Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
CDC 8600 – Сеймур Крейдің Control Data Corporation компаниясында жұмыс істеген кезде жасаған соңғы суперкомпьютері болды. CDC 6600 және CDC 7600-дің табиғи жалғасы ретінде, 8600 нарықтағы ең жылдам компьютер – 7600-ден шамамен 10 есе жылдам болуы тиіс еді. Бұл конструкция, негізінен, төрт 7600 машинасының өте кішкентай корпусқа сыйып, жоғары жиілікте жұмыс істеуі үшін жасалған. Әзірлеу жұмысы 7600 шығарылғаннан кейін, 1968 жылы басталды, бірақ жоба тез арада қиындыққа тап болды. Жүйенің тығыз жинақталуы сенімділік проблемаларына және жеке компоненттерді салқындатудағы қиындықтарға әкелді. 1971 жылға қарай CDC ақша ағынымен проблемаларға тап болды және дизайн әлі де толыққанды аяқталған жоқ, бұл Крейді 1972 жылы компаниядан кетуге мәжбүр етті. 8600 дизайнының жұмысы 1974 жылы тоқтатылып, Control Data оның орнына CDC STAR 100 сериясын дамытуға көшті. Крей 1980-жылдардың басындағы Cray 2 суперкомпьютерінде 8600-дің негізгі дизайнын қайта қарады. Интегралды тізбектерді пайдалану тығыз жинақталу мәселелерін шешті, ал сұйық салқындату жүйесі жылуды тарату мәселесін шешті. Cray 2 физикалық және тұжырымдық тұрғыдан 8600-ге өте ұқсас.
The CDC 8600 was the last of Seymour Cray's supercomputer designs while he worked for Control Data Corporation. As the natural successor to the CDC 6600 and CDC 7600, the 8600 was intended to be about 10 times as fast as the 7600, already the fastest computer on the market. The design was essentially four 7600's, packed into a very small chassis so they could run at higher clock speeds. Development started in 1968, shortly after the release of the 7600, but the project soon started to bog down. The dense packaging of the system led to serious reliability problems and difficulty cooling the individual components. By 1971, CDC was having cash flow problems and the design was still not coming together, prompting Cray to leave the company in 1972. The 8600 design effort was eventually canceled in 1974, and Control Data moved on to the CDC STAR 100 series instead. Cray revisited the 8600's basic design in his Cray 2 of the early 1980s. The introduction of integrated circuits solved the problems with dense packaging and liquid cooling addressed the heat issues. The Cray 2 is very similar to the 8600 both physically and conceptually.
Дизайн
1960-шы жылдары компьютерлік құрылым электрондық компоненттерді (транзисторлар, резисторлар және т.б.) схемалық тақталарға орнатуға негізделген. Бірнеше тақта машинаның модулі деп аталатын дискретті логикалық элементін құрады. Машинаның жалпы циклдық жылдамдығы сигнал жолымен тікелей байланысты, сондықтан жоғары жылдамдықты компьютерлер модульдерін мүмкіндігінше кішірек етіп жасауға тырысты. Бұл, функционалдықты арттыру үшін модульдерді күрделі ету қажеттілігімен қайшы келеді. 1960 жылдардың соңында жеке компоненттердің кішіреюі тоқтап қалды, демек, машиналардың күрделілігін арттыру үшін модульдердің көлемі ұлғаюға тиіс болды. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл сигнал берудегі кешігулерге байланысты машинаның жылдамдығын төмендетуі мүмкін. Крей осы қарама-қайшылықты екі жақты шешуді көздеді: әрбір модульді үлкенітіп, көптеген компоненттермен толтыру, сонымен бірге компьютердің жалпы көлемін модульдерді машинаның ішінде тығыз орналастыру арқылы кішірейту. 7600 әзірленгеннен бастап 8600-ге жұмыс басталғанға дейін компоненттердің өзінде ешқандай жақсарту болған жоқ, сондықтан өнімділікті арттыру тек қаптамадан туындауы керек еді. Жаңа дизайн үшін 8"х6" өлшемді төрт қабатты сегіз схемалық тақтадан тұратын модульдер қолданылды, нәтижесінде үлкен оқулықтың көлеміне тең жиынтық пайда болды және шамамен 3 киловатт қуат жұмсалды. Модульдер салыстырмалы түрде кішкентай, 16 қырлы цилиндрге орналастырылды, оның диаметрі және биіктігі шамамен бір метр (3') болатын және қуат көздерінің сақинасының үстіне қойылды. Ұсынылған дизайн кейінгі Cray 2-ге өте ұқсас, бірақ одан да қысқа және диаметрі кішірек. Осы қуаттың кішкентай кеңістікте таралуы салқындату мәселесін күрделендірді. Cray-дің суыту инженері, бұрын Amana компаниясында жұмыс істеген Диан Роуш, әрбір схемалық тақтаның ішіне мыс жапырақтарды орналастырып, ыстықты бір жағындағы мыс блокқа жіберді, онда ол фреон жүйесімен салқындатылды. Бұл модульдердің салмағы мен күрделілігін одан әрі арттырды, әрқайсысының салмағы шамамен сыртқы салқындату жүйесі машинаның өзінен әлдеқайда ауыр болды. Электрондық компоненттер де бұрынғы дизайнмен салыстырғанда жақсартылды. Негізгі CPU схемалары ECL негізіндегі логикаға көшірілді, бұл 7600-дің 36.4 МГц (27.5 нс цикл уақыты) жиілігінен 125 МГц (8 нс цикл уақыты) дейін сағат жылдамдығын шамамен төрт есеге арттыруға мүмкіндік берді. Негізгі жад та ECL жүзеге асырылды және машина сол кездегі 256 мың сөздік (2 мегабайт) стандартты жадпен жабдықталды. Жадыны 64 банкке бөлу арқылы шамамен 8 нс/сөз жылдамдықпен қол жеткізуді жеңілдетті, тіпті әрбір банктың цикл уақыты шамамен 250 нс болса да. Жарымөткіш жадтың резервтік көзі ретінде 20 нс қолжетімділікпен жоғары жылдамдықты өзекті жад (жалпы) да жасалды. Cray 8600 негізгі жадыны бөлісетін төрт толық CPU-ды қамтиды деп шешті. Жалпы өнімділікті арттыру үшін машина әртүрлі деректермен төрт процессорға бір нұсқауды жіберетін арнайы режимде жұмыс істей алатын. Бүгінде SIMD деп танылатын бұл техника жадқа кіру санын азайтты, өйткені нұсқау тек бір рет оқылды, төрт рет емес. Әрбір процессор 7600-ден 2,5 есе жылдам болды, сондықтан барлық төрт процессор жұмыс істегенде машинаның жалпы жылдамдығы шамамен 10 есеге артып, 100 MFLOPS-қа жетеді. Үкімет болашақтағы барлық компьютерлік сатып алулар ASCII өңдеуін қажет ететінін нақтылады. Бұл талапты орындау үшін 8600 6600 және 7600 модельдерінде қолданылған 60 биттік сөздің (он алты биттік таңба) орнына 64 биттік сөзді (сегіз сегіз биттік таңба) қолданды. Алдыңғы дизайн сияқты, нұсқаулар сөздерге "сығылып" салынды, әрбір нұсқау 16 немесе 32 бит алатын (15/30-дан жоғары). 8600 енді бұрынғы дизайн сияқты А немесе В регистрлерін қолданбады, оның орнына 16 жалпы мақсаттағы X регистрлерінің жиынтығын қамтыды. I/O үшін 6600/7600 перифериялық процессор жүйесі негізінен өзгеріссіз қолданылды. Ескі машиналар мен 8600 арасындағы үйлесімділікті арттыру үшін күш-жігер жұмсалды, бірақ сөз ұзындығының өзгеруі бұл процесті қиындатты. Оның орнына, Fortran кодын тікелей ауыстыруға мүмкіндік беретін қозғалмалы нүктелік форматтар сақталды.
In the 1960s, computer design was based on mounting electronic components (transistors, resistors, etc.) on circuit boards. Several boards formed a discrete logic element of the machine, known as a module. Overall machine cycle speed is strongly related to the signal path—the length of the wiring—requiring high speed computers to make their modules as small as possible. This was at odds with the need to make the modules themselves more complex to increase functionality. By the late 1960s, individual components had stopped getting much smaller, so to increase the complexity of the machines, the modules would have to grow. In theory, this could slow the machine down due to signalling delays. Cray aimed to solve these contradictory problems by doing both; making each module larger and crammed with many more components, while at the same time making the computer as a whole smaller by packing the modules closer together inside the machine. Between the time the 7600 was developed and work on the 8600 began, there had been no process improvements in the components themselves, so any performance improvements had to come solely from packaging. For the new design, they used modules containing eight four layer circuit boards about 8" by 6", resulting in a stack the size of a large textbook and using up about 3 kilowatts of power. The modules were then packed into a mainframe chassis that was comparatively tiny, a 16 sided cylinder about one meter (3') across and high, sitting on top of a ring of power supplies. The proposed design bears a strong resemblance to the later Cray 2, but even shorter and smaller in diameter. With all of this power being dissipated in such a small space, cooling was a major design issue. Cray's refrigeration engineer, Dean Roush, formerly of Amana, placed a sheet of copper inside each of the circuit boards, removing the heat to a copper block on one end where it was cooled by a freon system. This further increased the weight and complexity of the modules, to the point where each one weighed about The external cooling system was considerably larger than the machine itself. The electronic components were likewise improved over previous designs. The main CPU circuits moved to ECL based logic, enabling a clock speed increase to 125MHz (8ns cycle time) from the 7600's 36.4MHz (27.5ns cycle time) an increase of about four times. Main memory was also moved to an ECL implementation and the machine was equipped with a whopping for the times 256k words (2 megabytes) standard. The design spread the memory across 64 banks for fast access at about 8 ns/word, even though the cycle time of any one bank was about 250 ns. A high speed core memory with a 20 ns access (overall) was also designed as a backup to the semiconductor memory. Cray decided that the 8600 would include four complete CPUs sharing the main memory. To improve overall throughput, the machine could operate in a special mode that sent a single instruction to all four processors with different data. This technique, today known as SIMD, reduced the total number of memory accesses because the instruction was only read once, instead of four times. Each processor was about 2.5 times as fast as a 7600, so with all four running the machine as a whole would be about 10 times as fast, at about 100 MFLOPS. The government made it clear that all future computer purchases would require ASCII processing. To meet this requirement, the 8600 used a 64 bit word (eight eight bit characters) instead of the earlier 60 bit word (ten six bit characters) used in the 6600 and 7600. As in prior designs, instructions were "stuffed" into words, with each instruction taking up either 16 or 32 bits (up from 15/30). The 8600 no longer used the A or B registers as in previous designs, and included a set of 16 general purpose X registers instead. A 6600/7600 Peripheral Processor system was used for I/O, largely unchanged. Some effort was made to help compatibility between the older machines and the 8600, but the change in word length made this difficult. Instead, floating point formats were retained, allowing Fortran code to port directly.
Компанияның проблемалары
1971 жылы Control Data компаниясы IBM-ге қарсы сот ісінің шығындарына байланысты «қаржыны үнемдеуге» мәжбүр болды және барлық бөлімшелерден жалақыны 10%-ға төмендетуді сұрады. Крей 8600 машинасының жөнелтілуі үшін өзінің бөлімшесіне жеңілдік беруді Control Data-дан өтінді. Control Data бұл өтінішті қабылдамаған соң, ол мәселені шешу үшін өзінің жалақысын ең төменгі жалақы деңгейіне дейін төмендетті. 1972 жылға қарай, тіпті Крейдің 8600 жобасындағы модульдерді жобалаудағы шеберлігі де жеткіліксіз болып көрінді. Машинаның сенімділігі соншалықты нашар болды ki, толыққанды жұмыс істейтін машинаны іске қосу мүмкін емес сияқты болды. Бұл алғашқы рет емес еді: 6600 жобасында Крейге бастапқыдан бастауға тура келді, ал 7600 машинасы сенімді жұмыс істей бастағанға дейін біраз уақыт өндірісте болды. Осы жағдайда Крей ағымдағы жобаның дамуының соңына жеткенін шешті және Уильям Норриске (CDC бас директоры) машинаны бастапқыдан қайта жобалаудың жалғыз жолы екенін айтты. Компанияның қаржылық жағдайы қауіпті болды, және Норрис тәуекелге баруға батыл болмады; Крей ағымдағы жобаны жалғастыруы керек еді. 1972 жылы Крей мұндай жағдайда жұмыс істей алмайтынын түсінді және CDC-ден кетіп, Cray Research компаниясын құрды (кету достықпен аяқталды; Норрис және басқа CDC қызметкерлері Cray Computer акцияларының бірінші партиясын сатып алды, бұл олар үшін тиімді инвестицияға айналды). Жаңа жұмысында ол көппроцессорлық тұжырымнан бас тартты, себебі сол кездегі бағдарламалық қамтамасыздану процессорлардың барлық мүмкіндіктерін толыққанды пайдалана алмайды деп алаңдады. Ол осы тұжырымға ILLIAC IV машинасы шамамен сол уақытта пайдалануға берілгеннен кейін келген болуы мүмкін, бірақ оның өнімділігі көңіл көншітпеді. Команда мүшелері Норристі 8600 машинасы Крейдің қатысуынсыз да аяқталуы мүмкін екеніне көндірді және жұмыс Чиппева зертханасында жалғасты. 1974 жылға қарай машина әлі де дұрыс жұмыс істемеді. Джим Торнтонның STAR жобасы осы кезде өндіріс сапасына жетті, ал 8600 жобасы кейіннен тоқтатылды. Қызмет ету кезінде STAR машинасының нақты жағдайдағы өнімділігі нашар болды, ал Cray 1 машинасы 1976 жылы нарыққа шыққанда CDC компаниясы суперкомпьютер нарығынан тез ығыстырылды. 1980 жылдары ETA 10 машинасымен нарыққа қайта кіруге әрекет жасалды, бірақ бұл әрекет сәтсіз аяқталды.
In 1971, Control Data was undergoing a "belt tightening" due to the cost of an ongoing lawsuit against IBM, and asked all divisions to reduce their payroll by 10%. Cray begged to Control Data to exempt his division so he could get the 8600 shipping. When Control Data refused this request, he cut his own pay to minimum wage to solve the problem. By 1972, it appeared that even Cray's legendary module design abilities were failing him in the case of the 8600. Reliability was so poor that it appeared impossible to get a whole machine working. This was not the first time this had happened: on the 6600 project Cray had to start over from scratch, and the 7600 was in production for some time before it started working reliably. In this case Cray decided the current design was a dead end, and told William Norris (CDC's CEO) that the only way forward was to redesign the machine from scratch. The finances of the company were dangerous, and Norris decided that he could not take the risk; Cray would have to continue with the current design. In 1972, Cray decided that he could not work under such conditions, and left CDC to form Cray Research (it was an amicable departure; Norris and other CDC staffers purchased some of the Cray Computer initial stock offering, which turned out to be a lucrative investment for them). For his new work he abandoned the multiprocessor concept, concerned that software of the era would be unable to take full advantage of the CPUs. He may have come to this conclusion after the ILLIAC IV finally entered operation at about the same time, and proved to have disappointing performance. Team members convinced Norris that the 8600 could be completed even without Cray, and work continued at the Chippewa Lab. By 1974, the machine still didn't work correctly. Jim Thornton's competing STAR design had reached production quality at this point, and the 8600 project was then cancelled. In service STAR proved to have poor real world performance, and when the Cray 1 entered the market in 1976, CDC was quickly pushed from the supercomputer market. An effort was made to re enter the market in the 1980s with the ETA 10, but this ended poorly.