CDC 8600

La CDC 8600 fue el último diseño de supercomputadora de Seymour Cray durante su etapa en Control Data Corporation . Como sucesora natural de la CDC 6600 y la CDC 7600 , la 8600 estaba concebida para ser aproximadamente diez veces más rápida que la 7600, que ya era la computadora más rápida del mercado. Su diseño consistía esencialmente en cuatro unidades 7600 integradas en un chasis muy pequeño para que pudieran funcionar a velocidades de reloj más altas.

El desarrollo comenzó en 1968, poco después del lanzamiento del modelo 7600, pero el proyecto pronto se estancó. El diseño compacto del sistema provocó graves problemas de fiabilidad y dificultades para refrigerar los componentes individuales. En 1971, CDC atravesaba dificultades financieras y el diseño aún no estaba listo, lo que llevó a Cray a abandonar la empresa en 1972. El proyecto de diseño del modelo 8600 se canceló finalmente en 1974, y Control Data optó por la serie CDC STAR-100 .

Cray retomó el diseño básico del 8600 en su Cray-2 de principios de la década de 1980. La introducción de circuitos integrados solucionó los problemas de empaquetado de alta densidad y la refrigeración líquida abordó los problemas de sobrecalentamiento. El Cray-2 es muy similar al 8600, tanto física como conceptualmente.

En la década de 1960, el diseño de computadoras se basaba en el montaje de componentes electrónicos ( transistores , resistencias , etc.) en placas de circuitos impresos . Una o más placas formaban un elemento lógico discreto de la máquina, conocido como módulo . La velocidad general del ciclo de la máquina está estrechamente relacionada con la ruta de la señal (la longitud del cableado), lo que obligaba a las computadoras de alta velocidad a fabricar sus módulos lo más pequeños posible. Esto entraba en conflicto con el deseo de hacer que los módulos fueran más complejos para aumentar su funcionalidad. A finales de la década de 1960, los componentes individuales dejaron de reducirse significativamente, por lo que, para aumentar la complejidad de las máquinas, los módulos tendrían que aumentar de tamaño. En teoría, esto podría ralentizar la máquina debido a los retrasos en la señalización.

Cray se propuso resolver estos problemas contradictorios aumentando el tamaño de cada módulo y añadiendo muchos más componentes, al tiempo que reducía el tamaño del ordenador en su conjunto al compactar los módulos dentro de la máquina. Entre el desarrollo del 7600 y el inicio del trabajo en el 8600, no se habían producido mejoras en el empaquetado de los componentes, por lo que cualquier mejora en el rendimiento debía provenir exclusivamente del empaquetado de las placas. ^{[ 1 ]} Para el nuevo diseño, utilizaron módulos que contenían ocho placas de circuito de cuatro capas de aproximadamente 8" x 6", lo que resultaba en una pila del tamaño de un libro de texto grande y consumía unos 3 kilovatios de potencia. Los módulos se empaquetaban en un chasis central comparativamente pequeño, un cilindro de 16 lados de aproximadamente un metro (3') de ancho y alto, situado sobre un anillo de fuentes de alimentación . El diseño propuesto guarda un gran parecido con el posterior Cray-2 , pero es aún más corto y de menor diámetro. ^{[ 2 ]}

Con toda esta potencia disipada en un espacio tan reducido, la refrigeración representó un desafío importante en el diseño. El ingeniero de refrigeración de Cray, Dean Roush, anteriormente de Amana , colocó una lámina de cobre dentro de cada placa de circuito, disipando el calor hacia un bloque de cobre en un extremo, donde se enfriaba mediante un sistema de freón . Esto incrementó aún más el peso y la complejidad de los módulos, hasta el punto de que cada uno pesaba aproximadamente 6,8 kg (15 libras) . El sistema de refrigeración externo era considerablemente más grande que la propia máquina. 

Los componentes electrónicos también se mejoraron con respecto a los diseños anteriores. Los circuitos principales de la CPU se basaron en lógica ECL  , lo que permitió aumentar la velocidad de reloj a 125 MHz (  tiempo de ciclo de 8 ns) desde los 36,4  MHz (  tiempo de ciclo de 27,5 ns) del 7600, un aumento de aproximadamente cuatro veces. La memoria principal también se implementó con ECL y la máquina se equipó con un estándar de 256k palabras (2 megabytes), una cifra impresionante para la época  . El sistema distribuyó la memoria en 64 bancos para un acceso rápido de aproximadamente 8 ns/palabra, aunque el tiempo de ciclo de cualquier banco era de aproximadamente 250 ns. También se diseñó una memoria de núcleo  de alta velocidad con un acceso de 20 ns (en total) como respaldo de la memoria de semiconductores. 

Cray decidió que el 8600 incluiría cuatro CPU completas que compartirían la memoria principal . Para mejorar el rendimiento general, la máquina podía operar en un modo especial que enviaba una sola instrucción a los cuatro procesadores con datos diferentes. Esta técnica, conocida hoy como SIMD , redujo el número total de accesos a memoria, ya que la instrucción se leía solo una vez, en lugar de cuatro. Esto significaba que se liberaban tres ciclos para leer datos. Cada procesador era aproximadamente 2,5 veces más rápido que un 7600, por lo que, con los cuatro funcionando, la máquina en su conjunto sería aproximadamente 10 veces más rápida, alcanzando unos 100  MFLOPS.

El gobierno dejó claro que todas las futuras compras de computadoras requerirían procesamiento ASCII . ^{[ 1 ]} Para cumplir con este requisito, el 8600 usó una palabra de 64 bits (ocho caracteres de ocho bits) en lugar de la palabra de 60 bits anterior (diez caracteres de seis bits) utilizada en el 6600 y el 7600. Como en diseños anteriores, las instrucciones se "comprimieron" en palabras, y cada instrucción ocupó 16 o 32 bits (en lugar de 15 o 30). El 8600 ya no usó los registros A o B como en diseños anteriores, e incluyó un conjunto de 16 registros X de propósito general. Se utilizó un sistema de procesador periférico 6600/7600 para E/S , prácticamente sin cambios.

Se hicieron algunos esfuerzos para mejorar la compatibilidad entre las máquinas antiguas y la 8600, pero el cambio en la longitud de palabra lo dificultó. En su lugar, se mantuvieron los formatos de punto flotante , lo que permitió portar directamente el código Fortran . ^{[ 1 ]}

En 1971, Control Data estaba ajustándose los presupuestos debido al costo de una demanda en curso contra IBM , y solicitó a todas sus divisiones que redujeran sus nóminas en un 10%. Cray suplicó a la empresa que eximiera a su división para poder recibir el 8600. Cuando la gerencia rechazó su petición, redujo su propio salario al mínimo para solucionar el problema.

Para 1972, parecía que incluso la legendaria habilidad de Cray para diseñar módulos le estaba fallando en el caso de la 8600. La fiabilidad era tan baja que parecía imposible lograr que una máquina completa funcionara. No era la primera vez que esto sucedía: en el proyecto de la 6600, Cray tuvo que empezar de cero, y la 7600 estuvo en producción durante un tiempo antes de que funcionara de forma fiable. En este caso, Cray decidió que el diseño actual era un callejón sin salida y le dijo a William Norris (CEO de CDC) que la única solución era rediseñar la máquina por completo. Las finanzas de la empresa eran precarias, y Norris decidió que no podía correr ese riesgo; Cray tendría que continuar con el diseño actual.

En 1972, Cray decidió que no podía trabajar en esas condiciones y dejó el CDC para fundar Cray Research . Su salida fue amistosa; Norris y otros empleados del CDC adquirieron acciones de la oferta pública inicial de Cray Computer, lo que resultó ser una inversión lucrativa. Para su nuevo proyecto, abandonó el concepto de multiprocesador, preocupado de que el software de la época no pudiera aprovechar al máximo las CPU. Es posible que llegara a esta conclusión después de que el ILLIAC IV entrara en funcionamiento casi al mismo tiempo y demostrara tener un rendimiento decepcionante.

Los miembros del equipo convencieron a Norris de que la 8600 podía completarse incluso sin Cray, y el trabajo continuó en el Laboratorio Chippewa. Para 1974, la máquina aún no funcionaba correctamente. El diseño STAR de Jim Thornton, su competidor , ya había alcanzado la calidad de producción, y el proyecto 8600 fue cancelado. En la práctica, STAR demostró tener un rendimiento deficiente, y cuando Cray-1 salió al mercado en 1976, CDC fue rápidamente expulsada del mercado de supercomputadoras. En la década de 1980 se intentó reingresar al mercado con la ETA-10 , pero el intento fracasó.

• Gordon Bell sitúa el inicio del proyecto en 1968, mientras que la única mención en el antiguo museo Cray indica que fue en 1970.
• La velocidad de memoria citada varía considerablemente: algunas fuentes sugieren un  tiempo de ciclo de 22 ns para el semiconductor y de 20  ns para el núcleo, mientras que otras proponen los valores más rápidos utilizados en este artículo. Tampoco queda claro si la memoria del núcleo se diseñó como respaldo o si la memoria semiconductora se implementó posteriormente.

• Patente CDC 8600
• Agosto de 1972 8600 Manual de referencia en bitsavers.org
• CDC 8600 - Descripción general del sistema básico y otra información