Seymour Cray dan Superkomputer

Banyak dari kita yang mengenalnya komputer. Anda mungkin menggunakannya sekarang untuk membaca posting blog ini karena perangkat seperti laptop, smartphone, dan tablet pada dasarnya adalah teknologi komputasi yang mendasarinya sama. Superkomputer, di sisi lain, agak esoterik karena mereka sering dianggap sebagai raksasa, mahal, mesin penghisap energi dikembangkan, pada umumnya, untuk institusi pemerintah, pusat penelitian, dan besar perusahaan.

Ambil contoh Sunway TaihuLight China, saat ini superkomputer tercepat di dunia, menurut peringkat superkomputer Top500. Ini terdiri dari 41.000 chip (prosesor sendiri dengan berat lebih dari 150 ton), harganya sekitar $ 270 juta dan memiliki peringkat daya 15.371 kW. Namun, di sisi positifnya, ia mampu melakukan perhitungan dengan empat kuadrat per detik dan dapat menyimpan hingga 100 juta buku. Dan seperti superkomputer lainnya, ini akan digunakan untuk menangani beberapa tugas paling kompleks di bidang sains seperti ramalan cuaca dan penelitian obat-obatan.

Gagasan superkomputer pertama kali muncul pada 1960-an ketika seorang insinyur listrik bernama Seymour Cray, memulai menciptakan komputer tercepat di dunia. Cray, yang dianggap sebagai "bapak superkomputer," telah meninggalkan jabatannya di raksasa komputasi bisnis Sperry-Rand bergabung dengan Control Data Corporation yang baru dibentuk sehingga ia dapat fokus pada pengembangan komputer ilmiah. Judul komputer tercepat di dunia dipegang saat itu oleh IBM 7030 "Stretch," salah satu yang pertama menggunakan transistor alih-alih tabung hampa udara.

Pada tahun 1964, Cray memperkenalkan CDC 6600, yang menampilkan inovasi seperti mengganti transistor germanium yang mendukung silikon dan sistem pendingin berbasis Freon. Lebih penting lagi, ini berjalan pada kecepatan 40 MHz, menjalankan sekitar tiga juta operasi floating-point per detik, yang menjadikannya komputer tercepat di dunia. Sering dianggap sebagai superkomputer pertama di dunia, CDC 6600 adalah 10 kali lebih cepat dari kebanyakan komputer dan tiga kali lebih cepat daripada IBM 7030 Peregangan. Judul ini akhirnya dilepaskan pada tahun 1969 kepada penggantinya CDC 7600.

Pada tahun 1972, Cray meninggalkan Control Data Corporation untuk membentuk perusahaannya sendiri, Cray Research. Setelah beberapa waktu meningkatkan modal awal dan pembiayaan dari investor, Cray memulai debutnya Cray 1, yang sekali lagi meningkatkan standar untuk kinerja komputer dengan selisih yang lebar. Sistem baru berjalan pada kecepatan clock 80 MHz dan melakukan 136 juta operasi floating-point per detik (136 megaflop). Fitur unik lainnya termasuk jenis prosesor yang lebih baru (pemrosesan vektor) dan desain berbentuk tapal kuda yang dioptimalkan dengan kecepatan yang meminimalkan panjang sirkuit. Cray 1 dipasang di Laboratorium Nasional Los Alamos pada tahun 1976.

Pada 1980-an Cray telah memantapkan dirinya sebagai nama unggul dalam superkomputer dan setiap rilis baru secara luas diharapkan untuk menggulingkan usahanya sebelumnya. Jadi sementara Cray sibuk mengerjakan penerus Cray 1, tim terpisah di perusahaan mengeluarkan Cray X-MP, model yang disebut sebagai versi Cray 1 yang lebih “bersih”. Ini berbagi desain bentuk tapal kuda yang sama, tetapi membual beberapa prosesor, memori bersama dan kadang-kadang digambarkan sebagai dua Cray 1 yang dihubungkan bersama sebagai satu. Cray X-MP (800 megaflops) adalah salah satu desain "multiprosesor" pertama dan membantu membuka pintu untuk pemrosesan paralel, di mana tugas komputasi dibagi menjadi beberapa bagian dan dijalankan secara bersamaan oleh berbeda pengolah.

Cray X-MP, yang terus diperbarui, berfungsi sebagai pembawa standar sampai peluncuran Cray 2 yang telah lama ditunggu-tunggu pada tahun 1985. Seperti pendahulunya, Cray terbaru dan terhebat mengambil desain berbentuk tapal kuda yang sama dan tata letak dasar dengan sirkuit terintegrasi yang ditumpuk bersama di papan logika. Namun kali ini, komponen-komponennya dijejalkan dengan sangat ketat sehingga komputer harus direndam dalam sistem pendingin cair untuk menghilangkan panas. Cray 2 dilengkapi dengan delapan prosesor, dengan "prosesor latar depan" yang bertugas menangani penyimpanan, memori dan memberikan instruksi kepada "prosesor latar belakang," yang ditugaskan dengan perhitungan yang sebenarnya. Secara keseluruhan, itu mengemas kecepatan pemrosesan 1,9 miliar operasi floating point per detik (1,9 Gigaflops), dua kali lebih cepat dari Cray X-MP.

Tak perlu dikatakan, Cray dan desainnya memerintah era awal superkomputer. Tapi dia bukan satu-satunya yang bergerak maju. Awal 80-an juga melihat munculnya komputer paralel besar-besaran, didukung oleh ribuan prosesor yang semuanya bekerja bersama-sama untuk menghancurkan hambatan kinerja. Beberapa sistem multiprosesor pertama diciptakan oleh W. Daniel Hillis, yang datang dengan gagasan itu sebagai mahasiswa pascasarjana di Massachusetts Institute of Technology. Tujuannya pada saat itu adalah untuk mengatasi keterbatasan kecepatan memiliki perhitungan langsung CPU di antara yang lain prosesor dengan mengembangkan jaringan prosesor yang terdesentralisasi yang berfungsi mirip dengan saraf otak jaringan. Solusi yang diimplementasikannya, diperkenalkan pada tahun 1985 sebagai Connection Machine atau CM-1, menampilkan 65.536 prosesor single-bit yang saling berhubungan.

Awal 90-an menandai awal dari akhir untuk cengkraman Cray pada superkomputer. Pada saat itu, pelopor superkomputer telah berpisah dari Cray Research untuk membentuk Cray Computer Corporation. Segalanya mulai mengarah ke selatan bagi perusahaan ketika proyek Cray 3, penerus yang dimaksudkan untuk Cray 2, menemui banyak masalah. Salah satu kesalahan utama Cray adalah memilih semikonduktor gallium arsenide - teknologi yang lebih baru - sebagai cara untuk mencapai tujuannya yaitu peningkatan dua belas kali lipat dalam kecepatan pemrosesan. Pada akhirnya, kesulitan dalam memproduksinya, bersama dengan komplikasi teknis lainnya, akhirnya tertunda proyek selama bertahun-tahun dan mengakibatkan banyak pelanggan potensial perusahaan akhirnya kehilangan bunga. Tak lama kemudian, perusahaan kehabisan uang dan mengajukan kebangkrutan pada tahun 1995.

Perjuangan Cray akan memberi jalan bagi perubahan penjaga semacam karena sistem komputasi Jepang yang bersaing akan mendominasi bidang selama sebagian besar dekade. NEC Corporation yang berbasis di Tokyo pertama kali muncul di tahun 1989 dengan SX-3 dan setahun kemudian meluncurkan versi empat prosesor yang mengambil alih sebagai komputer tercepat di dunia, hanya untuk dikalahkan pada tahun 1993. Tahun itu, Numerical Wind Tunnel milik Fujitsu, dengan kekuatan kasar 166 prosesor vektor menjadi superkomputer pertama yang melampaui 100 gigaflops (Catatan: Untuk memberi Anda Gagasan tentang seberapa cepat kemajuan teknologi, prosesor konsumen tercepat di 2016 dapat dengan mudah melakukan lebih dari 100 gigaflops, tetapi pada saat itu, sangat mengesankan). Pada tahun 1996, Hitachi SR2201 menaikkan taruhan dengan 2048 prosesor untuk mencapai kinerja puncak 600 gigaflops.

Sekarang dimana Intel? Perusahaan yang telah memantapkan dirinya sebagai pembuat chip terkemuka di pasar konsumen tidak benar-benar melakukan percikan di ranah superkomputer hingga menjelang akhir abad ini. Ini karena teknologinya adalah binatang yang sangat berbeda. Superkomputer, misalnya, dirancang untuk macet dalam kekuatan pemrosesan sebanyak mungkin sementara pribadi komputer adalah tentang menekan efisiensi dari kemampuan pendinginan minimal dan pasokan energi terbatas. Jadi pada tahun 1993, para insinyur Intel akhirnya mengambil risiko dengan mengambil pendekatan berani untuk menjadi paralel secara masif dengan 3.680 prosesor Intel XP / S 140 Paragon, yang pada Juni 1994 telah naik ke puncak superkomputer peringkat. Itu adalah superkomputer prosesor paralel masif pertama yang menjadi sistem tercepat di dunia.

Hingga saat ini, superkomputer telah menjadi domain bagi mereka yang memiliki kantong besar untuk mendanai proyek ambisius tersebut. Itu semua berubah pada tahun 1994 ketika kontraktor di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, yang tidak memiliki kemewahan semacam itu, datang dengan cara cerdas untuk memanfaatkan kekuatan komputasi paralel dengan menghubungkan dan mengonfigurasi serangkaian komputer pribadi menggunakan ethernet jaringan. Sistem "Beowulf cluster" yang mereka kembangkan terdiri dari 16 486DX prosesor, yang mampu beroperasi dalam kisaran gigaflops dan biaya kurang dari $ 50.000 untuk membangun. Itu juga memiliki perbedaan menjalankan Linux daripada Unix sebelum Linux menjadi sistem operasi pilihan untuk superkomputer. Tidak lama kemudian, do-it-yourselfers di mana-mana diikuti cetak biru yang sama untuk mengatur cluster Beowulf mereka sendiri.

Setelah melepaskan gelar pada tahun 1996 ke Hitachi SR2201, Intel kembali tahun itu dengan desain berdasarkan Paragon yang disebut ASCI Red, yang terdiri dari lebih dari 6.000 200MHz Prosesor Pentium Pro. Meskipun bergerak menjauh dari prosesor vektor yang mendukung komponen yang tidak tersedia, ASCI Red mendapatkan perbedaan sebagai komputer pertama yang menembus penghalang satu triliun jepit (1 teraflops). Pada tahun 1999, peningkatan memungkinkan untuk melampaui tiga triliun jepit (3 teraflops). ASCI Merah dipasang di Sandia National Laboratories dan digunakan terutama untuk mensimulasikan ledakan nuklir dan membantu dalam pemeliharaan negara itu. arsenal nuklir.

Setelah Jepang mengambil kembali superkomputer untuk periode dengan 35,9 teraflops NEC Earth Simulator, IBM membawa superkomputer ke ketinggian yang belum pernah terjadi sebelumnya mulai tahun 2004 dengan Blue Gene / L. Tahun itu, IBM memulai debut prototipe yang nyaris menyamai Earth Simulator (36 teraflops). Dan pada 2007, para insinyur akan meningkatkan perangkat keras untuk mendorong kemampuan pemrosesannya ke puncak hampir 600 teraflops. Menariknya, tim mampu mencapai kecepatan seperti itu dengan mengikuti pendekatan menggunakan lebih banyak chip yang daya relatif rendah, tetapi lebih hemat energi. Pada tahun 2008, IBM memulai lagi ketika dihidupkan Roadrunner, superkomputer pertama yang melampaui satu operasi quadrillion floating point per detik (1 petaflops).