Supercomputadora Cray-1: Historia, modelos y hechos

¿Qué es la supercomputadora Cray-1?

Las supercomputadoras no se llaman “súper” sólo por su tamaño; También son mucho más potentes que las computadoras normales. Utilizan múltiples procesadores y son capaces de realizar hasta 415 mil billones de operaciones por segundo para trabajar en cálculos complejos y análisis de datos. Las computadoras normales, por otro lado, normalmente solo tienen uno o dos procesadores y solo pueden procesar unos pocos miles de operaciones por segundo. Tradicionalmente, las supercomputadoras se han utilizado para aplicaciones científicas y de ingeniería que requieren inmensas cantidades de cálculos matemáticos, como la predicción del tiempo o las simulaciones de terremotos.

La supercomputadora Cray-1 fue un modelo innovador que tenía una potencia informática sin precedentes y un diseño de “gabinete” que proporcionaba un tamaño significativamente más pequeño que otras supercomputadoras que se vendieron. Fue diseñado por el famoso científico Seymour Cray y fabricado y comercializado por Cray Research, quien lo convirtió en el primer superordenador comercialmente exitoso. En 1975, se anunció la supercomputadora Cray-1 en el Laboratorio Nacional de Los Álamos y se utilizó en aplicaciones científicas a gran escala, como la simulación de fenómenos físicos complejos en laboratorios gubernamentales y universitarios. Pesaba 5,5 toneladas, llegó en dos furgonetas electrónicas refrigeradas e incluía innovaciones como procesamiento de vectores, un novedoso sistema de refrigeración, longitud de palabras de 64 bits y memoria de alto rendimiento.

Historia de las supercomputadoras Cray

La historia de las supercomputadoras Cray comienza en 1972 cuando Seymour Cray, anteriormente de Control Data Corporation (CDC), dejó la empresa después de trabajar en el CDC 8600. Inició Cray Research y, con un equipo de ex empleados de CDC, comenzó a diseñar su primera computadora. Después de cuatro años de trabajo, en 1975 se anunció el Cray-1 de 80 MHz. Deseosos de probar la nueva tecnología, tanto el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore como el Laboratorio Nacional de Los Álamos iniciaron una guerra de ofertas para obtener acceso a la primera máquina. En 1976, este último recibió el primer Cray-1 con el número de serie 001.

En 1977, el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) pagó 8,86 millones de dólares por el número de serie 003 Cray-1 y se convirtió en el primer cliente oficial de Cray Research. Después de esto, la empresa se convirtió en un éxito y el sistema Cray-1 finalmente se vendió a más de 100 clientes, desde laboratorios gubernamentales y universitarios. El Cray-1 no sólo fue impresionante para su época, sino que también generó una nueva clase de computadoras llamadas “supercomputadoras” que estaban altamente optimizadas para cargas de trabajo científicas.

El Cray-1 era capaz de calcular 160 millones de operaciones (o FLOPS). En 1982, fue reemplazada por la Cray X-MP de 800 MFLOPS, la Cray-2 en 1985 y la Cray Y-MP en 1988. Estas máquinas siguieron los mismos conceptos básicos que la Cray-1 pero con un rendimiento muy mejorado. El Cray-2, por ejemplo, era capaz de alcanzar un rendimiento máximo de 1,9 GFLOPS, pero tuvo un éxito limitado debido a su dificultad para lograr un rendimiento sostenido en aplicaciones del mundo real. Los diseños de Cray continuaron dominando el mercado de las supercomputadoras hasta principios de la década de 1990, cuando se produjo la caída del mercado de las supercomputadoras. Esto fue causado por una combinación de factores, incluida la disminución de la demanda a raíz de la Guerra Fría, los avances tecnológicos que permitieron a las computadoras más pequeñas alcanzar velocidades de procesamiento de supercomputadoras y la muerte del mago de la informática Seymour Cray en 1996. Estos factores, combinados con El alto costo de construir y mantener supercomputadoras provocó una caída precipitada en la construcción de supercomputadoras como modelo de negocio rentable. Durante este tiempo, Cray Research fue adquirida por Silicon Graphics y pasó por varios cambios de propiedad antes de ser finalmente adquirida por Hewlett Packard en 2019. Sin embargo, el Cray-1 y sus sucesores siguen siendo muy respetados y todavía se los menciona como algunos de los más respetados. supercomputadoras más influyentes de la historia.

Modelos de supercomputadoras Cray

Cray Research continúa compitiendo para crear las supercomputadoras más rápidas y eficientes del mundo, aunque ahora lo hace como una subsidiaria de Hewlett Packard Enterprise. Tras el éxito del Cray-1, la empresa diseñó modelos nuevos y mejorados que establecen los estándares para la supercomputación de última generación.

• Cray-1: Aunque se lanzó originalmente en 1976 como 1-A, tenía 2 variantes principales, 1-S y 1-M. La primera variante se lanzó en 1979 y tenía mayor capacidad de memoria. El 1-M fue lanzado en 1982, reemplazando al 1-S con mayor velocidad de procesamiento, opciones para memoria de estado sólido y tecnología MOS RAM menos costosa.
• Cray-2: Construido por primera vez en 1985, superó al X-MP como el superordenador más rápido con 1,9 GFLOPS de capacidad de procesamiento. Algunas máquinas de esta familia de modelos incorporaban 8 procesadores. Tenía sistema operativo Unix y se presentaba en dos variantes, el S con memoria estática y el D con memoria dinámica.
• Cray-3: Con 16 MFLOPS, este modelo tenía 12 veces la capacidad de procesamiento que la del Cray-2. Fue producido por Cray Computer Corporation a principios de la década de 1990. Pero la empresa quebró sin poder vivir de la venta del Cray-3. Introdujo la tecnología de chips de arseniuro de galio.
• Cray X-MP: Producido entre 1983 y 1988, existían tres variaciones, y cada una podía tener uno, dos o cuatro procesadores. Las computadoras fueron las primeras computadoras grandes en ofrecer múltiples procesadores y podían programarse para admitir múltiples procesadores ejecutándose simultáneamente en una memoria compartida. Las cargas de trabajo de los clientes podían migrarse rápida y fácilmente al Cray-XMP porque las computadoras eran compatibles con la gama Cray-1.
• Cray Y-MP: Lanzado en 1989, se podía comprar en tres versiones diferentes con 2, 4 u 8 procesadores, 2,1 GFLOPS y un nuevo sistema de refrigeración líquida. El modelo original también se conocía como Modelo D y fue reemplazado en 1990 por el Modelo E, el modelo C90 en 1991 y el M90 en 1992 (ese año también se lanzó un Y-MP EL económico).
• Cray T3D: Durante los años 1992 a 1996 se produjeron las computadoras Cray-T3D. El T3D fue un producto de transición ya que solo tenía procesadores (sin módulos de memoria), había que acoplarle o integrarle un Cray-YMP o C90. Había varias configuraciones de procesador para el Cray-T3D, incluidos 64, 128 y 256 procesadores. Se utilizaron chips DeC Alpha de 150 MHz como procesadores y también incluyeron el sistema operativo Unicos/MK.
• Cray T90: El último sistema producido por Cray Research que se dedicó exclusivamente a la memoria única PVP fue el Cray-T90. Entre 1996 y 2000, se construyeron alrededor de 20 de estos sistemas. El T90 recuperó el enfriamiento por inmersión total, utilizado por última vez en Cray-2 y Cray-3. Integró el Gigaring IOS que se encuentra en los T3E y J90 posteriores. Los tableros llenos de densidad se almacenaron utilizando conectores de borde con clip sin cables en un tanque o tanques de tamaño considerable debajo de las cubiertas. Hubo variaciones de CPU que admitían directamente las matemáticas de punto flotante IEEE, que también utilizaban memoria paginada y un caché escalar. Hizo uso de la tecnología Giga Ring I/O.
• Serie Cray SV1: Entre 1998 y 2004 se produjeron las computadoras Cray-SV1. Fue una evolución directa de la línea J90, que utilizaba hasta 32 CPU por gabinete del sistema y ofrecía herramientas de agrupación en clústeres para permitir una colaboración estrecha entre múltiples sistemas. El SV1 ofrecía una continuación de la capacidad de procesamiento vectorial puro y estaba disponible con refrigeración secundaria por aire y agua.
• HPE Cray Ex: Desarrollado por HP Enterprise, es el superordenador Cray más reciente e innovador. En 2022, la NOAA incorporó dos de estos sistemas para sus programas de predicción meteorológica y climática.

Características de la supercomputadora Cray-1

Aunque muchas de las características que se introdujeron con la supercomputadora Cray-1 pueden parecer obsoletas o una práctica estándar en el mundo informático actual, las supercomputadoras Cray crearon ondas de choque en la industria tecnológica en la década de 1970. Algunas de estas características incluían circuitos integrados, procesamiento de vectores y un sistema de longitud de palabras de 64 bits.

• Circuitos integrados: El Cray-1 utilizó ampliamente circuitos integrados (CI), lo que permitió un diseño compacto y eficiente. Los circuitos integrados son pequeños dispositivos semiconductores que contienen múltiples transistores, diodos y otros componentes en una sola pieza de material, lo que permitió que la Cray-1 fuera una de las supercomputadoras más pequeñas de su tiempo.
• Procesamiento de vectores: El Cray-1 era un procesador de vectores, lo que significa que podía realizar la misma operación en múltiples elementos de datos simultáneamente. Esto lo hizo particularmente adecuado para aplicaciones científicas y de ingeniería que involucran grandes cantidades de datos.
• Unidades funcionales: El Cray-1 tenía numerosas unidades funcionales, incluida una unidad aritmética y lógica (ALU), una unidad de punto flotante (FPU) y una unidad de memoria. Estas unidades funcionales fueron diseñadas para trabajar juntas en paralelo, lo que permitió al Cray-1 realizar operaciones complejas rápidamente.
• Sistema de 64 bits: El Cray-1 era un sistema de 64 bits, lo que significa que tenía una longitud de palabra de 64 bits, lo que le permitía manejar mayores cantidades de datos que las computadoras anteriores. Esto lo hizo más potente y eficiente que sus predecesores.
• Memoria de alto rendimiento: El Cray-1 tenía un sistema de memoria de alto rendimiento que utilizaba memoria de núcleo magnético, que era más rápida y confiable que la tecnología de memoria convencional en ese momento.
• Sistema de refrigeración: El Cray-1 presentaba un sistema de refrigeración único que utilizaba freón líquido para enfriar los circuitos integrados, lo que le permitía funcionar a altas velocidades sin sobrecalentarse.

Datos sobre la supercomputadora Cray

Las supercomputadoras Cray son conocidas por sus capacidades informáticas de alto rendimiento, lo que las hace muy adecuadas para tareas como la previsión meteorológica, la investigación científica y la modelización financiera. La primera supercomputadora Cray, la Cray-1, era conocida por su innovadora arquitectura “Cray Cascade”, que utilizaba una combinación de procesamiento vectorial y canalización para lograr un alto rendimiento. Debido a esto, muchos proyectos de investigación notables, como la búsqueda del bosón de Higgs en el CERN, todavía dependen de las capacidades de las supercomputadoras Cray para realizar sus investigaciones.

• Procesamiento vectorial pionero: las supercomputadoras Cray, en particular la Cray-1, fueron las primeras en utilizar el procesamiento vectorial, lo que les permitió realizar la misma operación en múltiples elementos de datos simultáneamente. Esto los hizo particularmente adecuados para aplicaciones científicas y de ingeniería que involucraban grandes cantidades de datos y establecieron el estándar para la computación de alto rendimiento que siguió.
• Diseños innovadores: Cray Research era conocida por sus diseños innovadores y tecnologías avanzadas, como el uso de circuitos integrados y sistemas de refrigeración líquida, que permitían que sus supercomputadoras fueran compactas y eficientes. La empresa siguió ampliando los límites de la informática de alto rendimiento con cada nuevo modelo y muchas de sus innovaciones fueron adoptadas posteriormente por otros fabricantes.
• Consumo de energía: aunque el Cray-1 superó a la competencia al generar velocidades de procesamiento 10 veces mayores, también consumía mucha energía. A su máxima capacidad, las supercomputadoras Cray consumían aproximadamente 115 kW, lo mismo que 10 hogares promedio.

Resumen de la lección

La supercomputadora CRAY-1 fue diseñada por el pionero Seymour Cray y fabricada por Cray Research, Inc. en la década de 1970. Fue la primera supercomputadora en utilizar procesamiento vectorial, lo que permitía procesar más rápido grandes cantidades de datos. El CRAY-1 también era conocido por su distintivo diseño de “gabinete”, que albergaba los componentes de memoria y procesamiento de la computadora. Después del CRAY-1, Cray Research pasó a producir varios otros modelos de supercomputadoras, incluidos el CRAY-2, CRAY X-MP y CRAY-3. Sin embargo, el Cray-1 fue importante en la historia de las supercomputadoras porque fue la primera supercomputadora disponible comercialmente y ayudó a allanar el camino para el desarrollo de supercomputadoras más avanzadas y potentes en el futuro. Algunas de sus innovaciones más notables fueron su sistema de longitud de palabras de 64 bits y un sistema de refrigeración líquido por freón.