סימור קריי ומחשב העל

רבים מאיתנו מכירים מחשבים. סביר להניח שאתה משתמש בזה בכדי לקרוא את הפוסט בבלוג כי מכשירים כמו מחשבים ניידים, סמארטפונים וטאבלטים הם למעשה אותה טכנולוגיית מחשוב שבבסיס. מחשבי-על, לעומת זאת, הם אזוטריים במקצת, מכיוון שנחשבים לעיתים קרובות כמלוכלכים, יקרים, מכונות יניקת אנרגיה שפותחו, באופן כללי, עבור מוסדות ממשלתיים, מרכזי מחקר וגדולים חברות.

קח למשל את Sunway TaihuLight של סין, כיום מחשב העל המהיר ביותר בעולם, לפי דירוג מחשבי העל של Top500. זה מורכב מ- 41,000 שבבים (המעבדים לבדם שוקלים יותר מ -150 טון), הם עולים כ -270 מיליון דולר ובעלת דירוג הספק של 15,371 קילוואט. עם זאת, בצד החזק היא מסוגלת לבצע ריבועי חישובים בשנייה ויכולה לאחסן עד 100 מיליון ספרים. וכמו מחשבי-על אחרים, הוא ישמש לטיפול בכמה מהמשימות המורכבות ביותר בתחומי המדע, כמו חיזוי מזג אוויר ומחקר תרופות.

הרעיון של מחשב-על עלה לראשונה בשנות ה -60 כשמהנדס חשמל בשם סימור קריי התחיל ליצור את המחשב המהיר ביותר בעולם. קריי, שנחשב כ"אבי מחשוב העל ", עזב את תפקידו בענקית המחשוב העסקי Sperry-Rand יצטרף לחברת Control Data Corporation שהוקמה לאחרונה כך שיוכל להתמקד בפיתוח מחשבים מדעיים. תואר המחשב המהיר ביותר בעולם הוחזק באותה עת על ידי IBM 7030 "מתיחה", מהראשונים שהשתמשו בטרנזיסטורים במקום צינורות ואקום.

בשנת 1964 הציג קריי את ה- CDC 6600, שהציג חידושים כמו כיבוי טרנזיסטורים גרמניים לטובת סיליקון ומערכת קירור מבוססת פרון. חשוב מכך, הוא רץ במהירות של 40 מגה הרץ, וביצע בערך שלושה מיליון פעולות בנקודה צפה בשנייה, מה שהפך אותו למחשב המהיר ביותר בעולם. CDC 6600, שנחשב לעיתים קרובות למחשב העל הראשון בעולם, היה מהיר פי 10 מרוב המחשבים, ושלוש פעמים מהיר יותר מאשר יבמ 7030 מתיחה. התואר הוותר בסופו של דבר בשנת 1969 ליורשו ה- CDC 7600.

בשנת 1972 עזב קריי את חברת Control Data Corporation להקים חברה משלו, Cray Research. לאחר זמן מה גייס הון סיד ומימון ממשקיעים, קרא קרי לראשונה ב- Cray 1, שהעלה שוב את הרף לביצועי מחשב בהפרש רחב. המערכת החדשה רצה במהירות שעון של 80 מגה הרץ וביצעה 136 מיליון פעולות בנקודה צפה בשנייה (136 מגה פלאפ). תכונות ייחודיות אחרות כוללות סוג חדש יותר של מעבד (עיבוד וקטורי) ותכנון מעוצב במהירות של פרסה שמזער את אורך המעגלים. Cray 1 הותקן במעבדה הלאומית של לוס אלמוס בשנת 1976.

עד שנות השמונים קריי קבע את עצמו בשם הבולט ביותר במחשבי על וכל שחרור חדש היה צפוי להפיל את מאמציו הקודמים. אז בזמן שקריי היה עסוק בעבודה על ממשיך דרכו של קריי 1, צוות נפרד בחברה הוציא את ה- Cray X-MP, דגם שחויב כגרסת "ניקיון" יותר של Cray 1. הוא חלק את אותו עיצוב בצורת פרסה, אך התפאר במספר מעבדים, זיכרון משותף ולעיתים מתואר כשני Cray 1 המקושרים זה לזה כאחד. ה- Cray X-MP (800 מגה-פלאפ) היה אחד מתכנוני "המעבד" הראשונים וסייע בפתיחת הדלת עיבוד מקביל, בו משימות מחשוב מפוצלות לחלקים ומבוצעות במקביל על ידי שונה מעבדים.

ה- Cray X-MP, אשר עודכן כל העת, שימש כמנשא התקן עד ההשקה המיוחלת של קריי 2 ב -1985. בדומה לקודמיו, העדכני והגדול ביותר של קריי קיבל על עצמו את אותו עיצוב בצורת פרסה ואת הפריסה הבסיסית עם מעגלים משולבים מוערמים זה לזה על לוחות היגיון. אולם הפעם נדחסו הרכיבים בצורה כה חזקה עד כי היה צריך לטבול את המחשב במערכת קירור נוזלית כדי לפזר את החום. ה- Cray 2 הגיע מצויד בשמונה מעבדים, עם "מעבד חזית" האחראי על הטיפול באחסון, זיכרון ומתן הוראות ל"מעבדי הרקע ", שהוטלו עליהם לחשוב בפועל. בסך הכל, היא ארזה מהירות עיבוד של 1.9 מיליארד דולר פעולות בנקודה צפה לשנייה (1.9 ג'יגה-פלופ), מהיר פי שניים מה- Cray X-MP.

למותר לציין שקריי ועיצובים שלו שלטו בעידן המוקדם של מחשב העל. אבל הוא לא היה היחיד שקידם את התחום. בשנות ה -80 המוקדמות ראו גם הופעתם של מחשבים מקבילים מאסיבית, המופעלים על ידי אלפי מעבדים שכולם עובדים במקביל כדי לרסק חסמי ביצועים. כמה ממערכות המעבד הראשונים נוצרו על ידי W. דניאל היליס, שהעלה את הרעיון כסטודנט לתואר שני במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. המטרה באותה תקופה הייתה להתגבר למגבלות המהירות של קיום חישובים ישירים של מעבד בין האחרים מעבדים על ידי פיתוח רשת מעבדים מבוזרת שתפקדה באופן דומה לעצב העצבים במוח רשת. הפיתרון המיושם שלו, שהוצג בשנת 1985 כ- Connection Machine או CM-1, כלל 65,536 מעבדי סיביות בודדים מחוברים זה לזה.

שנות ה -90 המוקדמות סימנו את תחילת הסוף לאחיזת החנק של קריי בתחום מחשבי העל. באותה תקופה החלוץ המחשוב העל התפצל מ- Cray Research והקים את חברת Cray Computer Corporation. העניינים החלו לנסוע דרומה עבור החברה כאשר פרויקט Cray 3, היורש המיועד של Cray 2, נתקל בשלל בעיות. אחת הטעויות העיקריות של קרי הייתה בחירה במוליכי מוליכים למחצה של גליום ארסניד - טכנולוגיה חדשה יותר - כדרך להשיג את מטרתו המוצהרת, שיפור פי שתים עשרה במהירות העיבוד. בסופו של דבר, הקושי לייצר אותם, יחד עם סיבוכים טכניים אחרים, הסתיים הפרויקט במשך שנים והביא לכך שרבים מהלקוחות הפוטנציאליים של החברה הפסידו בסופו של דבר ריבית. לא עבר זמן רב לחברה וכסף הגיש בקשה פשיטת רגל בשנת 1995.

המאבקים של קריי היו מפנים את מקומם לשינוי משמר הסוגים שכן מערכות מחשוב יפניות מתחרות יגיעו לשלוט בתחום במשך רוב העשור. תאגיד NEC מבוסס טוקיו עלה לראשונה למקום בשנת 1989 עם ה- SX-3 ושנה לאחר מכן חשפה גרסת ארבעה מעבד שהשתלטה כמחשב המהיר ביותר בעולם, רק כדי ליקוי בשנת 1993. באותה שנה, מנהרת הרוח המספרית של פוג'יטסו, עם הכוח הזרוע של 166 מעבדי וקטור, הפכה למחשב העל הראשון שעבר 100 ג'יגה פלאפ (הערה צדדית: לתת לך הרעיון כיצד מתקדמת הטכנולוגיה במהירות, המעבדים הצרכניים המהירים ביותר בשנת 2016 יכולים בקלות לבצע יותר ממאה ג'יגה-פלאפים, אך באותה העת, זה היה מרשים במיוחד). בשנת 1996, Hitachi SR2201 העלה את האנטה עם 2048 מעבדים כדי להגיע לביצועים שיא של 600 ג'יגה-פלופ.

עכשיו, איפה היה אינטל? החברה שביססה עצמה כיצרנית השבבים המובילה בשוק הצרכנים לא ממש שיוותה את תחום מחשוב העל עד סוף המאה. הסיבה לכך הייתה שהטכנולוגיות היו בעלי חיים שונים לחלוטין. מחשבי-על, למשל, נועדו להכניס כמה שיותר כוח עיבוד בזמן שהם אישיים מחשבים עסקו בסחיטת היעילות מיכולות קירור מינימליות ואספקת אנרגיה מוגבלת. אז בשנת 1993 מהנדסי אינטל סוף סוף עשו את הצעד בכך שהם נקטו בגישה הנועזת של התנהלות מסיבית עם המוני מעבד 3,680 מעבד אינטל XP / S 140 פרגון, שעד יוני 1994 טיפס לפסגת מחשב העל דירוגים. זה היה מחשב המעבד הראשון המאסיבי במקביל שהיה ללא עוררין המערכת המהירה ביותר בעולם.

עד לנקודה זו, מחשבת העל הייתה בעיקר נחלתם של בעלי הכיסים העמוקים למימון פרויקטים שאפתניים כל כך. כל זה השתנה בשנת 1994 כאשר קבלנים במרכז הטיסה בחלל גודארד של נאס"א, שלא היו להם מותרות מהסוג הזה, הגיעו עם דרך חכמה לרתום את כוחה של מחשוב מקביל על ידי קישור ולהגדיר סדרה של מחשבים אישיים באמצעות רשת רשת. מערכת "אשכול Beowulf" שפיתחו מורכבת מ -16 מעבדי 486DX, המסוגלים לפעול בטווח הגיג-פלפים ועלותם לבנות פחות מ- 50,000 $. היה זה גם הבחנה של הפעלת לינוקס ולא יוניקס לפני שהלינוקס הפכה למערכות ההפעלה הנבחרות עבור מחשבי-על. די מהר עוקבים אחר עשה זאת בעצמך בכל מקום אחר שרטוטים דומים כדי להקים אשכולות של ביולף משלהם.

לאחר שויתרה על התואר בשנת 1996 ל- Hitachi SR2201, אינטל חזרה באותה שנה עם עיצוב מבוסס על הפרגון הנקרא ASCI Red, שהורכב מיותר מ 6,000 200 מגהרץ. מעבדי פנטיום פרו. למרות שהתרחק ממעבדי וקטור לטובת רכיבים מחוץ למדף, ה- ASCI Red זכה להבחנה בהיותו המחשב הראשון ששבר את מחסום הטריליון הכישורי (1 טרפלופים). עד 1999, השדרוגים אפשרו לו לעלות על שלושה טריליון כישלונות (3 טרפלופים). ה- ASCI Red הותקן במעבדות הלאומיות של סאנדיה ומשמש בעיקר כדי לדמות פיצוצים גרעיניים ולסייע בתחזוקת המדינה ארסנל גרעיני.

לאחר שיפן נטלה מחדש את המוליך למחשבי העל במשך תקופה עם סימולטור כדור הארץ NEC של 35.9 טרפלופ, IBM הביאה את מחשבי העל לגבהים חסרי תקדים החל משנת 2004 עם Blue Gene / L. באותה שנה, IBM יצאה לראשונה באב-טיפוס שפשוט בקושי הצמיד את סימולטור כדור הארץ (36 טרה-פלופ). ועד 2007, המהנדסים יעלו את החומרה כדי לדחוף את יכולת העיבוד שלה לשיא של כמעט 600 טרה-פלופ. מעניין לצוות שהצוות הצליח להגיע למהירויות כאלה באמצעות גישה של יותר שבבים שהיו בעלי הספק נמוך יחסית, אך חסכוניים יותר באנרגיה. בשנת 2008, שוב פרצה יבמ כאשר הפעילה את Roadrunner, מחשב העל הראשון שעלה על פעולות נקודת צף אחת לשנייה (1 פלאפלופים).