Un viaggio nel supercomputing che ha tratto ispirazione dalla curiosità
- HPE Cray Supercomputing
- Il supercomputing e l’era exascale
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- La storia di Cray - Supercomputer ispirati dalla curiosità - Seymour Cray
Superare le barriere del possibile
È iniziato tutto dall’intuizione di una sola persona. Seymour Cray amava progettare computer. Il suo obiettivo era di ottenere velocità sempre maggiori da cavi e circuiti con la massima semplicità.
Cray ha fondato Cray Research nel 1972 con l’obiettivo di porsi nuove domande: realizzare la sua idea di sistemi di elaborazione più veloci al mondo. Anche se tutto questo sembrava impossibile, non ha mai abbandonato questo progetto.
Con questa idea, insieme a un piccolo gruppo di ingegneri, Cray ha prodotto il supercomputer Cray-1. Capolavoro di ingegneria, Cray-1 ha riscritto la tecnologia di calcolo, partendo dall’elaborazione fino al raffreddamento e al packaging creando un’azienda e un settore che rimarranno per sempre nella storia.
Da Cray-1 ad HPE Cray
La mission iniziale di Cray Research era realizzare i computer più veloci del settore e l’elaborazione scientifica in assoluto più potente su vasta scala. Ma quando l’azienda ha realizzato quello che si poteva fare con questi sistemi, la sua mission cominciò ad evolversi. La semplice velocità si è evoluta fino a comprendere l’impegno di contribuire alla risoluzione di problemi scientifici e industriali che rendono il modo un posto più sicuro, sano e intelligente.
HPE condivideva la stessa vision di Seymour Cray. Nel 2019, HPE ha acquisito Cray, aprendo un nuovo capitolo in un percorso verso il supercomputing dinamico e costante.
Dagli anni ‘70 agli anni ‘80: dalle idee rivoluzionarie fino ai gigaflop e all’arseniuro di gallio
PRIMO CLIENTE: Los Alamos National Laboratory (nell’immagine)
CURIOSITÀ: Cray-1 è stato il supercomputer più veloce al mondo dal 1976 al 1982. Misurava 2,59 metri di larghezza per 1,98 metri di altezza e conteneva circa 96 km di fili.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: Cray Research ha raggiunto la cifra record di 160 megaflop in termini di prestazioni con l’ingombro ridotto e la forma cilindrica del suo Cray-1, ha realizzato una memoria del semiconduttore di 1 milione di parole, le cui dimensioni arrivavano a 64 bit, e ha ottimizzato il compilatore Fortran e una tecnica chiamata “chaining”.
PRIMO CLIENTE: Digital Productions
CURIOSITÀ: la casa cinematografica Digital Productions ha utilizzato il sistema Cray X-MP per creare le immagini del grande classico del cinema “Giochi stellari”, uno dei primi film a utilizzare immagini e grafica generate da computer.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: con il sistema X-MP, Cray è passata all’elaborazione parallela. Era dotato di due processori vettoriali paralleli con memoria condivisa e un ciclo di clock di 9,5 secondi. Cray ha prodotto 11 diverse versioni del sistema X-MP: la più veloce ha raggiunto 941 megaflop.
PRIMO CLIENTE: National Magnetic Fusion Energy Computer Center
CURIOSITÀ: il supercomputer Cray-2 è stato soprannominato “Bubbles”. È stato il primo a utilizzare il raffreddamento per immersione in liquido e, dato l’eccessivo riscaldamento dei circuiti del sistema, il liquido si riscaldava fino a bollire. Seymour Cray ha avuto l’idea di rendere questo processo attraverso pannelli in vetro.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: Cray-2 aveva un’architettura vettoriale a quattro processori con 256 milioni di memoria a 64 bit (la più vasta memoria centrale disponibile in qualsiasi computer) e una velocità di clock di 4,1 nanosecondi. Ha raggiunto una velocità di picco di 1,9 gigaflop.
PRIMO CLIENTE: NASA Ames Research Center
CURIOSITÀ: il supercomputer Cray Y-MP ha avuto un ruolo film del 1992 “I signori della truffa”. I protagonisti della pellicola (Ben Kingsley e Robert Redford) sono seduti sull’Y-MP mentre parlano di come cambiare il mondo.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il sistema Cray Y-MP è stato il primo supercomputer al mondo a supportare 1 gigaflop. Considerato come un successore del modello X-MP, il sistema iniziale era dotato di otto processori vettoriali paralleli, circuiti più densi e una memoria centrale più ampia. L’Y-MP ha raggiunto una velocità massima di 2,67 gigaflop.
Dagli anni ‘90 agli anni 2000: cambiamento e crescita
PRIMO CLIENTE: Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine
CURIOSITÀ: Ford Motor Company è stato il primo cliente commerciale del sistema Cray C90.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: inizialmente chiamato supercomputer Cray Y-MP C90, il sistema vettoriale parallelo era dotato di 16 nuove CPU con una capacità di 1 gigaflop ciascuna e 2 gigabyte di memoria centrale. Garantiva una velocità 5 volte maggiore rispetto al record precedentemente battuto da Cray. Una delle sue caratteristiche architettoniche più significative era la pipeline a due vettori, che consentiva a ogni CPU di garantire risultati a due vettori per unità funzionale per ogni periodo di clock.
CLIENTI: solo nel suo primo anno di vita, sono stati ordinati ben 55 sistemi
CURIOSITÀ: il sistema Cray Y-MP EL è stato il primo supercomputer venduto da Cray Research al settore dei servizi finanziari e nell’Europa orientale.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: con il supercomputer Y-MP EL si è ridotto il costo iniziale per i clienti. Poteva essere configurato con un massimo di quattro processori e 1.042 megabyte di memoria. Era raffreddato ad aria, compatto e facilmente alimentato. Inoltre con la memoria e la larghezza di banda I/O bilanciate, Y-MP EL offriva le più elevate prestazioni di throughput disponibili al suo prezzo base. È stato successivamente sviluppato nella serie EL90.
PRIMO CLIENTE: AT&T Bell Labs
CURIOSITÀ: il supercomputer Cray M90 offriva fino a 125 volte di capacità di memoria in più rispetto al sistema Y-MP originale.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il supercomputer Cray serie M90 (originariamente chiamato Y-MP M90) era una variante del sistema Cray Y-MP con una memoria più ampia. Implementato nella tecnologia DRAM, era disponibile in configurazioni da due, quattro oppure otto processori e una memoria con una capacità massima di 4 miliardi di parole. Consentiva agli utenti di risolvere problemi estremamente complessi senza dividerli ed eseguirli separatamente.
PRIMO CLIENTE: Pittsburgh Supercomputing Center
CURIOSITÀ: i pianificatori delle missioni del Jet Propulsion Laboratory della NASA hanno usato un sistema T3D per esplorare i luoghi più adatti per l’atterraggio di una navicella spaziale su Marte.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il supercomputer Cray T3D è stato il primo sistema di elaborazione parallela massiva di Cray e il primo sistema eterogeneo scalabile al mondo. È stato progettato, sviluppato, prodotto e introdotto sul mercato in soli 26 mesi. T3D collegava un array massivamente parallelo di microprocessori realizzati da Digital Equipment Corporation a un processore vettoriale progettato da Cray ed era disponibile in configurazioni da 32 a 2.084 processori.
CLIENTI: pre-ordinato da 37 clienti prima dell’annuncio ufficiale
CURIOSITÀ: con più di 170 sistemi venduti nel suo primo anno di vita, la serie J90 è stata quella venduta più velocemente, con il 40% costituito da nuovi acquirenti.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: la serie J90 era costituita da sistema scalabile a costo ridotto, disponibile in configurazioni da otto, 16 e 32 processori. Con una larghezza di banda da 10 a 20 volte superiore rispetto a quella dei sistemi della concorrenza e un rapporto prezzo/prestazioni superiore, riduceva la complessità delle CPU e utilizzava chip CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Chip) avanzati ad alta velocità e a costi contenuti. Il prezzo di partenza dei sistemi era di $ 225.000.
CLIENTI: pre-ordinato da 8 clienti prima dell’annuncio ufficiale
CURIOSITÀ: il sistema T90 è stato il primo supercomputer wireless al mondo. Utilizzando un dispositivo all’avanguardia che collegava i moduli dei processori alla memoria, Cray ha eliminato tutti i cablaggi interni. (Per fare un confronto, il sistema C90 più grande ne conteneva circa 60 km).
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: successore della linea C90, il sistema Cray serie T90 ad elaborazione vettoriale parallela era disponibile in configurazioni da 1 a 32 processori e prestazioni fino a 60 gigaflop. I cavi di interconnessione sono stati sostituiti con connettori eZIF (Zero-Insertion-Force) ad attivazione elettrica, ciascuno con 400 contatti di segnale.
PRIMO CLIENTE: Pittsburgh Supercomputing Center
CURIOSITÀ: Cray T3E è stato il primo supercomputer al mondo a supportare 1 teraflop in un’applicazione reale Nel 1997, i sistemi T3E occupavano 14 delle prime 20 posizioni nella classifica dei migliori supercomputer del mondo.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: T3E era imbattibile in termini di scalabilità efficiente e a costi contenuti da decine a migliaia di processori. Il suo elemento distintivo era che ogni parte del sistema era scalabile in base al numero di processori, alla comunicazione tra processori, al sistema operativo, all’I/O e alla memoria.
PRIMO CLIENTE: Alabama Supercomputer Authority
CURIOSITÀ: Ford Motor Company ha acquistato cinque supercomputer Cray SV1, diventando il principale cliente del sistema.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il sistema vettoriale scalabile SV1 era dotato di processori con prestazioni fino a quattro gigaflop, singoli nodi di cabinet con prestazioni massime di 32 gigaflop e strumenti di clustering di sistema combinati per produrre un supercomputer con una capacità di 1 teraflop. Tra le innovazioni introdotte, la prima memoria cache vettoriale al mondo. Inoltre, batteva la concorrenza di ben otto volte in termini di rapporto qualità/prestazioni.
PRIMO CLIENTE: Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti
CURIOSITÀ: i processori Cray® X1 si surriscaldavano e gli ingegneri hanno quindi studiato un’innovativa tecnologia evaporativa a spruzzo per impedire il surriscaldamento dei moduli.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il sistema Cray X1 abbinava le prestazioni dei processori dei sistemi vettoriali con la scalabilità dell’elaborazione parallela massiva, un’impresa fino ad allora considerata impossibile. I sottosistemi di interconnessione e memoria a elevate prestazioni consentivano al sistema X1 di scalare fino a 4.096 processori con prestazioni massime di 50 teraflop. Con l’upgrade a X1E, le prestazioni e la densità di elaborazione massime sono state triplicate.
PRIMO CLIENTE: Sandia National Laboratories
CURIOSITÀ: Cray ha superato la barriera dei petaflop con il sistema XT5 “Jaguar” di Oak Ridge National Laboratory (nell’immagine). Il sistema Jaguar era costituito da 200 cabinet e 224.256 core di elaborazione. Inoltre, con i suoi 1.759 petaflop è stato il più veloce al mondo dal 2009 al 2010.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: Cray ha sviluppato la tecnologia che sarebbe diventata la serie Cray® XT™ in partnership con Sandia National Laboratories. Il sistema XT massivamente parallelo utilizzava un’interconnessione progettata da Cray, era raffreddato ad aria ed era scalabile da uno a centinaia di cabinet.
PRIMO CLIENTE: Pacific Northwest National Laboratory
CURIOSITÀ: un ricercatore di Georgia Tech ha utilizzato il sistema Cray® XMT™ di PNNL per identificare gli utenti più influenti di Twitter nel 2009. La macchina ha elaborato in un’ora tweet di un’intera giornata di circa 18 milioni di utenti.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il sistema Cray XMT era una piattaforma scalabile a multithreading massiccio con un’architettura di memoria condivisa adatta per l’analisi dei dati e il data mining su vasta scala. La progettazione era basata su un blade di elaborazione Cray XT, ma utilizzava chip Cray Threadstorm. Un singolo processore Threadstorm era in grado di supportare contemporaneamente 128 thread.
Anni 2010: sfruttare i Big Data
CLIENTI: Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) ha ricevuto il primo sistema in versione beta.
CURIOSITÀ: con il sistema Cray® XE6™ di CSCS, alcuni scienziati sono riusciti a risolvere un enigma risalente a 300 anni prima sullo spostamento verso ovest del campo magnetico terrestre. E si trattava del nucleo.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il supercomputer XE6 ha integrato l’infrastruttura della serie XT oltre a processori AMD multicore e l’innovativa interconnessione Cray Gemini. Gemini garantiva velocità di comunicazioni estreme e una latenza decisamente migliorata. XE6 era in grado di scalare a oltre 1 milione di core di processori e riusciva a superare i 10 petaflop.
PRIMO CLIENTE: Swiss National Supercomputing Centre
CURIOSITÀ: il sistema Cray® XK™ “Titan” presso l’Oak Ridge National Laboratory (nell’immagine) è arrivato in vetta alla classifica dei supercomputer più veloci al mondo del 2012. È rimasto nelle prime 10 posizioni nei sette anni successivi. Nel 2019, ORNL ha nominato il sistema Cray® Shasta™ “Frontier” come successore di Titan.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: la serie Cray XK abbinava l’interconnessione Gemini, i processori scalari multicore AMD e le GPU many-core NVIDIA per creare un vero supercomputer ibrido. Il sistema era in grado di scalare fino a 500.000 processori e oltre 30 petaflop.
PRIMO CLIENTE: High Performance Computing Center Stuttgart (nell’immagine)
CURIOSITÀ: introdotto nel 2016, il supercomputer XC50 era in grado di erogare fino a 1 petaflop di prestazioni massime in un unico cabinet. A titolo di confronto, il primo sistema Cray a superare la barriera dei petaflop era composto da 200 cabinet.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: scalabili fino a 500 petaflop, i sistemi Cray® XC™ univano tecnologia di elaborazione scalare, co-elaborazione e acceleratori in un’unica macchina altamente scalabile. Ha introdotto anche l’interconnessione Ares che garantiva notevoli miglioramenti di tutte le metriche e risolveva le problematiche di contenimento dei costi e larghezza di banda globale scalabile.
CLIENTI: il primo prodotto Cray® Urika® ha avuto diversi early adopter, tra cui Institute of Systems Biology, Mayo Clinic, Noblis e Swiss National Supercomputing Centre.
CURIOSITÀ: la grafia originale di Urika era uRiKA, vale a dire l’acronimo di Universal RDF Integration Knowledge Appliance.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il primo prodotto Urika è stato realizzato per un approccio basato su grafici all’analisi delle relazioni dei Big Data. Utilizzava i processori a multithreading massiccio Cray Threadstorm e un’architettura di memoria condivisa massiccia. Successivamente denominato Urika-GD, è stato unito a piattaforme di analisi estrema Urika-XA e di analisi agile Urika-GX.
CLIENTI: Railway Technical Research Institute è stato il primo cliente reso noto pubblicamente per la serie CS.
CURIOSITÀ: che cos’hanno in comune Shadow, Ollie, BeBop e Nurion? Attenzione, non stiamo parlando di nomi di animali da compagnia. Sono pochi i sistemi della serie CS a scalare la classifica dei primi 500 supercomputer. Nurion è entrato in classica nel 2018 direttamente al numero 11.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: i supercomputer cluster Cray® serie CS™ avevano le tecnologie più recenti per elaborazione, reti e raffreddamento. Erano inoltre estremamente personalizzabili per il calcolo, i dati e carichi di lavoro ibridi. La versione finale della serie, il sistema CS500, era in grado di scalare fino a oltre 60 petaflop.
PRIMO CLIENTE: governo degli Stati Uniti
CURIOSITÀ: il sistema Cray® CS-Storm™ introdotto nel 2014 era il primo a maggiore densità di CPU al mondo.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: basato sull’architettura della serie CS, il supercomputer CS-Storm è stato realizzato per i carichi di lavoro accelerati da GPU. Un unico rack ad alta densità erogava fino a 980 teraflop con prestazioni a doppia precisione. Il sistema è ideale per accelerare i carichi di lavoro di elaborazione, ad esempio il machine learning e il deep learning, la simulazione dei giacimenti e l’intelligenza geospaziale.
PRIMO CLIENTE: Argonne National Laboratory
CURIOSITÀ: un supercomputer HPE Cray exascale è 6 miliardi di volte più veloce del Cray-1.
INNOVAZIONI TECNOLOGICHE: il supercomputer HPE Cray è stato realizzato per i carichi di lavoro dell’era exascale. Supporta una serie di tecnologie di processori e carichi di lavoro convergenti, elimina la distinzione tra supercomputer e cluster e unisce i carichi di lavoro HPC e IA alla produttività del cloud. La rivoluzionaria interconnessione HPE Slingshot funge da sua dorsale. I primi tre supercomputer exascale degli Stati Uniti sono sistemi HPE Cray.