西班牙计算机历史博物馆(Museo de Historia de la Computación)公布了一台全尺寸 Cray-1 外观复制品。Cray-1 于1976年问世,而这一次,该模型由30台 Mac Mini 驱动,其中大多数设备来自2012年。项目耗时18个月,旨在同时纪念 Cray-1 问世50周年以及 Apple 成立50周年。
该项目的价值并不局限于外观;团队将这些设备连接成一个计算集群,拥有64个有效处理核心,并使用定制 Python 矩阵乘法程序,在最新测试中实现了约1.3太拉浮点运算。此前,该项目在运行70个核心时曾达到1.5太拉浮点运算,但随后其中一个节点停止运行。该集群由5台搭载四核 Intel Core i7 处理器的设备和25台搭载双核 Core i5 处理器的设备组成,其中两台例外,来自2014年。
从向量处理到并行集群
原版 Cray-1 依赖向量处理,也就是同时对多个数据元素执行一条指令,其理论最高性能约为160兆浮点运算。新版本则通过并行集群,在独立处理器之间分配工作,因此旧款消费级设备的性能大幅超过了它所借鉴的那台研究机器。
团队选择了 macOS Mojave 10.14,而不是传统的 Linux 发行版,利用其对消息传递接口(Message Passing Interface,简称 MPI)的内置支持,在集群节点之间传递任务。博物馆参观者可以实时观看矩阵算法运行,从单个核心开始,直至整个设备组并行运行。
灵感来自 Cray-1 结构的静音散热
项目面临的挑战之一,是在一个结构内为30台设备散热。为避免服务器风扇产生噪声,团队将 Mac Mini 垂直安装在钢制结构内,并为每台设备配备铝制托盘。这种布局使热空气能够沿结构上升,并从顶部开口排出,从而在没有额外机械风扇的情况下,形成天然的热烟囱效应。
据博物馆介绍,可听见的大部分噪声来自结构底座中的两个千兆以太网适配器,噪声水平在30至33分贝之间,团队计划将其替换为两个静音型号。根据所述数据,每台设备在空闲状态下的噪声为12至15分贝,但目前无法准确测量完整展品内部的噪声。
实际发生了哪些变化?
该项目以直观的方式展示了计算技术在50年间的转变:从专为研究而设计的超级计算机,发展到由相对老旧的消费级设备组成的系统。同时,它也说明,理论性能的提升并不能消除构建集群时面临的挑战,例如节点管理、数据交换、散热,以及结果对所用测试类型的依赖。
团队还设计了一座受20世纪70年代 DEC VT05 和 Processor Technology Sol-20 终端启发的控制台,其中配备一台用于管理其余节点的主 Mac Mini。团队使用 Samsung 平板显示器取代 CRT 显示器,以避免不同时代技术之间的连接问题。未来计划包括增加3.5英寸和5.25英寸规格的软盘驱动器、为键盘制作一个3D打印结构,以及加入来自 IBM System/3 的原装指示灯。
向 TOP500 扩展的计划
团队计划通过众筹活动购买70至80台额外的 M4 Mac Mini,填充塔式结构中空置的后半部分,目标是创建一个能够进入 TOP500 超级计算机榜单的集群。这一结果仍是未来目标,并不是该项目目前已经取得的排名。
该复制品与两套未使用过的原装 Cray CX1 系统一同永久陈列在博物馆内,导览参观时间为每周六上午11:30至下午2:00。