50 jaar Cray-1: De supercomputer die eruitzag als een bank
50 jaar geleden zette de Cray-1 nieuwe standaarden in de computertechnologie. Zijn destijds ongeëvenaarde rekenkracht maakte hem tot het symbool van een hele generatie supercomputers.
Op het eerste gezicht zou de Cray-1 uit een sciencefictionfilm kunnen komen. Twaalf hoge kasten vormen een open cirkel, omringd door een gestoffeerde bank. De ongebruikelijke constructie had een duidelijk doel: de computer zo snel mogelijk maken. Dat lukte. Van 1976 tot 1982 gold de Cray-1 als de snelste supercomputer ter wereld.
Waarom bij de Cray-1 elke centimeter telde
De Amerikaanse ingenieur Seymour Cray ontwikkelde de computer. Bij het ontwerp hanteerde hij een duidelijk doel: de elektronische componenten moesten zo snel mogelijk met elkaar communiceren.
Daarom hield hij de verbindingen tussen de onderdelen zo kort mogelijk. Want hoe langer een kabel is, hoe meer tijd een elektrisch signaal nodig heeft voor de overdracht. Bij de hoge kloksnelheden van de Cray-1 telde daarom elke centimeter. De C-vormige opstelling verkortte de afstanden tussen de componenten.
Bron: Clemens Pfeiffer / Wikimedia Commons / CC BY 2.5
In totaal zat er meer dan 96 kilometer aan kabel in de machine. Toch was geen enkele verbinding langer dan ongeveer 90 centimeter. De bedrading werd grotendeels met de hand aangelegd. Alleen al het in elkaar zetten van een Cray-1 duurde bijna een jaar.
Ook de gestoffeerde bank had een praktische functie. Daaronder zaten delen van de stroomvoorziening verborgen. De dicht opeengepakte elektronica genereerde bovendien veel warmte. Om deze af te voeren, gebruikte de Cray-1 een speciaal koelsysteem met vloeibaar koelmiddel.
Bron: Bild: Rama / Wikimedia Commons / CC BY-SA 2.0 FR
Het resultaat was een computer van ongeveer 1,95 meter hoog en meer dan vijf ton zwaar. Zijn bijzondere vorm leverde hem de bijnaam «duurste bank ter wereld» op. In het Engels werd hij aangeduid als «World's most expensive loveseat». In werkelijkheid konden meerdere personen op de gestoffeerde bank plaatsnemen.
Acht megabyte werkgeheugen voor miljoenen dollars
Ook het binnenwerk van de Cray-1 was voor zijn tijd buitengewoon. De processor werkte op 80 megahertz en bereikte een theoretische piekprestatie van 160 megaflops. Dat komt overeen met 160 miljoen drijvendekommagetal-operaties per seconde. Dergelijke berekeningen met kommagetallen zijn bijvoorbeeld belangrijk voor wetenschappelijke simulaties.
Vandaag de dag klinkt dat bescheiden. Moderne processors en grafische kaarten halen bij geschikte taken vele biljoenen van dergelijke operaties per seconde. Zelfs oudere alledaagse computers overtreffen daarmee de piekprestatie van de Cray-1 aanzienlijk.
Zijn kracht lag vooral in de zogenaamde vectorverwerking. Hierbij kon de computer dezelfde rekenoperatie toepassen op een hele reeks getallen. Hij verwerkte bijvoorbeeld duizenden meetwaarden achter elkaar, zonder voor elke waarde een nieuw commando nodig te hebben. Dat versnelde met name berekeningen met grote hoeveelheden data en maakte hem efficiënt bij wetenschappelijke berekeningen.
Bron: The Board of Trustees of the Science Museum
Hoe groot de prestatiesprong was, bleek bij het National Center for Atmospheric Research (NCAR). Daar bereikte de Cray-1 een ongeveer 4,5 keer zo hoge rekencapaciteit als de voorheen gebruikte CDC 7600.
Het werkgeheugen omvatte in een typische configuratie ongeveer acht megabyte. Wat tegenwoordig nauwelijks genoeg is voor een enkele foto met hoge resolutie, was destijds een aanzienlijke capaciteit.
Deze prestaties hadden echter hun prijs. Afhankelijk van de configuratie kostte een Cray-1 meerdere miljoenen Amerikaanse dollars. Het NCAR betaalde in 1976 bijvoorbeeld 8,86 miljoen dollar voor zijn systeem. Bijna een miljoen dollar daarvan kwam alleen al voor rekening van de harde schijven.
Ook het gebruik was duur. Alleen al de computer verbruikte ongeveer 115 kilowatt aan elektrisch vermogen. Daarnaast zorgden de complexe koeling en het regelmatige onderhoud voor hoge kosten.
Een supercomputer voor wetenschap en leger
Voor de ontwikkeling van de Cray-1 had Seymour Cray al bij Control Data Corporation aan krachtige computers gewerkt. In 1972 richtte hij zijn eigen bedrijf Cray Research op in de Amerikaanse staat Wisconsin.
Bron: Cray Research
Tot zijn belangrijkste klanten behoorden overheidsinstellingen voor onderzoek. Tijdens de Koude Oorlog investeerden de VS aanzienlijke bedragen in de ontwikkeling van krachtige computers. Vooral het onderzoek naar kernwapens vereiste complexe natuurkundige simulaties.
Het Los Alamos Scientific Laboratory (LASL) in New Mexico ontving in maart 1976 het eerste exemplaar. De instelling speelde tijdens de Tweede Wereldoorlog een centrale rol bij de ontwikkeling van de atoombom. Na een testfase van zes maanden nam het LASL de nieuwe computer in oktober 1976 in regulier gebruik.
Ook het klimaat- en weeronderzoek profiteerde van zijn rekenkracht. Het NCAR gebruikte vanaf 1977 een eigen exemplaar om onder andere modellen van de atmosfeer en zware stormen te berekenen.
Voor Cray Research bleek de machine een succes. In totaal werden er ongeveer 80 exemplaren verkocht. Daarmee vestigde het bedrijf zich als een van de belangrijkste fabrikanten van supercomputers. Het systeem bij het NCAR bleef zelfs tot februari 1989 in gebruik.
50 jaar later: een Cray-1 van oude Macs
Hoe sterk de computertechniek sindsdien is ontwikkeld, laat een actueel project uit Spanje zien. Het Museo de Historia de la Computación heeft ter gelegenheid van het jubileum een Cray-1 op ware grootte nagebouwd. De bouw van de replica duurde ongeveer 18 maanden.
Bron: Museo de Historia de la Computación
Aan de buitenkant is de replica gebaseerd op het historische voorbeeld. Binnenin zitten echter 30 afgedankte Mac Mini's uit de jaren 2012 tot 2014. Samen beschikken ze over 70 processorkernen die berekeningen onderling verdelen. Bij een test met 64 actieve kernen bereikte het cluster ongeveer 1,3 teraflops, oftewel 1,3 biljoen drijvendekommagetal-operaties per seconde. Hiervoor liet het museum de computers grote getallenmatrices vermenigvuldigen. De replica dient vooral om het gezamenlijke rekenwerk van meerdere processors te demonstreren.
De waarden zijn echter niet direct te vergelijken: bij het origineel gaat het om de theoretische piekprestatie, bij de replica om het resultaat van een speciaal ontwikkelde rekentest.
Het museum plant al een uitbreiding met maximaal 80 moderne Mac Mini's met Apples M4-chip. Bezoekers kunnen bij de replica observeren hoe berekeningen worden verdeeld over meerdere processors. Daarmee illustreert het project niet alleen de technische vooruitgang, maar ook de verandering in de architectuur van supercomputers. Terwijl de originele Cray-1 vertrouwde op een bijzonder snelle vectorprocessor, verdeelt de replica zijn rekentaken over talloze onafhankelijke computers.
Mijn interesses zijn gevarieerd, ik geniet gewoon graag van het leven. Altijd op zoek naar nieuws over darten, gamen, films en series.
Interessante feiten uit de wereld van producten, een kijkje achter de schermen van fabrikanten en portretten van interessante mensen.
Alles tonen
