크레이-2
Cray-2 |
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| 제조원 | 크레이 리서치 |
|---|---|
| 유형 | 슈퍼컴퓨터 |
| 발매일 | (1985년 |
| 단종 | 1990 |
| CPU | 커스텀 벡터 프로세서 |
| 전임자 | Cray X-MP |
Cray-2는 1985년부터 Cray Research에 의해 만들어진 4개의 벡터 프로세서를 갖춘 슈퍼 컴퓨터이다.최고 성능 1.9GFLOPS는 출시 당시 세계에서 가장 빠른 머신으로, 그 자리에서 Cray X-MP를 대체했습니다.그리고 1988년 그 자리에서 크레이 Y-MP로 대체되었다.
Cray-2는 여러 CPU를 성공적으로 사용한 시모어 Cray의 첫 번째 설계입니다.이것은 1970년대 초에 CDC 8600에서 시도되었지만, 그 시대의 이미터 결합 논리(ECL) 트랜지스터는 작동하는 기계에 패키지화하기가 너무 어려웠습니다.Cray-2는 ECL 집적회로를 사용하여 회로 밀도를 크게 높인 새로운 3D 배선에 이를 포장함으로써 이 문제를 해결했습니다.
고밀도 패키징과 그에 따른 열 부하가 Cray-2의 주요 문제였습니다.이 문제는 전기적으로 비활성화된 불소 액체를 압력을 가하여 회로에 밀어넣은 후 프로세서 박스 밖에서 냉각함으로써 독특한 방법으로 해결되었습니다.독특한 "폭포" 쿨러 시스템은 대중들의 눈에 고성능 컴퓨팅을 나타내며 많은 정보 영화 및 영화 소품에서 한동안 볼 수 있었습니다.
원래의 Cray-1과 달리 Cray-2는 최고의 성능을 제공하는 데 어려움이 있었습니다.X-MP와 Y-MP와 같은 회사의 다른 기계들은 Cray-2를 큰 폭으로 앞질렀다.Cray가 Cray-3의 개발을 시작했을 때, 회사는 대신 Cray C90 시리즈를 개발하기로 결정했다.이것은 8600이 개발되었을 때와 같은 일련의 사건입니다.그때와 마찬가지로 Cray는 회사를 떠났습니다.
초기 설계
그의 유명한 Cray-1의 성공적인 출시와 함께, Seymour Cray는 후속 제품의 디자인에 의지했다.1979년에 이르러서는, 현재의 대기업의 경영 방해에 진절머리가 나서, 과거와 같이, 관리직을 사임하고 새로운 연구소를 설립하기로 결정했습니다.미네소타주 미니애폴리스의 Control Data HQ에서 위스콘신주 Chippewa Falls로 이전한 것과 마찬가지로 Cray 경영진은 그의 요구를 이해하고 콜로라도주 Boulder에 있는 새로운 연구소로 이전하는 것을 지원했습니다.새로운 Cray Labs에서 독립 컨설턴트로 일하던 그는 1980년부터 팀을 구성해 완전히 새로운 설계를 시작했습니다.이 연구소는 나중에 문을 닫았고, 10년 후 콜로라도 스프링스에 새로운 시설이 문을 열었습니다.
Cray는 이전에 3개의 동시 진전으로 속도 향상 문제를 해결했습니다.즉, 시스템에 높은 병렬성을 제공하는 기능 유닛의 증가, 신호 지연을 줄이기 위한 보다 엄격한 패키징, 더 빠른 클럭 속도를 가능하게 하는 컴포넌트의 증가입니다.이 설계의 전형적인 예는 CDC 8600으로, ECL 논리에 기초한 4대의 CDC 7600 유사 기계를 1×1m 실린더에 넣고 8ns 사이클 속도(125MHz)로 가동했습니다.불행히도 이 사이클 타임을 달성하기 위해 필요한 밀도는 기계의 고장으로 이어졌습니다.내부 회로 기판은 촘촘히 채워져 있었고, 하나의 고장 트랜지스터라도 모듈 전체에 장애가 발생할 수 있기 때문에 더 많은 트랜지스터를 카드에 장착하면 고장 가능성이 크게 높아졌습니다.촘촘한 개별 컴포넌트를 냉각하는 것도 큰 과제였습니다.
대부분의 컴퓨터 벤더가 이미 이전한 이 문제의 해결책 중 하나는 개별 컴포넌트가 아닌 집적회로(IC)를 사용하는 것이었습니다.각 IC는 자동화된 구성 프로세스에 의해 회로에 미리 배선된 모듈의 구성 요소를 포함했습니다.IC가 작동하지 않으면 다른 IC가 시도됩니다.8600을 설계할 당시 단순한 MOSFET 기반 기술은 Cray가 필요로 하는 속도를 제공하지 못했습니다.하지만 1970년대 중반까지 끊임없는 개선으로 상황이 바뀌었고, Cray-1은 새로운 IC를 사용할 수 있었고 여전히 상당한 12.5 ns (80 MHz)의 속도로 작동할 수 있었습니다.사실, Cray-1은 IC의 크기가 작기 때문에 시스템에 훨씬 더 많은 로직을 포함시켰기 때문에 실제로는 8600보다 다소 더 빨랐다.
IC 설계는 계속 개선되었지만, IC의 물리적 크기는 주로 기계적 한계에 의해 제한되었습니다. 결과 구성요소는 시스템에 납땜할 수 있을 만큼 충분히 커야 했습니다.마이크로프로세서 설계의 급속한 개선이 보였듯이, 밀도의 극적인 향상이 가능했지만, 전체 회로의 극히 일부인 Cray에서 사용되는 IC의 유형은 설계가 안정되어 있었습니다.Cray가 목표로 했던 Cray-1보다 성능이 10배 더 향상되기 위해서는 머신이 더 복잡해져야 합니다.그래서 다시 8600과 같은 솔루션으로 전환했습니다.고밀도로 클럭 속도를 2배로 높이고 이러한 소형 프로세서를 기본 시스템에 추가하여 기계에서 열이 빠져나가는 문제에 대처하려고 했습니다.
또 다른 설계상의 문제는 프로세서와 메인 메모리 간의 성능 차이가 증가하는 것이었습니다.CDC 6600 메모리는 프로세서와 같은 속도로 동작하고 있었습니다.그 주된 문제는, CPU에 데이터를 넣는 것이었습니다.Cray는 이 문제를 해결하기 위해 10대의 소형 컴퓨터를 시스템에 추가함으로써 메인 프로세서가 사용 중일 때 외장 스토리지(디스크 및 테이프)의 속도가 느려지고 데이터를 메모리에 "스쿼트"할 수 있게 되었습니다.이 솔루션은 더 이상 이점을 제공하지 않습니다. 메모리는 데이터 세트 전체를 읽을 수 있을 만큼 충분히 컸지만 프로세서는 메모리보다 훨씬 더 빨리 실행되었기 때문에 데이터가 도착하기를 기다리는 데 오랜 시간을 소비하는 경우가 많습니다.4개의 프로세서를 추가하면 이 문제는 더욱 악화됩니다.
이 문제를 피하기 위해 새로운 설계의 뱅크 메모리와 2개의 레지스터 세트(B 레지스터와 T 레지스터)는 캐시가 아닌 로컬 메모리라고 불리는 가장 빠른 메모리의 16KWord 블록으로 교체되어 4개의 백그라운드 프로세서를 별도의 고속 파이프로 연결합니다.이 로컬 메모리는 전용 포그라운드 프로세서에 의해 데이터가 공급되어 CPU당 기가비트/초 채널을 통해 메인 메모리에 접속되었습니다.대조적으로 X-MP는 3개, 동시 로드는 2개, 스토어는 1개, Y-MP/C-90은 5개의 채널이 있어 von Neumann 병목 현상을 방지합니다.컴퓨터를 "실행"하여 스토리지를 처리하고 여러 채널을 메인 메모리에 효율적으로 사용하는 것이 포그라운드 프로세서의 임무였습니다.기존 캐시 파이프를 백그라운드 프로세서에 연결하는 대신 8개의 16 워드 버퍼를 통해 실행해야 하는 명령을 전달함으로써 백그라운드 프로세서를 구동했습니다.현재 전경 프로세서는 로드/스토어 유닛이라고 불리며 그 자체로는 완전한 머신이 아니지만, 현대의 CPU도 이 설계의 변형을 사용하고 있습니다.
메인 메모리 뱅크는 동시에 액세스 할 수 있도록 사분면에 배치되어 있어 프로그래머가 데이터를 메모리 전체에 분산시켜 보다 높은 병렬성을 얻을 수 있었습니다.이 접근방식의 단점은 포그라운드 프로세서에 산란/수집 유닛을 설정하는 비용이 상당히 높다는 것입니다.메모리 뱅크 수에 해당하는 스트라이드 충돌은 2의 FFT 기반 알고리즘에서 종종 발생하는 것처럼 성능 저하(레이텐시)를 겪었습니다.Cray 2는 Cray 1s나 X-MP보다 훨씬 큰 메모리를 탑재하고 있었기 때문에 어레이에 여분의 미사용 요소를 추가하여 작업을 분산시킴으로써 이 문제를 쉽게 해결할 수 있었습니다.
포장된 회로 기판과 새로운 설계 아이디어
초기 Cray-2 모델은 곧 IC로 채워진 큰 회로 기판을 사용하는 설계에 정착했다.이로 인해 납땜이 매우 어려웠고 밀도는 여전히 성능 목표를 달성하기에 충분하지 않았습니다.팀들은 크레이 자신도 이 디자인을 포기하기 전에 약 2년 동안 이 디자인을 작업했고, 프로젝트를 취소하고 이 프로젝트를 하는 모든 사람들을 해고하는 것이 최선이라고 결정했다.Cray 본사에 남아있던 Cray의 디자인 협력자였던 Les Davis는 우선 순위가 낮은 상태로 계속되어야 한다고 결정했습니다.약간의 인사이동이 있은 후, 그 팀은 이전과 같이 계속되었다.
6개월 후 크레이는 그의 "유레카"의 순간을 맞이했다.그는 주요 엔지니어들을 불러모아 회의를 열고 그 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다.각 "카드"는 하나의 큰 회로 기판을 만드는 대신 8개의 3D 스택으로 구성되며, 표면에서 돌출된 핀(pogos 또는 z-pins)을 사용하여 기판 중앙에 서로 연결됩니다.카드는 서로 바로 겹쳐져 있기 때문에 스택의 높이는 약 3인치 밖에 되지 않았습니다.
이러한 밀도에서는 기존의 공랭식 시스템이 작동할 방법이 없었습니다. IC 간에 공기가 흐를 공간이 너무 적었기 때문입니다.대신 시스템은 3M, Fluorinert의 새로운 불활성 액체의 탱크에 담그게 됩니다.냉각액은 압력에 의해 모듈로 옆으로 밀어 넣어 유속은 초당 약 1인치였습니다.가열된 액체는 냉각수 열 교환기를 사용하여 냉각된 후 메인 탱크로 반환되었습니다.새로운 디자인에 대한 작업은 원래 시작일로부터 몇 년이 지난 1982년에 본격적으로 시작되었다.
한편, Cray X-MP는 Cray 본사의 Steve Chen의 지시로 개발되고 있어, Cray-2의 수익에 큰 영향을 줄 것으로 보인다.이러한 내부 위협에 대처하기 위해 Cray-2 메모리 시스템은 프로세서에 들어가는 "파이프"의 수와 크기 모두에서 대폭 개선되었습니다.1985년에 최종적으로 기계가 납품되었을 때, 지연이 너무 길었기 때문에 성능상의 이점 중 상당 부분은 더 빠른 메모리 때문이었다.이 머신을 구입하는 것은 대량의 데이터 세트를 처리하는 사용자에게만 의미가 있었습니다.
첫 번째 Cray-2는 이전에 제공된 모든 Cray 머신을 합친 것보다 더 많은 물리 메모리(256 MWord)를 보유하고 있었습니다.연산이 느린 가상 메모리에 의존할 필요가 없었기 때문에 시뮬레이션은 2차원 영역 또는 거친 3차원 영역에서 보다 미세한 3차원 영역으로 이동했습니다.
용도 및 후계자
Cray-2는 주로 미국 국방 에너지부를 위해 개발되었습니다.핵무기 연구나 해양학(음파탐지기) 개발에 사용하는 경향이 있었다.그러나 첫 번째 Cray-2(일련 번호 1)는 로렌스 리버모어 국립 연구소의 국립 자기 핵융합 에너지 컴퓨터 센터에서 미분류 에너지 연구를 위해 사용되었다.그것은 또한 민간 기관(NASA Ames Research Center 등), 대학 및 전 세계 기업에도 전파되었다.예를 들어 Ford와 General Motors는 모두 Cray-2를 사용하여 복잡한 차체 유한 요소 분석 모델을 처리하고 생산 전에 차체 부품의 가상 충돌 테스트를 수행했습니다.
Cray-2는 Cray-3로 대체될 예정이었지만 개발상의 문제로 인해 단 한 대의 Cray-3만 제작되어 단 한 대의 비용도 지불되지 않았다.Cray-2의 정신적 후예는 Cray가 제공한 Cray X1이다.
최신 컴퓨터와의 비교
2012년, Piotr Luszczek(Jack Dongara의 박사과정 학생)은 내장 LINPACK [1]벤치마크에서 iPad 2가 Cray-2의 과거 성능에 부합한다는 결과를 발표했다.
트리비아
액체 냉각의 사용으로 인해 Cray-2는 "거품"이라는 별명을 얻었으며 컴퓨터 주변의 일반적인 농담은 이 독특한 시스템을 언급하였다.개그에는 "낚시 금지" 표지판, 열교환기 탱크에서 나오는 네스호 괴물의 판지 묘사, 교환기 안에 있는 플라스틱 물고기 등이 포함되었다.Cray-2의 소비전력은 150~200kW였습니다.1990년대 초 Lawrence Livermore National Laboratory에서 실시된 연구에 따르면 Cray-2 회로를 냉각하는 데 사용되는 과불화 폴리에테르(Perfluoroisobutylene)가 분해되어 매우 유독성이 높은 가스인 과불화이소부틸렌([2]Perfluoroisobutylene)을 형성할 수 있다.당시 Cray는 시각적인 효과를 위해 냉각액이 바닥으로 흘러내리는 투명한 "거품실"을 보여주는 포스터를 제작했습니다.이 포스터는 실제로 이런 일이 일어나면 시설을 [3]대피시켜야 한다는 우스갯소리였습니다.액체 제조업체는 이 독성 분해 제품을 촉매적으로 분해하는 펌프에 맞춰 배치할 수 있는 스크러버를 개발했습니다.
로직 모듈의 수직 스택은 각각 약 2200A의 전류를 공급하는 5V 버스바의 전원 모듈 스택 위에 배치되어 있습니다.크레이-2는 480V의 3상을 가진 두 개의 모터 발전기로 구동되었다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Larabel, Michael (16 September 2012). "Apple iPad 2 As Fast As The Cray-2 Super Computer". Archived from the original on 20 February 2015. Retrieved February 19, 2015.
- ^ Kwan, J. Kelly, R, Miller G. UT, 솔트레이크시티, 1991년 5월 미국산업위생회의 프레젠테이션
- ^ Kelly, R. J., 개인 경험[unreliable source?]
외부 링크
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