Les 50 ans du Cray-1 : le superordinateur qui ressemblait à un canapé
Il y a 50 ans, le Cray-1 établissait de nouvelles références en informatique. Sa puissance de calcul, alors sans égale, en a fait le symbole de toute une génération de superordinateurs.
À première vue, le Cray-1 semble tout droit sorti d’un film de science-fiction. Douze hautes armoires dessinent un cercle ouvert, entouré d’une banquette rembourrée. Cette forme inhabituelle répondait à un objectif précis : rendre l’ordinateur aussi rapide que possible. Pari réussi. De 1976 à 1982, le Cray-1 a été considéré comme le superordinateur le plus rapide du monde.
Pourquoi chaque centimètre du Cray-1 comptait
Le Cray-1 a été conçu par l’ingénieur américain Seymour Cray. Son objectif était clair : permettre aux composants électroniques de communiquer entre eux le plus rapidement possible.
Il a donc réduit autant que possible la longueur des connexions entre les composants. Plus un câble est long, plus un signal électrique met de temps à le parcourir. À la fréquence de fonctionnement élevée du Cray-1, chaque centimètre comptait. La disposition en forme de C raccourcissait les trajets entre les composants.
Source : Clemens Pfeiffer / Wikimedia Commons / CC BY 2.5
Au total, la machine contenait plus de 96 kilomètres de câbles. Pourtant, aucune connexion ne faisait plus de 90 centimètres environ. La plupart des câbles étaient posés à la main. L’assemblage d’un seul Cray-1 prenait près d’un an.
La banquette rembourrée avait elle aussi une fonction pratique : elle dissimulait une partie de l’alimentation électrique. Les composants électroniques, très serrés, dégageaient beaucoup de chaleur. Pour l’évacuer, le Cray-1 utilisait un système de refroidissement spécial à réfrigérant liquide.
Source : photo : Rama / Wikimedia Commons / CC BY-SA 2.0 FR
Le résultat : un ordinateur d’environ 1,95 mètre de haut, pesant plus de cinq tonnes. Sa forme particulière lui a valu le surnom de « canapé le plus cher du monde ». En anglais, on le qualifiait de World’s most expensive loveseat. Plusieurs personnes pouvaient effectivement prendre place sur sa banquette rembourrée.
160 millions d’opérations par seconde
L’intérieur du Cray-1 était lui aussi exceptionnel pour l’époque. Son processeur fonctionnait à 80 mégahertz et atteignait une puissance de calcul théorique maximale de 160 mégaflops, soit 160 millions d’opérations en virgule flottante par seconde. Ces calculs sur des nombres décimaux sont notamment importants pour les simulations scientifiques.
Aujourd’hui, ce chiffre paraît modeste. Pour certaines tâches, les processeurs et les cartes graphiques modernes effectuent plusieurs milliers de milliards de ces opérations par seconde. Même des ordinateurs grand public plus anciens dépassent largement la puissance maximale du Cray-1.
Sa force résidait surtout dans le traitement vectoriel. Cette technique permettait d’appliquer une même opération à toute une série de nombres. Le Cray-1 pouvait, par exemple, traiter successivement des milliers de mesures sans avoir besoin d’une nouvelle instruction pour chacune d’elles. Cela accélérait les calculs portant sur de grands volumes de données et le rendait particulièrement efficace pour les applications scientifiques.
Source : The Board of Trustees of the Science Museum
L’ampleur du gain de performance s’est manifestée au National Center for Atmospheric Research (NCAR). Le Cray-1 y a atteint un débit de calcul environ 4,5 fois supérieur à celui du CDC 7600 utilisé auparavant.
Dans une configuration courante, sa mémoire vive atteignait environ huit mégaoctets. Cette capacité, qui suffit à peine aujourd’hui pour une seule photo haute résolution, était considérable à l’époque.
Ces performances avaient toutefois un prix. Selon sa configuration, un Cray-1 coûtait plusieurs millions de dollars. En 1976, le NCAR (en anglais) a ainsi payé 8,86 millions de dollars pour son système, dont près d’un million rien que pour les disques durs.
Son exploitation était également coûteuse. L’ordinateur lui-même consommait environ 115 kilowatts d’électricité. À cela s’ajoutaient les frais élevés liés à son système de refroidissement complexe et à son entretien régulier.
Un superordinateur au service de la science et de l’armée
Avant de concevoir le Cray-1, Seymour Cray avait déjà travaillé sur des ordinateurs puissants chez Control Data Corporation. En 1972, il a fondé sa propre entreprise, Cray Research, dans l’État américain du Wisconsin.
Source : Cray Research
Les organismes publics de recherche comptaient parmi ses principaux clients. Pendant la guerre froide, les États-Unis ont investi des sommes considérables dans le développement d’ordinateurs puissants. La recherche sur les armes nucléaires, en particulier, nécessitait des simulations physiques complexes.
Le Los Alamos Scientific Laboratory (LASL), au Nouveau-Mexique, a reçu le premier exemplaire en mars 1976. Cet établissement avait joué un rôle central dans la mise au point de la bombe atomique pendant la Seconde Guerre mondiale. Après six mois de tests, le LASL a mis le nouvel ordinateur en service régulier en octobre 1976.
La recherche sur le climat et la météorologie a également bénéficié de sa puissance de calcul. À partir de 1977, le NCAR a utilisé son propre exemplaire pour, entre autres, calculer des modèles de l’atmosphère et des tempêtes violentes.
La machine a été un succès pour Cray Research : environ 80 exemplaires ont été vendus. L’entreprise s’est ainsi imposée comme l’un des principaux fabricants de superordinateurs. Le Cray-1 du NCAR est même resté en service jusqu’en février 1989.
50 ans plus tard : un Cray-1 construit avec d’anciens Mac
Un projet récent mené en Espagne montre à quel point l’informatique a évolué depuis. À l’occasion de cet anniversaire, le Museo de Historia de la Computación a construit une réplique du Cray-1 à taille réelle. Sa réalisation a pris environ 18 mois.
Source : Museo de Historia de la Computación
À l’extérieur, la réplique reprend l’apparence du modèle historique. À l’intérieur, elle abrite toutefois 30 Mac mini réformés, datant de 2012 à 2014. Ensemble, ils disposent de 70 cœurs de processeur qui se répartissent les calculs. Lors d’un test mobilisant 64 cœurs, cet ensemble a atteint environ 1,3 téraflops, soit 1300 milliards d’opérations en virgule flottante par seconde. Pour ce test, le musée a fait multiplier de grandes matrices de nombres aux ordinateurs. La réplique sert avant tout à montrer comment plusieurs processeurs peuvent travailler ensemble.
Ces chiffres ne sont toutefois pas directement comparables : celui du Cray-1 original correspond à sa puissance maximale théorique, tandis que celui de la réplique provient d’un test de calcul conçu spécialement pour elle.
Le musée prévoit déjà d’étendre le système à 80 Mac mini modernes équipés de la puce M4 d’Apple. Vous pouvez observer sur la réplique comment les calculs sont répartis entre plusieurs processeurs. Le projet illustre ainsi non seulement les progrès techniques, mais aussi l’évolution de l’architecture des superordinateurs : là où le Cray-1 original misait sur un processeur vectoriel particulièrement rapide, la réplique distribue ses tâches entre de nombreux ordinateurs indépendants.
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