaynakları ve soğutma sistemleri. Sekiz ve 16 işlemcili sistem, daha büyük bir sekizgen kabine yerleştirilebilirdi. Sonuç olarak, Cray-3, diğer süper bilgisayarlara kıyasla nispeten küçük olan Cray-2'den oldukça küçüktü.

Sistem kabinine ek olarak, bir Cray-3 sistemi ayrıca bir veya iki (işlemci sayısına bağlı olarak) sistem kontrol bölmesi (veya "C-Pod'lar"), 52,5 inç (1,33 m) kare ve 55,3 inç (1,40 m) gerektiriyordu. yüksek, içeren güç ve soğutma kontrol ekipmanı.

Sistem konfigürasyonları

Aşağıdaki olası Cray-3 konfigürasyonları resmi olarak belirtilmiştir:

isim CPU'lar Hafıza (Kelimeler) G/Ç Modülleri
Cray-3/1-256 1 256 1
Cray-3/2-256 2 256 1
Cray-3/4-512 4 512 3
Cray-3/4-1024 4 1024 3
Cray-3/4-2048 4 2048 3
Cray-3/8-1024 8 1024 7
Cray-3/8-2048 8 2048 7
Cray-3/16-2048 16 2048 15

Yazılım

Cray-3 Colorado Springs İşletim Sistemi (ran STK Cray Research üzerine dayanıyordu) Unicos işletim sistemi sürüm 5.0. CSOS ve UNICOS arasındaki önemli bir fark , CSOS'un UNICOS'ta kullanılan tüm PCC uzantıları kaldırılarak standart C'ye taşınmasıydı.

Cray-3 altında mevcut olan yazılımların çoğu Cray Research'ten türetilmiştir ve örneğin X Window System , FORTRAN ve C derleyicilerini vektörleştirme , NFS ve bir TCP/IP yığınını içermektedir.

Referanslar

alıntılar

bibliyografya

Dış bağlantılar