Легенда о суперкомпьютере или путь к успеху Сеймура Крея

Заветной целью Сеймура Крея было создание компьютера с неограниченной скоростью. Суперкомпьютеры Сеймура Крея CDC 6600 и вся 6000 серия, перевернувшие мир, начали жизнь в результате его одержимости и веры в то, что его машины не могут быть разработаны государственными структурами, в том числе Министерством Обороны, консервативным по своей природе из-за угрозы и страха неудач. Сеймуру не были свойственны ни одна из этих слабостей.

Крею удалось создать самый быстрый компьютер в мире. Но после он не пожелал останавливаться на достигнутом и выразил твердое намерение добиться такого же успеха в управлении и хранении данных. Сеймур сообщил, что стремиться к созданию научного компьютера, который бы работал в 50 раз быстрее. С этой целью он открывает новую удаленно расположенную лабораторию в Chippewa Falls и собирается работать там с небольшой командой инженеров и программистов, задача которых помогать ему в проекте.

Это был главный личный риск, который взял на себя Крей, особенно в связи с его обещанием сделать машину в 50 раз быстрее, чем самый быстрый компьютер в мире, работу над которым он только закончил. Тем более что новые технологии, которые он предполагал использовать в своем новом компьютере, будут создавать целый ряд новых проблем, с которыми ранее никто не имел дело, и не существовало представления о путях их решения. Фактически, он не только взял на себя задачу по разработке технологий для достижения этих скоростей, но и должен был разработать новые технологии, которые бы позволили машине работать в таком режиме.

Строительство суперкомпьютера CDC 6600 было грандиозным начинанием, которое предполагало использование в 20 раз большего количества логических элементов, чем было интегрировано в предыдущую машину. Для достижения искомых скоростей Крей использовал печатные платы с новыми кремниевыми транзисторами с 64 затворами против печатных плат с 2-мя затворами, как было в предыдущей машине. Он использовал метод «дровяной кладки» по типу поленницы при компоновке печатных плат, что позволило ему добиться максимальной плотности при упаковке компонентов и значительно сократить длину проводов. Однако, добившись значительного уменьшения объема, он столкнулся с более значительным тепловыделением, обусловленным большей плотностью.

Созданная Сеймуром архитектура требовала инновационного подхода к разработке конструкции системы охлаждения. До этих пор все компьютеры конструировались с системами воздушного охлаждения, но они не могли быть эффективными в 6600 модели при сверхвысокой плотности его элементов. Решить эту проблему Крей поручил инженеру-механику Лаборатории Chippewa – Дину Роушу. Теплогенерация нового компьютера была настолько высока, что Роуш настоял на интеграции в него полноценной системы охлаждения с хладагентом, по типу тех, которые используются в коммерческих морозильниках. Его идея заключалась в расположении змеевиков циркуляционных труб с хладагентом между электроникой, для чего было необходимо физическое подключение к платам.

При использовании этой новаторской техники, тепло должно было бы уходить через платы в трубы, а затем удаляться с поля путем пропускания через фреон, а не по воздуху. Во всех ранее построенных компьютерах никто не использовал ничего подобного. Роуш знал, что система охлаждения, которую он предлагает, была сложной и дорогой, ее разработка и использование стояли на грани целесообразности. Но Крей согласился с ее необходимостью и дал указание инженеру двигаться вперед.

Как только Роуш начал строить прототип, главный механик во время лабораторных испытаний его отговорил, пытаясь сократить расходы. Управленец в качестве причин указал, что о системе охлаждения с хладагентом нет точных знаний, к тому же система слишком сложная и ненадежная, и, что хуже всего, слишком дорогая. Роушу было поручено найти другой способ охлаждения компьютера. Когда Крей узнал о визите главного механика, с характерным для него упрямством и антипатией к управленцам, приказал Роушу игнорировать эти заявления и продолжать работать над своей системой охлаждения.

В результате совместной работы группы инженеров во главе с Роушем была представлена система охлаждения, которая стала верхом инноваций. Техника Роуша использования тока фреона для удаления тепла позволила в CDC 6600 совместить 7200 «поленниц» плат и интегрировать в машину в общей сложности более 400 тысяч логических элементов. В совокупности плотная схемотехника, небольшие наборы инструкций, охлаждение фреоном и кремниевые транзисторы наделили компьютер беспрецедентной скоростью. Он был способен обрабатывать 3 млн. операций в секунду. Никто раньше не видел ничего подобного, и еще некоторое время никому не удавалось создать что-либо подобное.

Власть CDC6600 была настолько велика, что оказала огромное влияние на внешнюю политику США. Сверхбыстрые компьютеры дали преимущество США в гонке вооружений, так как позволили ученым моделировать ядерные испытания, в то время как другие страны могли проверить свое оружие только через реальные взрывы. Государственный департамент США даже заблокировал экспорт CDC 6600 своим союзникам, опасаясь, что они будут использовать его для своих программ создания ядерного оружия. Благодаря существованию таких машин США удалось подписать договор с СССР о запрете ядерных испытаний.

За первым успехом последовал целый ряд неудач, связанных с выявленными в машине недостатками. Оказалось, что CDC 6600 был способен работать не более 9 часов, а затем выходил из строя. Не смотря на все попытки охладить машину, возникали подъемы температуры до 170 градусов, которые приводили к перегреву и сбоям. Ради того, чтобы изгнать всех демонов из суперкомпьютера, производство было отложено почти на год. Несмотря на свою ненадежность, CDC 6600 был настолько быстрым, что позволял решить за 8 часов проблему, которая бы требовала недельного труда на машинах конкурентов. Поэтому для программистов эти 8-9 часов между отказами машины уже открывали огромные возможности.

Сегодня более совершенный двухпроцессорный младший брат CDC 6600 – суперкомпьютер CDC 6500 представлен в Музее Живых Компьютеров. На его примере видно, что ни один компьютер из 6600 серии не смог бы существовать без революционной системы охлаждения фреоном, которую разработал Дин Роуш. Не смотря на то, что компьютер был построен в 1967 году, а в 1989 году выведен из эксплуатации, во время испытаний холодильные компоненты оказались в удивительно хорошем состоянии. Это свидетельствует о высоком качестве дизайна, строительства самой системы и компонентов, которые были использованы.

Сегодня инженеры музея пытаются вернуть CDC 6500 в рабочее состояние, чтобы увидеть верх инноваций и мастерства тех, кто построил машину почти 50 лет назад. Крей был прав в том, что лучшие машины были построены не инертными госструктурами, а были разработаны небольшими группами талантливых самоотверженных людей. Этот же подход используется в Музее Компьютеров, который сейчас переживает реставрацию одного из своих шедевров — CDC 6500.

Официально датой основания Cray Research, Inc. считается 1972. Она по сей день существует в родном городе Сеймура Крея Chippewa Falls и является мировым лидером производства суперкомпьютеров высокой мощности, которые широко используются в правительственных, промышленных и академических кругах, позволяют моделировать различные процессы и делать замечательные открытия благодаря высокой производительности и постоянному расширению возможностей своих самых требовательных приложений.

Автор: Эсфирь Хорольская esfir07