Cray-1 konstruerades av den legendariske Seymour Cray (1925-1996) och tillverkades i Chippewa Falls, Wisconsin i USA, svenskbygder faktiskt. Orten nämns i Utvandrarna.

Seymour Cray måste ha varit en ovanligt kreativ person. Han arbetade ursprungligen på Control Data Corporation och var med och utvecklade CDC 6600 som var en av sin tids kraftigaste stordatorer. Han kände emellertid inte att han fick utvecklas som han ville och startade sitt eget Cray Research. Efter några år slog han världen med häpnad med en maskin som var tio gånger snabbare än 6600:an.

Det sägs att han också tyckte om att tävlingssegla med katamaran. Efter varje säsong slog han sönder sin katamaran för att inte hindras utveckla en ny, bättre båt till nästa säsong.

Museets Craydator, med serienummer 09, köptes in 1976 av Europas motsvarighet till SMHI i Reading i England för väderberäkningar. Ett kuriöst faktum är att varje Cary-1 levererades tillsammans med en låda öl. Efter sju år i England såldes maskinen 1983 vidare till Saab i Linköping för 30 miljoner kronor.

Saab använde den till hållfasthets- och aerodynamiska beräkningar under utvecklingen av flygplanet Gripen fram till 1989. Samtidigt hyrde Linköpings universitet beräkningstid på datorn av Saab för att lösa naturvetenskapliga forskningsproblem. Saabs projekt var militärt och låg på en av frontendmaskinens hårddiskar medan resten av världen fick ha den andra hårddisken. När forskarna räknade på maskinen var diskkanalerna till Saabs disk avstängda. Ett effektivt sätt att se till att Saab fick ha sitt data ifred.

Men maskinen var fortfarande en militär hemlighet och stod i Saabs datorhall omgiven av många säkerhetsspärrar. Då och då kom Rikspolisstyrelsen och FMV dit och tittade så att den stod kvar och inte hade sålts till Sovjet. Det var i efterdyningarna av Containeraffären, när ett antal Digital Equipment VAX 11/782 stoppades just innan de skulle smugglas från Sverige till Sovjetunionen.


Cray-1 nummer 09 framifrån. Maskinen består av tolv kolonner, varav de i mitten är CPU och de fyra på var sin sida är minne och soffan runt omkring döljer nätaggregaten. Du ser hur kortracken är fylld med kort och att varje kort får sin drivspänning från busbars på höger och vänster sida. Kortrackens sidor genomflyts av kyld freon.

Det är så här vi brukar se Cray:an, utan periferienheterna. Det här är bara CPU:n och primärminnet. Nätaggregaten, trefastransformatorer, likriktare med mera, som gör om 208 volt 400 Hz 12-fas till -5,2 och -2 volt finns nere i soffan som sitter runt datorn. Jo, du läste rätt. Cray kördes på 400 Hz och tolv faser! Maskinen är bestyckad med ECL-kretsar som körs på minusspänningar som drar massor av ström och skulle kräva stora silkondensatorer, men med tolvfasig ström blir det betydligt mindre rippel att sila efter likriktning så man kan hålla nere storleken på kondensatorerna. Vid 400 Hz kan transformatorerna också göras mindre än vid 60 Hz. Den 150 kW roterande omformaren för 115 volt 60 Hz (eller 50 Hz i Sverige) till 208 volt 400 Hz 12-fas brukar också stanna utanför bild.

Man brukar inte heller visa de tolv vridtransformatorerna, en för vart och ett av de tolv nätaggregaten. Det var nämligen så att transformatorerna i ”fåtöljen” bara gav nominellt -5,2 volt. Då för tiden fanns inga automatiskt reglerande switchaggregat, ej heller använde man någon annan form av automatisk reglering utan förlitade sig på omformaren för att isolera sig från variationer i nätspänningen. För att få exakt -5,2 volt var man tvungen att justera inspänningen, 115-volten, lite upp eller ned allt efter elnätets variationer, månens fas mm. Det skedde med stora vridtransformatorer i ett särskilt skåp. På skåpets frontpanel satt voltmätare för lågspänningen så man kunde se dem direkt medan man justerade inspänningen.

Normalt visar man inte frontend-datorn (se handboken, nedan), den helt vanliga Data General Eclipse S-200 med 32 kord om 16 bitar, 16 MB hårddisk, hålkortläsare mm, som förberedde data för superdatorn.

Cray:ans hårddiskar visas normalt inte heller, ett par 40-huvudsdiskar med 70 centimeter höga utbytbara packar om 400 MB. Varje drive kostade en halv miljon och vägde 270 kilo.

Ej heller visar man de båda 20-tons kylkompressorerna, de maskiner som kylde R-22-freonet som strömmade genom Cray:ans chassi. Maskinen gjorde av med 115 kW el och den måste kylas bort. Inklusive frontendprocessorer och diskar drog alltihop 160 kW. Den här lilla trevliga soffan krävde egentligen en hel industrilokal.

Idag är Cray-1 inte mycket att hänga i julgranen. Var och varannan hemdator är snabbare.

En som var med


Vi har turen att få tala med Hans Lundgren som arbetade vid Crays nordiska serviceorganisation under 1980-talet och hade ansvar för driften. Han har en del ”grejor” att berätta.


Hans Lundgren jobbade som servicetekniker på Cray i Norden under det glada 80-talet. Det han inte vet om trasiga superdatorer är inte värt att veta.

- Jag drar mig till minnes ett antal exotiska händelser kring den här maskinen. Elfi Kraemer var en var en känd fysikforskare som alltid hade långa jobb. Innan vi hade återstartsrutiner förlorade man jobb om maskinen stannade. En dag fick vi ett temperaturlarm från CPUn och vi såg hur temperaturen sakta steg, grad för grad.

Jag var minst så jag fick krypa in där i soffan med en hammare. Så sa jag till min kollega att ”Om du var en sån där expansionsventil (se ”kylningen och strömförsörjningen” nedan), skulle jag slå dig i huvudet eller i baken?” Vi talar kylskåpsteknik nu. ”I baken” svarade han och så drog jag till med hammaren och då såg vi hur temperaturen först stannade och sedan sakta börja gå nedåt igen. Och då kunde det där jobbet som kanske hade gått ett par veckor, köra klart.

- Forskarna stod alltid i kö för att få igenom sina jobb. Man fick ansöka hos Nationella Forskningsrådet, som det hette på den tiden, om maskintid för att köra på datorn. Maskinen körde i två lägen. Ibland bootade man upp den i forskningsläge med en hårddisk och ibland med Saabs diskpacke när de skulle köra sitt. Det var mycket hysch-hysch och regler då.

- Inga trevliga katastrofer, undrar vi?

- I Saudiarabien hade vi en katastrof. Då fallerade kylsystemet helt och det var problem med ett larm också. Vissa kretskort sitter uppochned och alla kretsar var lödda med lågtemperaturtenn eftersom de skulle kunna bytas utan att kretskortet skulle bli förstört. När temperaturen gick upp ramlade alla kretsar ned i en hel kolumn och då fick alla världens craytekniker offra en del av sina reservdelar. Tack var ett nogsamt flygarbete med kretskort från hela jorden var de uppe igen efter två dagar.

Vi jobbade med lödsug under stereomikroskop och på jordmattor och bytte massor av kretsar på den tiden.

- Maskinen ser ut som en tårta där några bitar saknas för att man ska kunna komma in i den. Det är tolv tårtbitar. De fyra första från var ände är minnes-tårtbitar, kolumner som det kallas. Kolumnerna är delade på mitten vilket ger totalt 16 bankar. När man hämtar ett ord i minnet till CPUn så får man alla 16 på en gång. Det kallade vi snabb cache.

I en vanlig PC är allting baserat på bussar, men här finns det knappast någon buss att tala om. Alla register som ska prata med andra register har en egen väg dit. Varje register kunde få data från varje annat register direkt. Den var blixtsnabb på context-switching.

- Därav den förfärliga mängden sladd?

- Väldigt mycket sladd blev det. Och man har nog inte haft någon budget heller.

Kretskorten sitter på var sin sida om en kylkropp, en kopparplåt. Korten får jordkontakt och kylkontakt genom kylkolonnen i kortrackens väggar. De spänns in med små kilar. Varje vecka lossade vi spännskruvarna och drog åt dem igen och mätte igenom spänningsfallet mellan kopparplåtarna och jord. Och nu efteråt kan jag ju erkänna en sak: Enligt handboken skulle man ta ut korten och gnugga kanterna med Scotch-brite för att få god kontakt, men det gjorde inte vi för vi tyckte det tog för lång tid. Våra engelska kolleger tyckte att vi fuskade.

Stänger man av en sån här maskin så knakar och knäpper det som jag vet inte vad. Det låter lite otäckt när den går från noll till 115 kilowatt.

Statelproblem


CMOS-minne var ganska nytt då och känsligt för statiska urladdningar. När en statisk urladdning inträffade, tappade maskinen minnet helt och hållet (den där apparaten hann göra mycket under tiden för en gnista). För att undvika detta lindades alla externa kablar med ledande väv och jordades och man provade att skjuta på dem med statel-pistol. De skulle klara en gnista på 12 kV. När man uppnått detta för allt kablage fungerade maskinen utan problem, ända tills någon kopplade om något och då fick man göra om allt igen. Ett exempel på detta var de bandstationer man delade med en IBM-dator. Vid omkopplingen kunde minnet ibland tömmas.

Då och då skulle matningsspänningen på alla kretskort kontrollmätas och det handlade om millivolt. En person satt på soffan och satte mätprobar mot kontrollpunkter och en annan läste av voltmätaren. Då och då gick värdena helt överstyr och det var oftast när han med mätprobarna gned rumpan mot soffans konstläder ovanligt mycket.

Det fanns andra anledningar till att maskinen kunde tappa minnet. Ett av dem var Crays minnestestarprogram som skulle köras med bestämda intervaller. Det vägrade den nordiska organisationen att göra eftersom minnet alltid gick sönder en tid efteråt. Programmet stressade nämligen sönder det.

En unik titt på ett kretskort


Man ser inte kretskorten till Cray-maskinerna så ofta, men tekniska Museet har ett löst minneskort. Alla kort i maskinen är lika stora, nämligen 6 x 8 tum, eller 15,2 x 20 centimeter och består av fem lager: två spänningslager, ett jordlager i mitten och signallagren ytterst. Avstånden har valts så att alla ledningar har en impedans på mellan 50 och 60 ohm. Ett kort rymde maximalt 144 IC-kretsar, vanliga 16-pinnars flat-packs, så en dubbelmacka med två kretskort och kylplatta klarade 288 kretsar.

Timingen är intressant. Alla latchar, adderare, subtraherare etc är uppbyggda av samma grindkrets, en kombinerad fyraingångars- och en femingångars NAND med raka och inverterade utgångar. Propagation delay låg mellan 0,5 och 1 nanosekund. Registren framställdes av 16x1 registerkretsar med 6 ns skrivtid, vilket klarar sig bra inom klockperioden på 12,5 ns.

Ett minneskort. De vita kretsarna är CMOS-minnena på 1024 bitar med en accesstid på 50 ns. Notera extraslingorna på kortet här och var. Det var mycket viktigt att alla signaler nådde fram till drivers och latchar samtidigt.

En 96-polig busskontakt i närbild, i den mån man nu kan tala om en "buss". Den bruna vingen till höger är kopparplåten för kylning.

Kylningen och strömförsörjningen


Kylning och strömförsörjning av en maskin i den här storleken är ett delikat problem. Knappt större än en garderob, drar den mer effekt än ett helt hyreshus. Och när den gjort av med strömmen ska hela rasket ut igen som värme. Med 115 kraftfulla kilowatt i en så här liten volym finns det magnifika möjligheter till varma punkter, till exempel vid glappkontakt eller där något kretskort inte gjorde kontakt med kylkolonnerna. Därför kontrollerades maskinen under drift med värmekamera.

Här har vi lyft på ett sofflock och tittar ned på nätaggregaten. Det är tolv uppsättningar transformatorer (med gröna skyddslock). Varannan ger -2,0 och varannan -5,2 volt 2000 ampere. Notera de utomordentligt kraftiga kontaktdonen och det kylda tvåvåningschassit.

Här har vi zoomat in på freonkylningen. Kall freon kommer in från en extern kylkompressor och får strömma igenom maskinens båda chassin (bottenvåningar) och alla kylkolonner i kortrackarna. Mitt i sitter en reduceringsventil / termostat som ska se till att det flyter precis lagom mycket freon. Den kunde haka upp sig ibland och då fick man gå dit och knacka med klubba. ”Monkey Shit” är populärnamnet på isoleringsmaterialet, som inte ser så aptitligt ut. Notera alla dioderna. Varje 12-fastransformator behövde förståss 12 dioder.

CPUns kortrack i närbild. De grå väggarna är kylda och kortens kylplåt skjuts in i spåren varefter kortet låses fast. En kylplåt har ett kretskort uppåt och ett nedåt. Sedan skruvas ledarna för matningsspänning fast.

Kablaget


Kablage är det gott om. Anledningen till att det verkar finnas alldeles för mycket sladd är att alla ledningar måste vara lika långa så att alla signaler kommer fram till CPU:n samtidigt. CPU-kolonnerna är de fyra i mitten. Det finns ingen egentlig databuss utan allting är direkt sammanbundet med allting som behövs.


Här ser du det fina kablaget i närbild. alla signaler överförs på partvinnad ledning med teflonisolering. Lapparna kommer från identifieringsförsök vid serviceingripanden.

Tekniska Museets Cray-1 slutade användas 1989. Man var då tvungen att mala ner nästan alla kretskorten eftersom många komponenter i Cray-1 var hemligstämplade och belagda med särskilda amerikanska exportbestämmelser sedan kalla krigets dagar. Sedan dess har Craydatorns centralenhet stått på Linköpings universitet och därefter på IT-ceum i Linköping innan den nu kommit till Tekniska museet

Och du får ta på den!


Inte ett utställningsföremål, men väl en väldigt sällsynt kaffemugg från Cray Research som vårdas ömt av Tekniska Museets intendent.

Specifikationer och annat gottegott


Läs en del av handboken här i PDF-format. Jag har bara kopierat vissa sidor, nämligen de göttaste.

1-6: Administratörskonsolerna och Eclipse-maskinen i frontend
1-10: Crayens diskenhet
1-12: Kylkompressorn
1-14: Roterande omformare och ställverk
3-3: CPUns organisation. Kolla särskilt alla parallella register
3-4: Specifikationen på primärminnet
3-5: Styrdelen och kort om registren
3-6: forts. om registren, samt aritmetiken
3-7: I/O-kanalerna
B-4: Styrklockans utseende, 12,5 ns repetition rate och 3,3 ns pulsbredd. Tuungt! Samt en del om de underbara nätaggregaten.

Så går du vidare


Cray idag: www.cray.com

Crays egen historia www.cray.com/about_cray/history.html

Tekniskt om Cray: 
www.spikynorman.dsl.pipex.com/CrayWWWStuff/Cfaqp1.html

Läs allt det smaskiga i ”Hardware reference manual”: bitsavers.org/pdf/cray/2240004C-1977-Cray1.pdf

Läs mer om ECL på en.wikipedia.org/wiki/Emitter_Coupled_Logic


Andra utställningar


Just nu pågår också utställningen kom.nu.då alldeles intill Cray-maskinen. Den är en exposé över informationstekniken från tidernas begynnelse. Utställningen är kanske på lite för låg nivå för läsare av detta forum, men det finns ändå några höga ljus, ja, några svenska stoltheter. Strömma dit och titta på rariteterna. Den enda anmärkningen jag har är att utställningen saknar förklarande text på det mesta. Som barn gick jag mycket gärna på museer och jag minns tydligt min frustration när alla fantastiska apparater saknade förklaringar. Nu när man är lite äldre vet man ändå, men jag tänker fortfarande på alla vetgiriga ungar som inte får reda på alla fantastiska detaljer.


BESK är tillbaka där den hör hemma, i Stockholm.


Datorgrafik anno 1954. BESK kunde göra grafik på så sätt att man filmade ruta för ruta på ett oscilloskop. Filmen visar en av tre varianter av en planerad vägsträckning, en av de allra första virtuella världarna. Det förklaras inte alls i utställningen, vilket är tråkigt eftersom det är en pionjär-händelse. Jag råkar dock ha sett det hela på Tekniskt Magasin.


Är det inte vackert? Programremsor till BESK. Åttaställig hålremsa.


En prototyp till svenskarna Scheutz matematikmaskin från 1850 i en på tok för trång monter.


En tysk Enigma (för bruksanvisningen i locket är på tyska). Runt väggarna i montern sitter en karta från Bletchley-området norr om London, där Bletchley Parks dekrypteringsanstalt låg under Andra Världskriget.


En tidig, hembyggd svensk TV med Nipkov-skiva.


Och står det inte en IMSAI 8080 och gosar sig i en monter?



En annan utställning bjuder på gör-det-själv-interaktiv konst. Här ett konstigt videokonstverk som man kan blåsa upp genom en slang. Visas både i urlakat och uppumpat läge.


Och när du ändå är på språng, titta in på Etnografiska museet tvärs över gatan. Där finns en massa som du inte visste om svenska forskare från förr.

Kort om ECL


Minneskort i närbild.

Emitter Coupled Logic var den snabbaste teknologi som fanns under 70- och 80-talen. Till skillnad från TTL (Transistor-Transistor Logic) som var gängse på den tiden och hade ett sving på mellan 5 volt (hög, 1) och 0,7 volt (låg, 0), svingade ECL mellan -1,75 volt (låg, 0) och -0,9 volt (hög, 1).

TTL var av typen bottnad logik. Någon av transistorerna i utgångssteget (pull-up eller pull-down) var alltid helt öppen. Att driva en transistor från sitt helt öppna tillstånd kräver att basen fylls på med laddning vilket tar tid. ECL-logik körs obottnad. Båda utgångstransistorerna var ständigt öppna varför kretsen drog mängder av tomgångsström och blev väldigt varm, men att switcha mellan två närliggande, obottnade nivåer var betydligt snabbare än mellan bottnade tillstånd. Det var tomgångsströmmen som gjorde att Cray behövde 115 kW.

Modern MOS-logik är bottnad, men numera är de laddningar som behövs oändligt mycket mindre.