Un musée CRAY au Centre Midi de l'EPFL

par Werner Schwarz, Cray Research Suisse
Pour marquer l'importance qu'elle donne à son partenariat avec l'EPFL dans le cadre du projet PATP (Parallel Application Technology Program) la maison Cray Research a décidé d'exposer à l'EPFL 2 superordinateurs: un Cray XMP/48 provenant du CERN et le Cray-2 qui a fonctionné pendant plus de 5 ans au SIC.

Ces deux machines sont visibles au 1er niveau du Centre Midi. Avec le Cray-1 disposé à l'entrée du SIC, l'EPFL possède ainsi une exposition, unique au monde, de l'évolution des concasseurs de calculs que sont ces super-ordinateurs.

Un peu d'histoire

1972

Seymour Cray, père des ordinateurs scientifiques, co-fondateur de Univac, puis de CDC, fonde la société Cray Research. But de la compagnie: produire le premier ordinateur vectoriel afin de donner aux scientifiques (mais bien sûr aussi aux militaires) l'outil indispensable pour calculer ou simuler les problèmes de plus en plus complexes de physique, de mécanique, de mathématique...

1976

Sortie du premier Cray, le Cray-1. Succès total, avec 160 MFLOPS (millions d'opérations à virgule flottante par seconde), une nouvelle barrière est franchie. Au total une cinquantaine de machines de ce type seront construites; mais, chaque machine sera différente, profitant de l'évolution de la technique et des connaissances.

1982

Sortie du premier XMP. C'est le premier super-ordinateur multiprocesseurs. Ce modèle, une amélioration du Cray-1 par l'utilisation de puces de 16 gate-arrays (16 fonctions logiques par puce), 4 portes mémoires par processeur (1 pour le Cray-1), un temps de cycle de 9.5 nano-secondes (10-9) (12,5 pour le Cray-1) et une mémoire maximale qui passe à 2 MWords (2 millions de mots de 64 bits) à 8 MWords, 2 processeurs permettent une puissance théorique de 420 MFLOPS, mais surtout une nette augmentation de la puissance effective grâce à une bande passante processeur-mémoire triplée. Ce modèle fut signé par Steve Chen, la nouvelle étoile montante des architectes d'ordinateurs scientifiques.

1986

La famille XMP s'agrandit d'un modèle à 4 processeurs. Il peut disposer en plus de la mémoire centrale d'une mémoire externe (SSD) maximale de 512 MWords (4 milliards d'octets) reliée au système central par un canal à haute vitesse (1000 Méga-octets/seconde) pour une puissance totale théorique de 936 MFLOPS. Le numéro de série 201, prototype de ce modèle, fonctionna de mars 1988 à mars 1993 au Cern. Il s'agit d'un système à 4 processeurs, mémoire de 8 MWords (64 millions d'octets), 1 SSD de 128 MWords (1 milliard d'octets) et d'un sous-système d'entrées/sorties à 4 processeurs avec mémoire tampon de 8 MWords. C'est l'unité centrale de ce système qui est exposée au Centre Midi.

photo: Alain Herzog

1985

Arrivée du Cray-2. Dès 1980 Seymour Cray s'était lancé dans un nouveau défi: un super-ordinateur à grande mémoire afin de répondre aux exigences des problèmes scientifiques de plus en plus gourmands (météo, recherche pétrolifère, dynamique des fluides, guerre des étoiles), un temps de cycle plus rapide, une architecture très compacte afin de diminuer les distances entre les composants, l'étude d'un nouveau matériau avec un temps de commutation plus rapide que le silicium, l'arséniure de gallium. Le fruit de ses recherches fut une machine avec une nouvelle architecture composée d'un processeur primaire (foreground), de 4 processeurs secondaires (background) et d'une mémoire centrale de 256 MWords (2 milliards d'octets). Les processeurs secondaires vectoriels sont composés de plusieurs unités fonctionnelles, d'une mémoire locale et ont une puissance théorique totale de 1950 MFLOPS. Le processeur primaire gère les secondaires et les entrées/sorties. Les dimensions de la machine en forme de C (arc de cercle de 300 degrés) sont très modestes, 135cm de diamètre et 114cm de haut pour 14 colonnes de modules. Ces derniers, au nombre de 300, sont tridimensionnels, 8 circuits imprimés, chacun contenant 128 puces à 16 fonctions logiques. Les puces en arséniure de gallium n'étant pas disponible à grande échelle, il fut nécessaire d'utiliser la logique ECL (emitter coupled logic) pour atteindre le cycle de base de 4.1 nano-secondes. Pour absorber la chaleur de 220KW produite par les 280'000 puces, toute la machine est plongée dans un liquide neutre, le fluorinert, refroidi par de l'eau dans des échangeurs de chaleur.

photo: Alain Herzog

Evolution à l'EPFL

Février 1986

Installation du premier super-ordinateur, le Cray-1 numéro de série 41 (à l'EDF, Electricité de France de 1983-1986), au centre de calcul de l'EPFL. Cet ordinateur est actuellement exposé à l'entrée du SIC.

Septembre 1988

Le Cray-1 est remplacé par le Cray-2 (2 processeurs, 256 MWords de mémoire), numéro de série 2019. Six mois plus tard le nouveau système, pourtant 6 fois plus puissant, est déjà saturé.

Septembre 1990

Extension du Cray-2 à 4 processeurs, pour pallier au besoin de puissance de calcul des utilisateurs, mais très vite la machine sera de nouveau saturée.

Avril 1992

Dans le cadre du projet SUSP, installation de Pascal, un Y-MP/4E à 2 processeurs et 64 MWords de mémoire pour une puissance théorique de 660 MFLOPS.

Novembre 1993

Démarrage du projet PATP avec l'extension du Y-MP/4E en un Y-MP M94 à 4 processeurs et 512 MWords de mémoire (puissance totale de 1320 MFLOPS).

Décembre 1993

Arrêt définitif du Cray-2 après 43'000 heures de disponibilité pour les utilisateurs. C'est la deuxième machine exposée au Centre Midi. Il nous a été souvent demandé pourquoi cet ordinateur toujours très compétitif pour des applications nécessitant une grande mémoire est mis au rebut. La raison est d'ordre financière. Les coûts de l'infrastructure et de l'entretien sont très élevés et en rendent l'exploitation trop onéreuse par rapport à une machine de la nouvelle génération.

Avril 1994

Installation d'une machine MPP (massively parallel processing), le T3D à 128 processeurs. Cet ordinateur a une puissance théorique de 19'200 MFLOPS, soit plus de 120 fois le Cray-1. Mais actuellement le rendement d'une machine massivement parallèle en utilisation générale est très faible par rapport à une machine vectorielle. En effet, la programmation d'un MPP est très complexe et demande une nouvelle approche. Les applications utilisant efficacement ce type d'ordinateurs, ainsi que le savoir faire sont pratiquement inexistants. Le but du projet de collaboration EPFL-Cray PATP est de développer des applications à meilleur rendement tout en acquérant le savoir faire de ces nouvelles techniques.

Conclusion

Avec le Cray-1, le XMP et le Cray-2, l'EPFL expose les machines qui ont le plus marqué l'avènement des super-ordinateurs, donc un patrimoine important de l'évolution technologique de l'informatique scientifique de puissance de cette fin de siècle.
article paru dans le Flash informatique no 6 du 21 juin 1994