Das Museo de Historia de la Computación in Spanien hat eine maßstabsgetreue visuelle Replik des Supercomputers Cray-1 in Originalgröße vorgestellt, der 1976 auf den Markt kam. Dieses Mal wird das Modell jedoch von 30 gebrauchten Mac Mini betrieben, von denen die meisten aus dem Jahr 2012 stammen. Die Umsetzung des Projekts dauerte 18 Monate und soll gleichzeitig an den 50. Jahrestag des Cray-1 und die Gründung von Apple erinnern.
Der Wert des Projekts beschränkt sich nicht auf sein äußeres Erscheinungsbild; das Team verband die Geräte zu einem Rechencluster mit 64 effektiven Prozessorkernen und erreichte im jüngsten Test mit einem eigens entwickelten Python-Programm zur Matrixmultiplikation etwa 1,3 Teraflops. Zuvor hatte das Projekt beim Betrieb von 70 Kernen 1,5 Teraflops erreicht, bevor einer der Knoten ausfiel. Der Cluster besteht aus fünf Geräten mit vierkernigen Intel-Core-i7-Prozessoren und 25 Geräten mit zweikernigen Core-i5-Prozessoren, abgesehen von zwei Geräten aus dem Jahr 2014.
Von der Vektorverarbeitung zum parallelen Cluster
Der ursprüngliche Cray-1 setzte auf Vektorverarbeitung, also die gleichzeitige Ausführung eines Befehls auf mehreren Datenelementen, und erreichte theoretisch eine maximale Leistung von etwa 160 Megaflops. Die neue Version verteilt die Arbeit dagegen auf unabhängige Prozessoren in einem parallelen Cluster. Dadurch können relativ alte Verbrauchergeräte eine Leistung erbringen, die die Kapazität der Forschungsmaschine, von der sie inspiriert wurde, deutlich übertrifft.
Das Team entschied sich für macOS Mojave 10.14 anstelle einer herkömmlichen Linux-Distribution und nutzte die integrierte Unterstützung für die Message Passing Interface, kurz MPI, die das Übermitteln von Aufgaben zwischen den Clusterknoten ermöglicht. Besucher des Museums können beobachten, wie Matrixalgorithmen in Echtzeit ausgeführt werden – von einem einzelnen Kern bis zum parallelen Betrieb der gesamten Gruppe.
Leise Kühlung in einem vom Cray-1 inspirierten Gehäuse
Das Projekt stand vor der Herausforderung, 30 Geräte in einem einzigen Gehäuse zu kühlen. Um das Geräusch von Serverlüftern zu vermeiden, befestigte das Team die Mac Mini senkrecht in einem Stahlgehäuse und stattete jedes Gerät mit einem Aluminiumtablett aus. Diese Anordnung ermöglicht es der warmen Luft, durch das Gehäuse aufzusteigen und durch die oberen Öffnungen zu entweichen, wodurch es ohne zusätzliche mechanische Lüfter wie ein natürlicher Wärmekamin funktioniert.
Nach Angaben des Museums stammt der größte Teil des wahrnehmbaren Geräuschs von zwei Gigabit-Ethernet-Konvertern im Sockel des Gehäuses. Der Geräuschpegel liegt zwischen 30 und 33 Dezibel; geplant ist, sie durch zwei lautlose Modelle zu ersetzen. Das Geräusch jedes einzelnen Geräts im Leerlauf beträgt den genannten Daten zufolge zwischen 12 und 15 Dezibel, obwohl keine genaue Messung des Geräuschpegels aus dem Inneren des fertigen Exponats vorliegt.
Was ändert sich in der Praxis?
Das Projekt bietet eine direkte visuelle Erklärung für den Wandel der Computertechnik innerhalb von fünf Jahrzehnten: von einem speziell für Forschungszwecke entwickelten Supercomputer zu einer Gruppe relativ veralteter Verbrauchergeräte. Gleichzeitig zeigt es, dass eine höhere theoretische Leistung die Herausforderungen beim Aufbau eines Clusters nicht beseitigt, etwa die Verwaltung der Knoten, den Datenaustausch, die Kühlung und die Abhängigkeit des Ergebnisses von der verwendeten Testart.
Das Team entwarf außerdem eine von den Terminals DEC VT05 und Processor Technology Sol-20 aus den 1970er-Jahren inspirierte Kontrollstation. Sie enthält einen zentralen Mac Mini zur Verwaltung der übrigen Knoten. Anstelle von CRT-Bildschirmen wurden flache Samsung-Monitore verwendet, um Probleme bei der Verbindung von Technologien aus unterschiedlichen Epochen zu vermeiden. Zu den Zukunftsplänen gehören die Hinzufügung von Diskettenlaufwerken im Format 3,5 und 5,25 Zoll, eines 3D-gedruckten Gehäuses für die Tastatur sowie originaler Leuchten aus dem IBM System/3.
Erweiterungsplan für TOP500
Das Team plant, die leere zweite Hälfte des Turms im Rahmen einer Crowdfunding-Kampagne mit 70 bis 80 zusätzlichen M4 Mac Mini zu füllen. Ziel ist der Aufbau eines Clusters, der in die TOP500-Liste der Supercomputer aufgenommen werden kann. Dieses Ergebnis bleibt ein künftiges Ziel und stellt keine Einstufung dar, die das Projekt derzeit erreicht hat.
Die Replik ist dauerhaft zusammen mit zwei originalen, ungenutzten Cray-CX1-Systemen im Museum ausgestellt. Führungen werden samstags von 11:30 Uhr bis 14:00 Uhr angeboten.