क्रे-2

क्रे-2 चार वेक्टर प्रोसेसर वाला सुपरकंप्यूटर है, जिसे क्रे अनुसंधान ने 1985 में बनाया था। 1.9 जीफ्लॉप्स पीक प्रदर्शन पर, जब इसे जारी किया गया था, तो यह संसार की सबसे तीव्र मशीन थी, जिसने उस स्थान पर क्रे एक्स-एमपी का स्थान ले लिया थी। क्योंकि, 1988 में इसे उस स्थान पर क्रे वाई-एमपी द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया था।

क्रे-2 कई सीपीयू का सफलतापूर्वक उपयोग करने वाला सेमुर क्रे का पहला डिज़ाइन था। इस प्रकार 1970 के दशक की प्रारंभ में सीडीसी 8600 में इसका प्रयास किया गया था, किन्तु उस युग के एमिटर-युग्मित लॉजिक (ईसीएल) ट्रांजिस्टर को कार्यशील मशीन में पैकेज करना बहुत कठिन था। क्रे-2 ने ईसीएल एकीकृत परिपथ के उपयोग के माध्यम से इसे संबोधित किया था, उन्हें उपन्यास 3डी वायरिंग में पैक किया जिससे परिपथ घनत्व में अधिक वृद्धि हुई थी।

घनी पैकेजिंग और परिणामी ताप भार क्रे-2 के लिए बड़ी समस्या थी। इसे दबाव में परिपथ के माध्यम से विद्युत रूप से निष्क्रिय फ्लोरीनर्ट द्रव को विवश करके और फिर प्रोसेसर बॉक्स के बाहर ठंडा करके अद्वितीय विधि से हल किया गया था। अद्वितीय वॉटरफ़ॉल कूलर सिस्टम लोगों की द्रष्टि में उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग का प्रतिनिधित्व करने के लिए आई थी और इसे कई सूचनात्मक फिल्मों में और कुछ समय के लिए मूवी प्रॉप के रूप में पाया गया था।

मूल क्रे-1 के विपरीत, क्रे-2 को चरम प्रदर्शन देने में कठिनाइयाँ थीं। कंपनी की अन्य मशीनें, जैसे एक्स-एमपी और वाई-एमपी, क्रे-2 से बड़े अंतर से बिकीं थी। जब क्रे ने क्रे-3 का विकास प्रारंभ किया था, इस प्रकार कंपनी ने इसके अतिरिक्त क्रे C90 श्रृंखला विकसित करने का विकल्प चुना था। यह घटनाओं का वही क्रम है जो तब घटित हुआ जब 8600 विकसित किया जा रहा था, और उस स्थिति में, क्रे ने कंपनी छोड़ दी थी।

प्रारंभिक डिज़ाइन
अपने प्रसिद्ध क्रे-1 के सफल प्रक्षेपण के साथ, सेमुर क्रे ने इसके उत्तराधिकारी के डिजाइन की ओर दृष्टिकोण किया था। 1979 तक वह उस कंपनी में प्रबंधन संबंधी रुकावटों से तंग आ गए थे जो अब बड़ी कंपनी थी, और जैसा कि उन्होंने अतीत में किया था, उन्होंने अपने प्रबंधन पद से इस्तीफा देने और नई प्रयोगशाला बनाने का निर्णय किया था। इस प्रकार मिनियापोलिस या मिनियापोलिस, मिनेसोटा में डेटा कंट्रोल मुख्यालय से चिप्पेवा फॉल्स, विस्कॉन्सिन में उनके मूल कदम की तरह, क्रे प्रबंधन ने उनकी आवश्यकताओ को समझा और बोल्डर, कोलोराडो में नई प्रयोगशाला में उनके कदम का समर्थन किया था। इन नई क्रे लैब्स में स्वतंत्र सलाहकार के रूप में कार्य करते हुए, 1980 से उन्होंने टीम बनाई और पूरी तरह से नए डिजाइन पर कार्य प्रारंभ किया था। यह लैब इसके पश्चात् में बंद हो जाएगी, और दशक पश्चात् कोलोराडो स्प्रिंग्स, कोलोराडो में नई सुविधा प्रदान की जाएगी।

क्रे ने पहले साथ तीन प्रगति के साथ बढ़ी हुई गति की समस्या पर आक्रमण किया था: सिस्टम को उच्च समानता देने के लिए अधिक कार्यात्मक इकाइयां, सिग्नल देरी को कम करने के लिए सख्त पैकेजिंग, और उच्च घड़ी की गति की अनुमति देने के लिए तीव्र कम्पोनेंट का प्रयोग किया था। इस डिज़ाइन का उत्कृष्ट उदाहरण सीडीसी 8600 है, जिसने उत्सर्जक युग्मित तर्क के आधार पर चार सीडीसी 7600 जैसी मशीनों को 1 × 1 मीटर सिलेंडर में पैक किया और उन्हें परिमाण (समय) चक्र गति (125 हेटर्स) के 8 ऑर्डर पर चलाया था। दुर्भाग्य से, इस चक्र समय को प्राप्त करने के लिए आवश्यक घनत्व के कारण मशीन व्यर्थ हो गई थी। इस प्रकार अंदर के परिपथ बोर्ड कसकर पैक किए गए थे, और चूंकि भी व्यर्थ ट्रांजिस्टर पूरे मॉड्यूल को विफल कर देता था, इसलिए उनमें से अधिक को कार्ड पर पैक करने से विफलता की संभावना बहुत बढ़ गई थी। इस प्रकार सूक्ष्मता से पैक किए गए भिन्न-भिन्न कॉम्पोनेन्ट को ठंडा करना भी बड़ी चुनौती का प्रतिनिधित्व करता है।

इस समस्या का समाधान, जिसे अधिकांश कंप्यूटर विक्रेता पहले ही अपना चुके हैं, व्यक्तिगत कॉम्पोनेन्ट के अतिरिक्त एकीकृत परिपथ (आईसी) का उपयोग करना था। प्रत्येक आईसी में स्वचालित निर्माण प्रक्रिया द्वारा परिपथ में पूर्व-वायर्ड मॉड्यूल से कॉम्पोनेन्ट का चयन सम्मिलित था। यदि आईसी कार्य नहीं करती तो दूसरे का प्रयास किया जाएगा। जिस समय 8600 को डिज़ाइन किया जा रहा था, उस समय सरल मोस्फेट-आधारित तकनीक क्रे को आवश्यक गति प्रदान नहीं कर रही थी। चूँकि, 1970 के दशक के मध्य तक निरंतर सुधारों ने चीज़ें परिवर्तित कर दीं और क्रे-1 नए आईसी का उपयोग करने में सक्षम हो गया था और अभी भी सम्मानजनक 12.5 एनएस (80 मेगाहर्ट्ज) पर चलता है। वास्तव में, क्रे-1 वास्तव में 8600 की तुलना में कुछ सीमा तक तीव्र था क्योंकि इसने आईसी के छोटे आकार के कारण सिस्टम में अधिक अधिक तर्क समाहित कर दिया था।

चूँकि आईसी डिज़ाइन में सुधार जारी रहा था, किन्तु आईसी का भौतिक आकार अधिक सीमा तक यांत्रिक सीमाओं से बाधित था; परिणामी कॉम्पोनेन्ट को सिस्टम में सोल्डर करने के लिए पर्याप्त बड़ा होना चाहिए। घनत्व में नाटकीय सुधार संभव थे, जैसा कि माइक्रोप्रोसेसर डिजाइन में तीव्री से सुधार दिख रहा था, किन्तु क्रे द्वारा उपयोग किए जाने वाले आईसी के प्रकार के लिए, जो पूर्ण परिपथ के बहुत छोटे हग का प्रतिनिधित्व करते थे, डिजाइन स्थिर हो गया था। क्रे-1 की तुलना में प्रदर्शन में 10 गुना वृद्धि प्राप्त करने के लिए, क्रे का लक्ष्य मशीन को और अधिक सम्मिश्र बनाना था। इसलिए बार फिर उन्होंने 8600 जैसे समाधान किया था ओर दृष्टिकोण किया, कि बढ़े हुए घनत्व के माध्यम से घड़ी की गति को दोगुना किया, इन छोटे प्रोसेसरों को मूलभूत सिस्टम में जोड़ा, और फिर मशीन से गर्मी निकालने की समस्या से सामना करने का प्रयास किया था।

एक अन्य डिज़ाइन समस्या प्रोसेसर और मुख्य मेमोरी के मध्य बढ़ता प्रदर्शन अंतर था। इस प्रकार सीडीसी के युग में 6600 मेमोरी प्रोसेसर के समान गति से चलती थी, और मुख्य समस्या इसमें डेटा फीड करने की थी। क्रे ने सिस्टम में दस छोटे कंप्यूटर जोड़कर इसे हल किया था, जिससे उन्हें धीमी बाहरी संचयन (डिस्क और टेप) से सामना करने और मुख्य प्रोसेसर के व्यस्त होने पर डेटा को मेमोरी में डालने की अनुमति मिली थी। यह समाधान अब कोई लाभ प्रदान नहीं करता था; इस प्रकार मेमोरी इतनी बड़ी थी कि पूरे डेटा सेट को इसमें पढ़ा जा सकता था, किन्तु प्रोसेसर मेमोरी की तुलना में इतना तीव्र चलते थे कि उन्हें डेटा आने के प्रतीक्षा में अधिकांशतः लंबा समय लग जाता था। इस प्रकार चार प्रोसेसर जोड़ने से यह सरलता से बन गया था

इस समस्या से बचने के लिए नए डिजाइन की मेन मेमोरी और रजिस्टरों के दो सेट (बी- और टी-रजिस्टर) को सबसे तीव्र मेमोरी के 16 वर्ड (डेटा प्रकार) ब्लॉक के साथ परिवर्तित कर दिया गया था, जिसे कैश नहीं, किन्तु लोकल मेमोरी कहा जाता है। इसमें भिन्न-भिन्न हाई-स्पीड पाइप के साथ चार बैकग्राउंड प्रोसेसर हैं। इस स्थानीय मेमोरी को समर्पित अग्रभूमि प्रोसेसर द्वारा डेटा खिलाया गया था जो इसके स्थान में प्रति सीपीयू Gbit/s चैनल के माध्यम से मुख्य मेमोरी से जुड़ा हुआ था; इसके विपरीत, X-MP में 2 साथ लोड और स्टोर के लिए 3 थे और Y-MP/C-90 में वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर या वॉन न्यूमैन बाधा से बचने के लिए 5 चैनल थे। कंप्यूटर को चलाना, संचयन को संभालना और मुख्य मेमोरी में कई चैनलों का कुशल उपयोग करना अग्रभूमि प्रोसेसर का कार्य था। इसने बैकग्राउंड प्रोसेसर को वर्तमान कैश पाइप को बैकग्राउंड प्रोसेसर से जोड़ने के अतिरिक्त आठ 16 वर्ड (डेटा प्रकार) बफ़र्स के माध्यम से चलने वाले निर्देशों को पारित करके चलाया था। आधुनिक सीपीयू भी इस डिज़ाइन की विविधता का उपयोग करते हैं, चूँकि अग्रभूमि प्रोसेसर को अब लोड/स्टोर इकाई के रूप में जाना जाता है और यह अपने आप में पूर्ण मशीन नहीं है।

मुख्य मेमोरी बैंकों को ही समय में एक्सेस करने के लिए चतुर्भुजों में व्यवस्थित किया गया था, जिससे प्रोग्रामर को उच्च समानता प्राप्त करने के लिए अपने डेटा को मेमोरी में स्केटर की अनुमति मिली थी। इस दृष्टिकोण का नकारात्मक पक्ष यह है कि अग्रभूमि प्रोसेसर में स्कैटर/एकत्र इकाई स्थापित करने की निवेश अधिक अधिक थी। मेमोरी बैंकों की संख्या के अनुरूप स्ट्राइड संघर्षों को प्रदर्शन दंड (विलंबता) का सामना करना पड़ा जैसा कि कभी-कभी पावर-ऑफ-2 एफएफटी-आधारित एल्गोरिदम में होता है। चूँकि क्रे 2 में क्रे 1s या X-MPs की तुलना में बहुत बड़ी मेमोरी थी, इसलिए वर्क आउट को विस्तृत करने के लिए अतिरिक्त अप्रयुक्त कॉम्पोनेन्ट को सरणी में जोड़कर इस समस्या को सरलता से ठीक किया गया था।

पैक्ड परिपथ बोर्ड और नए डिज़ाइन विचार
प्रारंभी क्रे-2 मॉडल शीघ्र ही आईसी से भरे बड़े परिपथ बोर्डों का उपयोग करके डिजाइन पर आधारित हो गए थे। इससे उन्हें साथ मिलाना बेसीमा कठिन हो गया था, और घनत्व अभी भी उनके प्रदर्शन लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए पर्याप्त नहीं था। टीमों ने डिज़ाइन पर लगभग दो साल तक कार्य किया था, इससे पहले कि क्रे ने भी हार मान ली और निर्णय लिया कि यह सबसे अच्छा होगा यदि वे परियोजना को निरस्त कर दें और इस पर कार्य करने वाले सभी लोगों को निकाल दिया था। लेस डेविस, क्रे के पूर्व डिज़ाइन सहयोगी, जो क्रे मुख्यालय में रहे थे, ने निर्णय लिया कि इसे कम प्राथमिकता पर जारी रखा जाना चाहिए। कर्मियों की कुछ सामान्य कार्यो के पश्चात्, टीम पहले की तरह आगे बढ़ती रही थी।

छह महीने पश्चात् क्रे को अपना यूरेका (शब्द) पल मिला था। उन्होंने मुख्य इंजीनियरों को बैठक के लिए बुलाया और समस्या का नया समाधान प्रस्तुत किया था। इस प्रकार बड़ा परिपथ बोर्ड बनाने के अतिरिक्त, प्रत्येक कार्ड में आठ का 3-डी स्टैक सम्मिलित हो गया था, जो सतह से चिपके हुए पिन (जिन्हें पोगोस या जेड-पिन के रूप में जाना जाता है) का उपयोग करके बोर्ड के मध्य में साथ जुड़ा था। कार्ड एक-दूसरे के ठीक ऊपर पैक किए गए थे, इसलिए परिणामस्वरूप ढेर केवल 3 इंच ऊंचा था।

इस प्रकार के घनत्व के साथ कोई भी पारंपरिक एयर-कूल्ड सिस्टम कार्य नहीं कर सकता था ; इस प्रकार आईसी के मध्य हवा के प्रवाह के लिए बहुत कम स्थान था। इसके अतिरिक्त सिस्टम को 3M, फ़्लुओरिनर्ट से नए अक्रिय द्रव के टैंक में डुबोया जाएगा। ठंडा करने वाले द्रव को दबाव के अनुसार मॉड्यूल के माध्यम से निकट में पूस किया गया था, और प्रवाह दर लगभग इंच प्रति सेकंड थी। गर्म द्रव को ठंडे पानी के हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग करके ठंडा किया गया और मुख्य टैंक में वापस कर दिया गया था। नए डिज़ाइन पर कार्य मूल आरंभ तिथि के कई वर्षों पश्चात्, 1982 में गंभीरता से प्रारंभ हुआ था।

जब यह चल रहा था तो क्रे एक्स-एमपी को क्रे मुख्यालय में स्टीव चेन (कंप्यूटर इंजीनियर) के निर्देशन में विकसित किया जा रहा था, और ऐसा लग रहा था कि यह क्रे-2 को कड़ी टक्कर दिया था। इस आंतरिक खतरे को संबोधित करने के लिए, साथ ही नई जापानी क्रे-1 जैसी मशीनों की श्रृंखला में, क्रे-2 मेमोरी सिस्टम में नाटकीय रूप से सुधार किया गया था, आकार के साथ-साथ प्रोसेसर में पाइप की संख्या दोनों में 1985 में जब मशीन अंततः वितरित की गई थी, तो देरी इतनी लंबी हो गई थी कि इसके अधिकांश प्रदर्शन लाभ तीव्र मेमोरी के कारण थे। इस प्रकार मशीन खरीदना वास्तव में केवल उन उपयोगकर्ताओं के लिए ही सार्थक है जिनके पास प्रोसेस करने के लिए विशाल डेटा सेट है।

पहले वितरित क्रे-2 में पहले वितरित सभी क्रे मशीनों की तुलना में अधिक भौतिक मेमोरी (256 शब्द (कंप्यूटर आर्किटेक्चर) ) थी। सिमुलेशन 2-डी सीमा या कार्स 3-डी से फिनर 3-डी सीमा में चला गया क्योंकि गणना के लिए धीमी वर्चुअल मेमोरी पर निर्भर नहीं रहना पड़ता था।

उपयोग और उत्तराधिकारी
क्रे-2 को मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका के रक्षा विभाग और संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग के लिए विकसित किया गया था। इसका उपयोग परमाणु हथियार अनुसंधान या समुद्र विज्ञान (सोनार) विकास के लिए किया जाता है। चूँकि, पहले क्रे-2 (क्रम संख्या 1) का उपयोग एनईआरएससी में लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला में अवर्गीकृत ऊर्जा अनुसंधान के लिए किया गया था। इसने पूर्ण संसार में नागरिक एजेंसियों (जैसे नासा एम्स रिसर्च सेंटर), विश्वविद्यालयों और निगमों में भी अपना स्थान बनाया था। उदाहरण के लिए, फोर्ड मोटर कंपनी और जनरल मोटर्स दोनों ने कार बॉडीशेल्स के सम्मिश्र परिमित कॉम्पोनेन्ट विश्लेषण मॉडल के प्रसंस्करण के लिए और उत्पादन से पहले बॉडीशेल कॉम्पोनेन्ट के वर्चुअल क्रैश परीक्षण करने के लिए क्रे-2 का उपयोग किया था।

क्रे-2 को क्रे-3 द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया था, किन्तु विकास समस्याओं के कारण केवल क्रे-3 का निर्माण किया गया और इसके लिए कभी भुगतान नहीं किया गया था। क्रे-2 का आध्यात्मिक वंशज क्रे X1 है, जो क्रे द्वारा प्रस्तुत किया गया है।

पश्चात् के कंप्यूटरों से तुलना
2012 में, पियोट्र लुस्ज़ज़ेक (जैक डोंगरा के पूर्व डॉक्टरेट छात्र) ने परिणाम प्रस्तुत करते हुए दिखाया कि आईपैड 2 एम्बेडेड लिनपैक बेंचमार्क पर क्रे -2 के ऐतिहासिक प्रदर्शन से मेल खाता है।

सामान्य ज्ञान
द्रव शीतलन के उपयोग के कारण, क्रे-2 को बबल्स उपनाम दिया गया था, और कंप्यूटर के चारों ओर सामान्य चुटकुले इस अद्वितीय सिस्टम का संदर्भ देते थे। गैग्स में नो फिशिंग साइन, हीट एक्सचेंजर टैंक से बाहर निकलते लोच नेस मॉन्स्टर के कार्डबोर्ड चित्रण, एक्सचेंजर के अंदर प्लास्टिक फिस आदि सम्मिलित थे। क्रे-2 की विद्युत खपत 150-200 किलोवाट थी। 1990 के दशक की प्रारंभ में लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी में किए गए शोध से संकेत मिलता है कि सीमित सीमा तक क्रे-2 परिपथ को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाने वाला पेरफ्लूरिनेटेड पॉलीथर बेसीमा जहरीली गैस पेरफ्लूरोइसोब्यूटिलीन बनाने के लिए टूट जाएगा। उस समय, क्रे ने पोस्टर बनाया था जिसमें पारदर्शी बुलबुला कक्ष दिखाया गया था जिसमें दृश्य प्रभाव के लिए ठंडा द्रव पदार्थ चलाया गया था, साथ ही उसी पदार्थ को फर्श पर चमकते हुए दिखाया गया था यह था कि यदि यह वास्तव में हुआ था, तो सुविधा को खाली करना होगा। द्रव के निर्माता ने स्क्रबर विकसित किया है जिसे पंप के अनुरूप रखा जा सकता है जो इस विषाक्त टूटने वाले उत्पाद को उत्प्रेरक रूप से नष्ट हो गया था।

लॉजिक मॉड्यूल का प्रत्येक ऊर्ध्वाधर स्टैक पावर मॉड्यूल के स्टैक के ऊपर स्थित होता है जो 5 वोल्ट बसबार को संचालित करता है, जिनमें से प्रत्येक लगभग 2200 एम्प्स प्रदान करता है। क्रे-2 को दो मोटर-जनरेटर द्वारा संचालित किया गया था, जो 480 V तीन-फेज विद्युत शक्ति या तीन-फेज लेता था।

यह भी देखें

 * सुपरकंप्यूटिंग का इतिहास

बाहरी संबंध

 * क्रे-2 module pictures
 * क्रे-2 Functional Description Manual
 * क्रे-2 Brochure