كراي-1
الوصف

كانت الآلة الجديدة أول تصميم كراي يستخدم الدوائر المتكاملة (ICs). على الرغم من أن الدوائر المتكاملة كانت متاحة منذ الستينيات، إلا أنها لم تصل إلى الأداء اللازم للتطبيقات عالية السرعة إلا في أوائل السبعينيات. يستخدم كراي-1 أربعة أنواع مختلفة فقط من الدوائر المتكاملة، وبوابة NOR بوابة اختيار سالبة ثنائية 5-4 من منطق الباعث المقرنECL (واحدة 5 مدخلات، وواحدة 4 مدخلات، ولكل منها خرج تفاضلي)،  تستخدم بوابة MECL 10K 5-4 NOR الأخرى أبطأ لتوزيع العناوين، تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM) ذات السرعة العالية 16 × 4 بت (6 نانوثانية) للسجلات و 1,024 × 1 بت 48 نانوثانية ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة المستخدمة للذاكرة الرئيسية. تم توفير هذه الدوائر المتكاملة من قبل شركة فيرتشايلد أشباه الموصلات وموتورولا. إجمالاً، احتوت كراي-1 على حوالي 200000 بوابة.
تم تركيب الدوائر المتكاملة على لوحة دارات مطبوعة كبيرة من خمس طبقات، مع ما يصل إلى 144 دائرة متكاملة لكل لوحة. تم بعد ذلك تثبيت الألواح من الخلف إلى الخلف للتبريد (انظر أدناه) ووضعها في أربعة وعشرين رفًا بارتفاع 28 بوصة (710 مم) تحتوي على 72 لوحًا مزدوجًا. تتطلب الوحدة النمطية (وحدة معالجة متميزة) لوحين أو لوحين. في كل الآلة احتوت على 1662 وحدة في 113 نوعًا.
كان كل كابل بين الوحدات عبارة عن كبل مزدوج مجدول، مقطوع بطول معين لضمان وصول الإشارات في الوقت المناسب بدقة وتقليل الانعكاس الكهربائي. كانت كل إشارة تنتجها دائرة منطق الباعث المقرنECL عبارة عن زوج تفاضلي، لذلك كانت الإشارات متوازنة. أدى هذا إلى جعل الطلب على مصدر الطاقة أكثر ثباتًا وتقليل ضوضاء التحويل. كان الحمل على مزود الطاقة متوازنًا بشكل متساوٍ لدرجة أن كراي تفاخرت بأن مصدر الطاقة غير منظم. بالنسبة لمزود الطاقة، بدا نظام الكمبيوتر بأكمله وكأنه مقاوم بسيط.
ولدت دوائر منطق الباعث المقرنECL عالية الأداء حرارة كبيرة، وبذل مصممو كراي جهدًا كبيرًا في تصميم نظام التبريد كما فعلوا في باقي التصميم الميكانيكي. في هذه الحالة، تم إقران كل لوحة دائرة مع ثانية، يتم وضعها من الخلف إلى الخلف مع لوح من النحاس بينهما. تقوم الألواح النحاسية بتوصيل الحرارة إلى حواف القفص، حيث يعمل الفريون السائل في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ على سحبها بعيدًا إلى وحدة التبريد الموجودة أسفل الجهاز. تأخر أول كراي-1 ستة أشهر بسبب مشاكل في نظام التبريد؛ إن مادة التشحيم التي يتم خلطها عادة مع الفريون للحفاظ على عمل الضاغط تتسرب عبر الأختام وتغطي الألواح بالزيت في النهاية حتى تقصر. كان لابد من استخدام تقنيات اللحام الجديدة لإغلاق الأنابيب بشكل صحيح. براءات الاختراع الوحيدة الصادرة لجهاز الكمبيوتر كراي-1 تتعلق بتصميم نظام التبريد. من أجل إخراج أقصى سرعة من الماكينة، تم ثني الهيكل بأكمله في شكل حرف C. تم وضع الأجزاء المعتمدة على السرعة من النظام على «الحافة الداخلية» للهيكل، حيث كانت أطوال الأسلاك أقصر. سمح ذلك بتقليل وقت الدورة إلى 12.5 نانوثانية (80 ميجاهرتز)، ليس بسرعة 8 نانوثانية 8600 التي تخلى عنها، ولكن بالسرعة الكافية للتغلب على سي دي سي 7600 وستار. قدر NCAR أن الإنتاجية الإجمالية على النظام كانت 4.5 مرة من سي دي سي 7600.
تم تصميم كراي-1 كنظام 64 بت، وهو خروج عن 7600/6600، والتي كانت آلات 60 بت (تم التخطيط أيضًا لتغيير 8600). كان العنوان 24 بت، بحد أقصى 1,048,576 كلمة 64 بت (1 ميغاورد) من الذاكرة الرئيسية، حيث تحتوي كل كلمة أيضًا على 8 بتات تكافؤ لإجمالي 72 بت لكل كلمة. كان هناك 64 بت بيانات و 8 بتات تحقق. تم نشر الذاكرة عبر 16 بنك ذاكرة متشابك، كل منها مع وقت دورة 50 نانوثانية، مما يسمح بقراءة ما يصل إلى أربع كلمات في كل دورة. يمكن أن تحتوي التكوينات الأصغر على 0.25 أو 0.5 ميجاوات من الذاكرة الرئيسية. كان الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي الكلي للذاكرة 638 ميجابت/ ثانية.
تتألف مجموعة التسجيل الرئيسية من ثمانية سجلات قياسية (S) 64 بت وثمانية سجلات عناوين (A) 24 بت. كانت هذه مدعومة بمجموعة من أربعة وستين سجلاً لكل من التخزين المؤقت S و A المعروف باسم T و B على التوالي، والتي لا يمكن أن تراها الوحدات الوظيفية. أضاف نظام المتجه ثمانية أخرى من سجلات متجه (V) 64 بت 64 بت، بالإضافة إلى طول متجه (VL) وقناع متجه (VM). أخيرًا، تضمن النظام أيضًا تسجيل ساعة في الوقت الفعلي 64 بت وأربعة مخازن تعليمات 64 بت تحتوي على 64 بت تعليمات كل منها. تم إعداد الجهاز للسماح بتغذية سجلات المتجه بكلمة واحدة في كل دورة، بينما تتطلب سجلات العنوان والقياس دورتين. في المقابل، يمكن ملء المخزن المؤقت للتعليمات المكون من 16 كلمة بالكامل في أربع دورات.
كان كراي-1 يحتوي على اثني عشر وحدة وظيفية موصولة بالأنابيب. تم إجراء حساب العنوان 24 بت في وحدة إضافة ووحدة ضرب. يتكون الجزء القياسي من النظام من وحدة إضافة، ووحدة منطقية، وعدد السكان، ووحدة عد صفرية بادئة، ووحدة إزاحة. يتكون الجزء المتجه من وحدات إضافة ومنطقية ووحدات إزاحة. تمت مشاركة الوحدات الوظيفية للفاصلة العائمة بين الأجزاء العددية والمتجهية، وتتكون من وحدات تقريب الجمع والضرب والمتبادلة.
كان للنظام توازي محدود. يمكن أن تصدر تعليمة واحدة لكل دورة ساعة، لأداء نظري يبلغ 80 MIPS، ولكن مع مضاعفة النقطة العائمة للمتجه وإضافة التي تحدث في الأداء النظري المتوازي كان 160  ميغا فلوبس. (يمكن أن تعمل وحدة التقريب المتبادل أيضًا بالتوازي، ولكنها لم تقدم نتيجة حقيقية للفاصلة العائمة - هناك حاجة إلى مضاعفتين إضافيتين لتحقيق قسمة كاملة.)
نظرًا لأن الجهاز مصمم للعمل على مجموعات بيانات كبيرة، فقد خصص التصميم أيضًا دوائر كبيرة لوحدات الإدخال والإخراج. تضمنت تصميمات كراي السابقة في سي دي سي أجهزة كمبيوتر منفصلة مخصصة لهذه المهمة، ولكن لم تعد هناك حاجة إلى ذلك. بدلاً من ذلك، تضمن كراي-1 أربعة وحدات تحكم ذات 6 قنوات، تم منح كل منها إمكانية الوصول إلى الذاكرة الرئيسية مرة واحدة كل أربع دورات. كانت القنوات بعرض 16 بت وتضمنت 3 بتات تحكم و 4 بتات لتصحيح الخطأ، لذا كانت سرعة النقل القصوى كلمة واحدة لكل 100 نانو ثانية، أو 500 ألف كلمة في الثانية للجهاز بأكمله.
وزن النموذج الأولي كراي-1A 5.5 طن بما في ذلك نظام التبريد الفريون. مكونة من مليون كلمة من الذاكرة الرئيسية، الجهاز وإمدادات الطاقة الخاصة به تستهلك حوالي 115 كيلو وات من الطاقة؛ من المحتمل أن يزيد التبريد والتخزين عن هذا الرقم بأكثر من الضعف. وحدة المعالجة المركزية أثناء الاستخدام، واختياريًا كجهاز كمبيوتر أمامي. تم تسليم معظم، إن لم يكن كل، كراي-1As باستخدام متابعة داتا جنرال أكليبس  مثل MCU.