Das kurze Leben der Cray-3

Nach der extrem erfolgreichen Cray-1 und dem Ladenhüter Cray-2 sollte mit der Cray-3 erneut ein Meilenstein des Supercomputing auf den Markt kommen, wie die Vorgängermodelle im Wesentlichen entwickelt von Seymour Cray. Verkauft wurde von der Cray-3 genau ein Exemplar. Gerüchteweise wurde das nie bezahlt, weil es von Anfang an nicht richtig funktionierte. Cray selbst entwickelte bereits an der Cray-4, die wegen seines überraschenden, vorzeitigen Todes nie fertig gestellt wurde. Der Vortrag spürt den letzten ca. 10 Jahren des Computerentwicklers Seymour Cray nach, in der er an der Cray-3 und Cray-4 arbeitete. Der Vortrag ist der letzte Teil einer insgesamt fünfteiligen Serie über Leben und Werk von Seymour Cray.

Transcript

1. 1 Wolfgang Stief VCFB 2019 – Berlin – Oktober 2019 Cray-3 ff.
2. # whoami • Elektriker, Dipl.-Ing. (FH) • freiberuflich, selbständig, sys4 AG
 Storage, E-Mail, Projektkümmerer, AG-Vorstand • Computermuseum München, Cray-Cyber.org
 “Alles unter 30 A ist Kriechstrom.” • https://twitter.com/stiefkind/
 stiefkind@mastodon.social
 M stief@cray-cyber.org 2 Bild: Wolfgang Stief, CC0
3. 00_README.txt • Work in Progress Letzter Teil • Cray und Surroundings
 Firmen
 Personen
 Technologien
 Seitenäste • Vortragsreihe mit loser Folge (VCFE/VCFB) • http://www.speakerdeck.com/stiefkind/
 https://media.ccc.de/search?q=Wolfgang+Stief 3
4. Was bisher geschah (Teil 1, 1949-1959) • CSAW (US Navy, WWII) ➛ ERA (1946) ➛ Remington-Rand (1951) ➛ Sperry-Rand (1951) ➛ Control Data (1957) • 1951: Seymour Cray (∗1925 †1996) kommt zu ERA
 B. Sc. Electrical Engineering (1949), M. Sc. Applied Mathematics (1951) • Control Data Corporation (Herbst 1957)
 Plan: U$ 600.000 Startkapital, Aktien in Privatbesitz
 erreicht: U$ 1.2 Mio. • CDC Little Character (Testballon für Transistor-Rechner) • CDC 1604 (1959)
 48bit, 0.2 MHz ➛ schnellste Maschine der Welt 4
5. Was bisher geschah (Teil 2, 1959-1972) • CDC6600: 100 ns ≙ 10 MHz, 1-3 MFLOPS (1959-1965)
 > Si-Transistoren, Flüssigkühlung (Freon) • CDC7600: 25 ns ≙ 40 MHz (1965-1969)
 > Pipelining;
 > U$ 8 Mio. für nur ca. 4x Performance ➛ ist vielen zu teuer • Control Data Corporation: Expansion weltweit, Zukäufe
 > Aktienkurs U$ 1 (1957) ➛ U$ 300 (1964)
 > Klage CDC ./. IBM wg. Marketing-Praxis, Monopol, Antitrust
 > Geschäftstätigkeit zunehmend in Richtung Service • CDC8600: 8 ns ≙ 125 MHz, Quad-CPU (diskret)
 > Zuverlässigkeit (!) ➛ zu viele Lötstellen, Wärmeentwicklung 5
6. Was bisher geschah (Teil 3, 1972-1976) • Gründung Cray Research Inc.
 > Q1/1972, Entwicklung CDC8600 steckt fest, CDC wird Investor • Design Cray-1: single CPU, 12.5ns clock cycle (=80Mhz)
 > Vektor-Einheit • Mitte März 1976 IPO
 > 600.000 Shares, ca. 10 Mio U$, Schulden abzahlen, Cray-1 fertig stellen • Plan Cray-1: 2 Systeme/Jahr
 > Ist: ca. 80 Systeme über ca. 6 Jahre, Stückpreis U$ 5 … 8 Mio. • John Rollwagen wird Präsident
 > max. 10 Jahre, bleibt bis 1993 (Handelsministerium unter Clinton) 6
7. Was bisher geschah (Teil 4, 1976-1986) • Design Cray-2: 4-CPU, 4ns clock cycle (≙250 MHz)
 > Beginn der Entwicklung 1976
 > Ausflug in 64-CPU MPP incl. Compiler ➛ nach 2 Jahren verworfen • Herausforderung Cray-2: Packungsdichte, Abwärme
 > VLSI-Entwicklung in konkurrierendem Entwicklungsteam (1981/1982)
 > immersed cooling • @ Cray Research Inc.: Wachstum, Erfolgsdruck von außen • parallel zur Cray-2: X-MP, binärkompatibel zur Cray-1
 > entsteht 100% ohne Seymour Cray • Markteinführung Cray-2 in 1985 (9! Jahre Entwicklungszeit)
 > 27 verkaufte Systeme, U$ 12 … 17 Mio./Stück • fast zeitgleich 4-CPU X-MP
 > 126 verkaufte Systeme, ca. U$ 16 Mio./Stück 7
8. 8 “Sie verlassen das kartographierte Gebiet.”
9. # ls -l • Cray Research Inc.
 1987 ff. • Cray Computer Corp.
 ab 1989 • Cray-3, Cray-4 • SRC Computers LLC
 Cray-5/6 • Zerfaserung 9
10. • ab ca. 1985/86 erste Überlegungen und Entwicklungen
 > Seymour Cray “springt” nach Ende der Entwicklung weiter
 > Cray-2 muss noch “produktionsfähig” entwickelt werden • Plan: 2 ns clock cycle (≙ 500 MHz) • max. 16 CPU • GaAs-Halbleiter für CPU
 > schaltet schneller
 > Verwendung in der Hochfrequenztechnik
 > DTL (vgl. auch CDC 1604)
 > geringere Verlustleistung als Silizium
 > Memory bleibt Silizium Cray-3 Development 10
11. “My primary mission today is to tell you everything I know about building a computer out of Gallium Arsenide. Now, that won’t take a lot of time, because I don’t know that much.” 11 Seymour Cray, “What’s all this about Gallium Arsenide?” (Lecture, November 1988)
12. • Cray MP, Steve Chen
 > Weiterentwicklung der Cray X-MP und Y-MP • Cray-3, Seymour Cray
 > “Neuentwicklung” aus Cray-1 und Cray-2 • Steve Chen wird befördert zum Senior Vice President
 > Maximum für Engineer ➛ internal competition Situation @ Cray Research, ca. 1987 12
13. • Steve Chen bekommt “MP Project”
 > untersteht direkt CEO Rollwagen
 > CEO hat wenig Ahnung von Technik ➛ wird später zum Problem • Les Davis stellt Produktion Y-MP fertig Situation @ Cray Research, ca. 1987 13 • 3 Projekte, alle kosten, keines verdient Geld
 > Cray Y-MP (Les Davis)
 > Cray MP (Steve Chen)
 > Cray-3 (Seymour Cray)
14. • Cray X-MP “ist durch” • Cray Y-MP braucht noch ca. 1 Jahr bis Serienfertigung • Cray-3 wird seit 3 Jahren entwickelt
 > viele Probleme an verschiedenen Stellen
 > weitere Zeitplanung unklar • Japaner drängen in den (US-)Markt
 > Fujitsu, NEC, Hitachi • Control Data plant Wiedereinstieg in Supercomputing
 > ETA-10 Situation @ Cray Research, ca. 1987 14
15. • Cray-3-Team soll beflügelt werden • komplettes Design-Team incl. Seymour Cray
 > Montage schon seit 5 Monaten dort
 > Design war bisher immer in Chippewa Falls
 > überraschende, unerwartete Entscheidung • Cray Research kauft ehemaliges Inmos-Gebäude Umzug nach Colorado Springs – Aug. 1988 15 • Transportchaos, Schäden am Equipment • new hires @ Colorado Springs
 > nur Produktionstechnik, keine Systemdesigner • aus Chippewa Falls: nur ca. 10-15 Systemdesigner
 > zu wenig, um schnell starten zu können
 > keiner der “Alten” will den Jungen zeigen, wie “ihr Baby” geht
16. • Serienproduktion der 
 Chipmodule • Test der CPUs
 > 2ns Cycle Time
 > Testequipment dafür 
 muss customized 
 werden ($$$) • kein Les Davis mehr
 > X-MP + Y-MP @ Chippewa Probleme, Probleme, Probleme 16 Ende 1988 erste Entlassungen @ Colorado Springs
17. • Gründung Cray Computer Corporation, ca. Mitte 1989
 > bereits ca. 4 Jahre Entwicklungszeit Cray-3 • Startkapital kommt von Cray Research Inc.
 > U$ 50 Mio. in Assets (Gebäude, Fertigungsanlagen etc.)
 > U$ 100 Mio. in Schuldscheinen • Chaos bleibt
 > kaum Hierarchie, kaum formale Meetings
 > viele Engineers von HP, DEC (an Hierarchie gewöhnt)
 > S. Cray, jetzt 65 Jahre alt, ist weiterhin alleiniger Chefdesigner
 > Kritik an S. Cray ist nicht gerne gesehen, kann Job kosten The Cray Way – das Chaos bleibt 17 Cray Computer Corp. wird Konkurrent zu Cray Research Inc.
18. • nur wenige Halbleiter-Hersteller
 > alle großen Hersteller $$$ Invest in Silizium
 > Kauf von Produktionsmaschinen von
 Gigabit Logic ./. Aktienanteile • ab August 1990 baut Cray Computer Corporation
 erste eigene GaAs-Wafer
 > ca. 15% Yield • Produktion Cray-3 kann endlich anlaufen
 > Entwicklungszeit bisher 5 Jahre Probleme, Probleme, Probleme – GaAs 18
19. • Auslieferung Cray-3 ab 1993
 > 8-9 Jahre Entwicklungszeit • Preis/Performance zwischenzeitlich wichtiger
 als reine Performance • keine Rückwärtskompatibilität • keine Anwendungssoftware • keine Systemsoftware
 > (UNICOS) • Ende kalter Krieg
 > Budgets werden kleiner
 > Personal @ Kunde fehlt für Compiler, Systemsoftware It’s done, when it’s done 19 Cray Computer Corp. wird keine einzige Cray-3 verkaufen.
20. It’s done, when it’s done 20 https://www2.cisl.ucar.edu/supercomputer/graywolf
21. • ab Frühjahr 1994: Design der Cray-4 • andere Chips, höhere Gatterdichte
 > nur 5 Module/CPU, anstatt 40 @ Cray-3 • Entwicklung läuft von Anfang an sehr gut, kaum Probleme • finanziell “auf Kante genäht” The Cray Way – once again 21
22. • Tests für Foreground Processor, Backend Processor und Memory jeweils ca. 3-4 Wochen
 > Cray-3: jeweils 18 Monate • Herbst 1994: Staging
 Diagnostic Tests für
 1-CPU Cray-4 • Aus Tests: 
 1 ns Cycle Time (≙1GHz)
 > erneut die schnellste 
 Maschine der Welt
 (Pentium III 1GHz ca. 2000) Cray-4 on track 22
23. • Plan: Anfang 1995 erste Systeme mit 4-/8-CPUs am Markt
 > ca. 2-fache Performance zur Cray-3 bei 20% Kosten • Cray Computer Corporation plant weitere Systeme
 > Cray-5 @ 0,5 ns Cycle Time (≙ 2 GHz)
 GaAs zu langsam? Möglicherweise neues Material?
 > Cray-6 @ 0,25 ns Cycle Time (≙ 4 GHz) • Cray-5: komplettes Design durch Seymour Cray • Cray-6: Logikgleichungen durch Seymour Cray
 > dann Rente Cray-4 ff. 23
24. • Entwicklung Cray Y-MP
 > Computer Aided Design (Logik-Gleichungen, Wiring/Routing)
 > X-MP: 1 CPU @ 250 Boards, je ca. DIN A4 Größe
 > Y-MP: 8 CPUs auf gleichem Volumen
 > Fertigstellung “dauert noch 6 Monate” • Steve Chen “bekommt” Cray MP Projekt
 > fertig in 1989, Entwicklung geplant für U$ 50 Mio., 
 wird schnell auf U$ 75 Mio. erhöht
 > 64 CPUs, Multichip Modules, Multiple Pipelines
 > optische Clock und optische Schalter
 > 1 ns Clock Cycle (≙ 1 GHz)
 > Team wächst innerhalb weniger Monate auf >100 Personen
 > (!!) Budgetkürzung um U$ 1 Mio. + 40 Personen weniger Meanwhile @ Cray Research (1987++) 24
25. • Gründung Supercomputer Systems Inc. (Januar 1988)
 > Steve Chen, Investor IBM, Cray Research schlägt Investition aus
 > Eau Claire, Wisconsin (Bundesstaat bietet U$ 42 Mio. für Ansiedlung)
 > Steve Chen + 43 Engineers von Cray Research
 > Invest/Kapital U$ 150 Mio.
 > SS-1 wird nicht fertig entwickelt, weil vorher das Geld ausgeht • Start Entwicklung Cray C90
 > 40 “eingesparte” Mitarbeiter aus MP Projekt
 > Entwicklungsleitung: Steve Nelson
 > die “letzte” ECL-Maschine
 > Computermuseum München: 4-CPU, 250 kW, 2/3 sind Netzteil Meanwhile @ Cray Research (1987++) 25
26. Genealogie 26 CDC 6600 CDC 7600 (CDC 8600) Cray-1 Cray-2 (Cray-4) [Cray-5] [Cray-6] (Cray-3) X-MP Y-MP (MP) C90 T90 T3D T3E CS6400 Sun E10000
27. • 24. März 1995
 weitere Finanzierung geplatzt • 25. März 1995
 Chapter 11, Konkursmeldung • bis Juli arbeitet Management noch an Finanzierung, bleibt aber erfolglos Cray-4 – Aber! 27 ⚡ Cray Computer Corporation verkauft in 7 Jahren Firmengeschichte keinen einzigen Computer. Das Unternehmen hat keinerlei Marktrelevanz.
28. • Gründung der Firma SRC Computers
 > Terry Willkom, Produktionsleiter bei CCC, 1990-1992
 > SRC – Seymour Robert Cray • “a typical Cray computer with Intel inside”
 > 512 CPUs
 > 1 TFLOP (12.000x Cray-1) Yet another “The Cray Way” 28
29. • Verkehrsunfall am 22. September 1996
 > Rettungskräfte brauchen 90min, um Seymour Cray
 aus seinem Jeep Cherokee zu schneiden
 > Halsbruch, schweres Schleudertrauma 29 Am 5. Oktober 1996 stirbt Seymour Cray.
30. Start fresh with each new project. Design simply using proven technologies. Work in small groups with a single decision maker. Cray Principles – The Cray Way 30
31. Beyond this talk — reading • Charles J. Murray — The Supermen
 The Story of Seymour Cray and the Technical Wizards behind the Supercomputer • Kay A. Robbins, Steven Robbins — The Cray X-MP/Model 24
 A Case Study in Pipelined Architecture and Vector Processing 31
32. Beyond this talk — reading • Bitsavers PDF Archive (Mirror Uni Stuttgart)
 http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/pdf/cray/CRAY-3/ 32
33. • Oral History of Les Davis (Mai 2010)
 http://archive.computerhistory.org/resources/access/text/2012/04/102657915-05-01-acc.pdf • Gordon Bell — A Seymour Cray Perspective (Präsentation)
 http://research.microsoft.com/en-us/um/people/gbell/craytalk/ • Cray-3 Supercomputer Systems Broschüre 33 Beyond this talk — reading
34. Beyond this talk — watching • Cray Research — A Story of the Supercomputer (Dokumentation)
 https://www.youtube.com/watch?v=wn03wn3k47Y • What's All This About Gallium Arsenide?
 Lecture by Seymour Cray (November 1988)
 https://www.youtube.com/watch?v=8Z9VStbhplQ 34
35. EOF Danke! Fragen? 35 https://twitter.com/stiefkind stief@cray-cyber.org http://www.speakerdeck.com/stiefkind/ https://media.ccc.de/search?q=Wolfgang+Stief Bild: Wolfgang Stief, CC0
36. Lizenz Die gesamte Präsentation ohne Bilder unterliegt der CC0 1.0 Lizenz (Public Domain Dedication). Bild-Lizenzen sind soweit bekannt einzeln aufgeführt. 36