O Museo de Historia de la Computación, na Espanha, revelou uma réplica visual em tamanho real do supercomputador Cray-1, lançado em 1976, mas desta vez o modelo é operado por 30 dispositivos Mac Mini usados, a maioria deles de 2012. A execução do projeto levou 18 meses e tem como objetivo celebrar simultaneamente os 50 anos do Cray-1 e da fundação da Apple.
O valor do projeto não se limita à sua aparência externa; a equipe conectou os dispositivos em um cluster de computação com 64 núcleos de processamento ativos e alcançou, no teste mais recente, cerca de 1,3 teraflops usando um programa Python personalizado para multiplicação de matrizes. O projeto havia registrado anteriormente 1,5 teraflops ao operar 70 núcleos, antes que um dos nós parasse de funcionar. O cluster é composto por cinco dispositivos com processadores Intel Core i7 de quatro núcleos e 25 dispositivos com processadores Core i5 de dois núcleos, com exceção de duas unidades de 2014.
Do processamento vetorial ao cluster paralelo
O Cray-1 original dependia do processamento vetorial, ou seja, da execução de uma única instrução sobre múltiplos elementos de dados simultaneamente, e atingia um desempenho teórico máximo de cerca de 160 megaflops. Já a nova versão distribui o trabalho entre processadores independentes por meio de um cluster paralelo, fazendo com que dispositivos de consumo antigos sejam capazes de alcançar um desempenho muito superior ao da máquina de pesquisa que serviu de inspiração.
A equipe escolheu o macOS Mojave 10.14 em vez de uma distribuição Linux tradicional, aproveitando seu suporte integrado à interface Message Passing Interface, ou MPI, que permite transmitir tarefas entre os nós do cluster. Os visitantes do museu podem observar os algoritmos de matrizes funcionando em tempo real, desde um único núcleo até a execução de todo o conjunto em paralelo.
Resfriamento silencioso dentro de uma estrutura inspirada no Cray-1
O projeto enfrentou o desafio de resfriar 30 dispositivos dentro de uma única estrutura. Para evitar o ruído das ventoinhas de servidores, a equipe instalou os Mac Mini verticalmente dentro de uma estrutura de aço, com bandejas de alumínio para cada dispositivo. Essa disposição permite que o ar quente suba pela estrutura e saia por suas aberturas superiores, funcionando como uma chaminé térmica natural sem ventoinhas mecânicas adicionais.
Segundo o museu, a maior parte do ruído perceptível vem de dois adaptadores Ethernet de gigabit na base da estrutura, com nível entre 30 e 33 decibéis, e há um plano para substituí-los por dois modelos silenciosos. Já o ruído de cada dispositivo durante a ociosidade fica, de acordo com os dados mencionados, entre 12 e 15 decibéis, embora não esteja disponível uma medição precisa do ruído no interior da peça concluída.
O que muda na prática?
O projeto oferece uma explicação visual direta da transformação da computação ao longo de cinco décadas: de um supercomputador projetado especificamente para pesquisas a um conjunto de dispositivos de consumo relativamente obsoletos. Ao mesmo tempo, mostra que o aumento do desempenho teórico não elimina os desafios da construção de um cluster, como o gerenciamento dos nós, a troca de dados, o resfriamento e a dependência do resultado em relação ao tipo de teste utilizado.
A equipe também projetou uma estação de controle inspirada nos terminais DEC VT05 e Processor Technology Sol-20 dos anos 1970, com um Mac Mini principal para gerenciar os demais nós. Foram utilizadas telas planas da Samsung em vez de monitores CRT para evitar problemas de conexão entre tecnologias de épocas diferentes. Os planos futuros incluem adicionar unidades de disquete nos formatos de 3,5 e 5,25 polegadas, uma estrutura impressa em 3D para o teclado e lâmpadas originais do IBM System/3.
Plano de expansão rumo à TOP500
A equipe planeja preencher a metade vazia restante da torre por meio de uma campanha de financiamento coletivo para comprar de 70 a 80 dispositivos M4 Mac Mini adicionais, com o objetivo de criar um cluster capaz de entrar na lista TOP500 de supercomputadores. Esse resultado continua sendo uma meta futura, e não uma classificação alcançada atualmente pelo projeto.
A réplica está exposta permanentemente no museu ao lado de dois sistemas Cray CX1 originais não utilizados, enquanto as visitas guiadas estão disponíveis aos sábados, das 11h30 às 14h.