Что сделал Сеймур Крэй?

[eponim2008]

Это было в те времена, когда сочетание слов «персональный компьютер» считалось не только невозможным, но и бессмысленным. Зачем нужен дома большой шкаф, набитый сложными полупроводниковыми схемами? Для решения каких задач? Да и не во всякий дом такая «мухарайка» поместится! А сколько электричества эта дура будет съедать?! Нет, нет, компьютер - это только для больших организаций и серьезных людей!

Одним словом, дело происходило в 1957 году в США. В городе Миннеаполис появилась новая компания по производству компьютеров, которую назвали «Control Data Corporation» (CDC). Компанию эту основали несколько инженеров, работавших до этого в «Sperry Corporation». Эта известная фирма находилась в Нью-Йорке и производила различную электронную технику, в основном, по заказам военного ведомства. Здесь приступили к производству большого универсального компьютера UNIVAC. Компания была заинтересована в расширении рынка сбыта уже выпускаемого компьютера, а не в создании других, принципиально новых моделей. По этой причине группа инженеров-электриков, мечтавших построить самый быстрый компьютер в мире, покинула успешную компанию, для того, чтобы пуститься в самостоятельное плавание.

Через год к этой группе присоединился их бывший коллега по «Sperry» Сеймур Крэй (Seymour Roger Cray; 1925 - 1996), и можно было сказать, что на борту нового корабля появился достойный капитан. Почему? Потому что Сеймур Крэй всю свою жизнь занимался созданием и разработкой суперкомпьютеров.

Что такое суперкомпьютер? Дать это определение непросто, потому что любые конкретные параметры суперкомпьютера, назначенные сегодня,  очень скоро будут достигнуты и превышены, а потребность в компьютерах, имеющих бо́льшие вычислительные мощности, не пропадет. Любой суперкомпьютер всегда будет отставать от тех задач, над решением которых в данный момент работают ученые и для решения которых суперкомпьютер необходим именно сейчас.

К числу задач, для решения которых требуется огромный объем вычислений, относятся аэродинамические и баллистические расчеты, обсчет результатов сейсмического анализа, задачи предсказания погоды, криптография, разработка алгоритмов виртуальной реальности, и еще, и еще, и еще... Так что рынок сбыта у суперкомпьютеров хоть и не большой,  но зато жадно поглощающий новую продукцию, которая, к слову, стоит очень дорого.

Помните, в «Золотом теленке» И. Ильфа и Е. Петрова упоминается рукопись композитора Франца Листа, где на первой странице указано играть «быстро», на второй - «очень быстро», на третьей - «гораздо быстрее», на четвертой - «быстро, как только возможно» и все-таки на пятой - «еще быстрее»? Так и здесь. Главный параметр суперкомпьютера - быстродействие.

Так вот, вся жизнь и вся работа Сеймура Крея была борьбой за создание самого быстродействующего компьютера. На данный момент времени, конечно.

Сеймур Крэй родился в штате Висконсин в городке Чиппева Фоллс (Chippewa Falls). Факт известный: если на карте США встречаешь топоним в виде какого-то непонятного слова, значит этот топоним индейский. Так и здесь. «Falls» - по-английски «водопад», а «чиппева» - название местного индейского племени, которое в книгах Ф. Купера называют «оджибве».

Способности к технике, в частности, к радиотехнике и к химии, у Сеймура Крэя проявились еще в школе. Отслужив в армии в должности электрика, Сеймур поступил в университет Миннесоты. В 1951 году он закончил учебу, получив степень магистра по прикладной математике.

Надо было искать работу. Тогда в США существовали две группы, работавшие над созданием универсальных компьютеров. На восточном побережье, в Нью-Йорке, строили UNIVAC. Другая же группа находилась совсем недалеко, в столице штата Миннесота, городе Сент-Пол. Ее работу финансировало Военно-морское ведомство, а располагалась она на фабрике, где изготавливали планеры. Сеймуру Крэю такой вариант показался хорошим, и он влился в эту опытно-конструкторскую группу (Engineering Research Associates - ERA).

В этой группе, а затем в компаниях, которые продолжали и воплощали в жизнь ее наработки, Сеймур Крэй проработал более шести лет, с 1951 по 1957 год. За эти годы он стал опытным конструктором, создав свой первый исследовательский компьютер ERA 1101. Кроме того, он принимал самое деятельное участие во втором проекте, построении компьютера UNIVAC 1103.

Как уже было сказано, когда Крэй «перерос» свою работу, он ушел из благополучной и преуспевающей компании «Sperry» в новую, которую сам же с друзьями создал, в компанию Control Data Corp (CDC). Как-то Сеймур Крэй заметил, что он любит начинать все сначала и поэтому делает это постоянно.

Уже в 1958 году на рынке появился первый компьютер, созданный под руководством Крэя, CDC 1604. Он был полностью выполнен на транзисторах, в то время как в большинстве вычислительных устройств все еще трудились старые добрые медлительные радиолампы, рассеивающие в окружающее пространство огромное количество тепла.  Объем памяти этого компьютера был около 0.2 Мегабайтов. Сравните с объемом памяти своего мобильного телефона и улыбнитесь. А потом восхититесь. Как лихо отплясывали эти парни на таком пятачке!

Сейчас мы привыкли оценивать мощность процессора любого вычислительного устройства по тактовой частоте, на которой он работает. Частота эта измеряется в Гигагерцах (109 Гц). Чем эта частота выше, тем производительнее процессор, тем быстрее он выполняет элементарные операции.

Уже в 1960-х годах производительность суперкомпьютеров во много раз превышала производительность обычных коммерческих машин, представленных на тогдашнем рынке. За счет чего это достигалось? Во-первых, за счет передовой элементной базы. Создавая первый суперкомпьютер CDC 6600, Крэй стал использовать кремниевые транзисторы вместо германиевых. Новые транзисторы работали быстрее и с меньшим тепловыделением. Их размер был микроскопическим. Тем самым уменьшалось влияние конечности скорости света! Здесь вдумчивый человек остановится, чтобы удивиться и еще раз восхититься. Конструкторы суперкомпьютера подобрались вплотную к ограничениям, накладываемым конечностью скорости света! Проводники, линейные размеры которых составляли доли миллиметра, уже влияли на производительность компьютера! Электрический ток проходил по ним слишком долго! Линейные размеры проводников следовало уменьшить в сто, а если получится, в тысячу раз. И ведь уменьшили! Это было второе решение, открывшее путь к созданию суперкомпьютера.

В связи с этим возникла третья проблема. Детали на платах были расположены так тесно, что количество выделяемого ими тепла становилось критическим. Чтобы охладить «кипящую» плату процессора следовало внедрить новую, совершенную, систему охлаждения.

В-четвертых, был придуман новый способ ускорения работы компьютера: параллельные вычисления. Несколько работающих независимо друг от друга процессоров обрабатывали каждый свою часть программы, обмениваясь по мере необходимости результатами вычислений через очень быструю внутреннюю память. Сейчас этот способ считается едва ли не стандартным. В каждом компьютере, в каждом смартфоне установлены многоядерные процессоры, повышающие скорость работы в четыре, в восемь, а то и в шестнадцать раз! Но тогда эта идея была, без всякого сомнения, гениальной. Гениальной, но совсем не простой в исполнении. Она потребовала и хитрых аппаратных реализаций, и разработки новой теории параллельных вычислительных процессов.

Наконец, в-пятых, конструкция суперкомпьютера CDC 6600 предусматривала «разгрузку» процессора. Работой периферийных устройств управляли отдельные управляющие блоки, работавшие независимо от центрального процессора. Сам же центральный процессор занимался только обработкой информации.

Благодаря всем этим изобретениям, CDC 6600 работала по крайней мере в десять раз быстрее других коммерческих компьютеров. Ее быстродействие было 3 миллиона операций в секунду! В 1962 году это казалось невероятным. Частью компьютера была специальная охлаждающая система, прогонявшая между тесно сдвинутыми платами охлажденный фреон.

Первые суперкомпьютеры купили элитные клиенты, Комиссия по атомной энергии и Бюро погоды. За три года было продано 63 компьютера CDC 6600. Эти компьютеры работали в главных научных заведениях США.

Но пределов лучшему не бывает. В 1968 году был выпущен суперкомпьютер CDC 7600, который тогда снова был самым быстрым компьютером в мире. Тактовая частота его центрального процессора составляла 36 мегагерц. (Тактовая частота современного коммерческого персонального компьютера в тысячу раз выше). Всего было продано 50 этих компьютеров. Мало? Но не следует забывать, что суперкомпьютер и тогда, и сейчас - машина весьма дорогая, покупают их поштучно. Поэтому этот рынок довольно ограничен.

Следующая модель, CDC 8600, была изготовлена, но на рынок ее выпускать не стали. Компания, завоевав позиции в мире бизнеса, начала расширяться, продвигать более выгодные коммерческие проекты. Бесшабашная юность закончилась, началась обычная работа, во многом рутинная. Жизни предстояло стать обеспеченной, но скучной.

Крэй понял, что он должен уйти для того, чтобы совершить новый взлет. Он ушел в 1972 году, и основал компанию «Cray Research». Сеймур Крэй объявил, что будет регулярно выпускать один суперкомпьютер за другим, причем каждая новая модель будет совместимой с моделями предыдущими. Компания «Control Data», которую Сеймур Крэй покидал, выплатила ему 500 тысяч долларов. Этот «золотой парашют» стал финансовым основанием новой фирмы.

Компьютеры, которые выпускала «Cray Research», назывались Cray. Таким образом, фамилия изобретателя стала эпонимом. Отблеск могущества суперкомпьютера упал и на его изобретателя. Крэя и в шутку, и в серьез стали называть «суперменом».

В марте 1976 года он выпустил уникальный в своем роде суперкомпьютер Сгау-1. Этот компьютер стал сенсацией. Он снова был самым быстрым компьютером в мире, суперкомпьютером. Сгау-1 был установлен в Лос-Аламосской лаборатории. В той самой, где в 1940-х годах создали первую атомную бомбу.

Для того, чтобы уменьшить длину внутренней проводки С. Крэй  предложил необычный, цилиндрический, дизайн своего детища. В нижней части находился холодильник для охлаждения фреона, который, как уже было сказано, прокачивался между платами, чтобы не допустить их перегрева. Для лучшей теплоизоляции холодильника корпус нижней части суперкомпьютера покрыли слоем мягкого наполнителя. Поэтому внешне суперкомпьютер стал похожим на диванчик. Шутники называли Сгау-1 самым дорогим в мире диванчиком.

Суперкомпьютер собирали практически вручную.  В утренние часы во время сборки Сгау-1 Сеймур Крэй работал на заводе вместе со своими коллегами. В 4 часа вечера смена кончалась, и тогда конструктор возвращался на завод,  и работал в лаборатории один всю ночь до рассвета. По-видимому, он был «совой», типом человека, у которого пик работоспособности приходится на ночное время.

В 1978 году Сеймур Крэй объявила о начале работ над новым суперкомпьютером. По его словам, производительность Сгау-2 должна будет превышать производительность первой модели более чем в 400 раз. Обещание было исполнено. Сгау-2 выпустили весной 1985 года. Его купила Ливерморская национальная лаборатория имени Э. Лоуренса в Калифорнии, один из ведущих американских центров по созданию ядерного оружия.

К середине 1980-х годов фирма «Cray Research» контролировала 70% рынка суперкомпьютеров. Что делал Сеймур Крэй, когда его предприятия достигали коммерческого успеха? Закрывал их, чтобы открыть новое. Так случилось и в этот раз. В 1989 году Сеймур Крэй закрыл прежнюю свою фирму и открыл новую, «Cray Computer Corp». При этом он снова анонсировал, что начал производство суперкомпьютеров Сгау-3 и Сгау-4. И снова эти компьютеры должны были стать самыми быстрыми компьютерами в мире.

Однако за два года, прошедших после этого, ни одного нового компьютера продано не было. Рынок, по-видимому, был пересыщен. Кроме того, начали развиваться сетевые технологии, позволявшие объединять несколько компьютеров в один гигантский суперкомпьютер.  В 1995 году фирма «Cray Computer» объявила о своем банкротстве. Но неунывающий изобретатель создал летом 1996 года новую, уже четвертую по счету компанию, которую назвал по инициалам своего имени, Seymour Roger Cray, «SRC Computer Inc».

Сеймур Крэй по-прежнему хотел создавать самые быстрые в мире компьютеры. Планы его были грандиозны. Но, как оказалось, сбыться им было не суждено. 22 сентября 1996 года изобретатель попал в автомобильную аварию, в результате которой скончался.

К созданию вычислительной техники, Сеймур Крэй подходил, как к искусству, где логика отходит на второй, а то и на третий план. Главным же становится терпение, вдохновение и одержимость. (Может быть, в обратном порядке) Сеймур Крэй был своеобразным художником, этаким Микеланджело двадцатого века. Сотрудники создаваемых им фирм были для него подмастерьями. Поэтому он не любил гигантских компаний. Он считал: чем меньше людей участвуют в разработке компьютера, тем больше шансов на успех проекта.

Легенда Сеймура Крэя продолжает жить. Компания, меченная его инициалами,  SRC, созданная всего за три месяца до его гибели, создает новую  многопроцессорную систему, которая снова будет самым быстрым компьютером в мире. Суперкомпьютером.

1. Суперкомпьютер в Википедии
2. Сеймур Крэй в Википедии
3. История компьютера. Сеймур Крэй
4. Сеймур Крэй
5. Сеймур Крей в Википедии (англ.)
6. Сеймур Крей. Человек, чье видение изменило мир
7. История компьютера. Сеймур Крей
8. Красный Крей
9. Михаил Александрович Карцев - разработчик суперкомпьютеров для наблюдения за космосом
10. Сеймур Крэй и его машины
11. Сеймур Крэй в анекдотах

The Supermen: The Story of Seymour Cray and the Technical Wizards Behind the Supercomputer / Edition 1 by Charles J. Murray (http://hufind.huji.ac.il/Record/HUJ000407971)