Следующий удар по позициям суперЭВМ с матричной архитектурой нанесли две машины фирмы Control Data Corp. - CYBER-203 и CYBER-205. Пиковая производительность первой составила 100, а второй - уже 400 MFLOPS.

CRAY-1 совершает переворот Векторно-конвейерный суперкомпьютер STAR-100 и машины серии CYBER- 200, образно говоря, явились только "нокдауном" для матричной архитектуры. Нокаутирующий удар был нанесен в 1974 г., когда Крей, к тому времени покинувший корпорацию CDC и основавший собственную фирму Cray Research, объявил о выпуске CRAY-1 - векторно-конвейерной суперЭВМ, ставшей эпохальным событием в мире вычислительной техники. Эта малогабаритная машина (ее высота немного превосходит средний человеческий рост, а занимаемая процессором площадь чуть больше 2,5 кв.м), имела производительность 160 MFLOPS и емкость оперативной памяти 64 Мбайт. После непродолжительной пробной эксплуатации в Лос-Аламосской лаборатории, где новинка получила самые высокие отзывы программистов и математиков, Cray Research наладила серийный выпуск машин CRAY-1, которые активно раскупались в США. Любопытно, что администрация США в должной степени оценила стратегическую ценность CRAY-1 и контролировала поставки этого компьютера даже в дружественные государства. Появление CRAY-1 вызвало интерес не только у пользователей, нуждающихся в средствах сверхскоростной обработки данных, но и у специалистов по архитектуре суперкомпьютеров. Для многих неожиданным (а для разработчиков CYBER-205 даже неприятным) стал тот факт, что с большинством задач маленький компьютер CRAY-1 справлялся быстрее, чем значительно превосходящий его по габаритам и пиковой производительности CYBER-205. Так, при тестировании на пакете решения линейных уравнений LINPACK Джек Донгарра из Национальной лаборатории в Аргонне оценил производительность CRAY-1S в пределах 12 - 23 MFLOPS в зависимости от способа программирования, тогда как CYBER-205 показал производительность лишь 8,4 MFLOPS. Объяснение нашлось, как только вспомнили о законе Амдала (G.Amdahl), который известный архитектор системы IBM/360 сформулировал в 1967 г. в виде следующего постулата: "Производительность вычислительной системы определяется самым медленным ее компонентом". Применительно к векторным суперЭВМ парадокс Амдала преломляется следующим образом. Любая задача, выполняемая в суперЭВМ, состоит из двух взаимосвязанных частей - векторных команд, сгенерированных компилятором при векторизации исходной программы, и скалярных операций, которые компилятор не сумел перевести в векторную форму. Если представить себе суперкомпьютер, который умеет одинаково быстро производить скалярные и векторные операции, то парадокс Амдала "не срабатывает" и такая система с равной скоростью будет выполнять задачи любой степени векторизации. Но само собой, что скалярная обработка занимает больше времени, плюс ко всему CRAY-1 при цикле 12,5 нс обладает большим быстродействием скалярной обработки по сравнению с компьютером CYBER-205, у которого цикл равен 20 нс.

Существует еще одна причина, по которой CRAY-1 превосходит CYBER-205 по скорости решения большинства прикладных задач. Впервые в практике сверхскоростной обработки данных, а возможно, и вообще в вычислительной технике CRAY-1 был разработан как компьютер с полностью законченной архитектурой "регистр-регистр". Все операции обработки данных, которые выполняет центральный процессор этой машины, выбирают операнды и записывают результаты вычислений, используя не оперативную память, как это было сделано в CYBER-205 и более ранних суперкомпьютерах, а специально предназначенные для этой цели программно-адресуемые регистры. Для реализации этой архитектуры в CRAY-1 было введено принципиальное новшество - векторные регистры, которые адресовались командами центрального процессора подобно обычным регистрам данных, но могли запомнить до 64 элементов вектора каждый при 64- разрядном формате отдельных элементов. Естественно, что по сравнению с CYBER-205 каждая отдельная векторная команда в CRAY-1 выполнялась быстрее, поскольку операции типа "регистр-регистр" отличаются от операций типа "память-память" меньшими временными затратами на чтение операндов и запись результата. Однако решающие преимущества CRAY-1 перед суперЭВМ CDC и матричными суперкомпьютерами определяются не столько лучшей сбалансированностью показателей производительности, сколько простотой и удобством эксплуатации, а также высоким качеством системного программного обеспечения. При разработке своей первой суперЭВМ Крей принял во внимание то важное обстоятельство, что большинство существующих пакетов прикладных программ написано на языках последовательного типа, чаще всего на языке FORTRAN. Поэтому в состав программного обеспечения CRAY-1 был включен интеллектуальный FORTRAN-компилятор CFT, способный обнаруживать параллелизм в программах последовательного действия и преобразовывать их в векторизованный код. Естественно, что при таком подходе все имеющееся у пользователя программное обеспечение с незначительными доработками может быть перенесено на суперЭВМ.

Кроме векторизации циклических конструкций, в компиляторе CFT суперкомпьютера CRAY-1 было введено еще одно принципиальное новшество - автоматический поиск в исходной программе и построение многоконвейерных цепочек. Суть его заключается в следующем: если в программе встречаются две связанные векторные операции (т.е. результат первой служит операндом второй), то в отличие от случая связанных скалярных операций, когда выполнение второй операции начинается только после завершения предыдущей, обе векторные команды могут обрабатываться практически параллельно, что удваивает производительность системы.

В целом CRAY-1 продемонстрировал то, как надо сочетать простоту и эффективность технических решений в области аппаратного и программного обеспечения суперкомпьютера с простотой и удобством его использования и, в первую очередь программирования в привычной для большинства разработчиков среде "классических" последовательных языков типа FORTRAN.

Спустя некоторое время, специалисты из Fujitsu, Hitachi и Nippon Electric (NEC) в короткие сроки сумели выдать настоящий ответ Крею из шести моделей суперЭВМ, мало уступающих CRAY-1 по основным характеристикам, а кое в чем и превосходящих свой американский прототип.

Дело в том, что в начале 70-х годов Япония включилась в гонку суперкомпьютеров, объявив о начале государственной программы создания ЭВМ сверхвысокой производительности. В качестве основных исполнителей этой программы были выбраны три ведущие компьютерные фирмы Японии. Корпорация NEC образовала совместное предприятие с Honeywell под названием Honeywell-NEC Supercomputers (HNS), а фирма Fujitsu сумела заключить соглашение с Джином Амдалом, который к тому времени ушел из IBM и основал собственную компанию Amdahl Corp. Плодом этого союза стала машина AMDAHL V/6, открывшая эру компьютеров на больших интегральных схемах и заставившая всерьез поволноваться руководство IBM, когда выяснилось, что эксплуатационные характеристики AMDAHL V/6 не оставляют серьезных шансов на победу ни одному из компьютеров IBM того времени. Обладая технологией и опытом разработки ЭВМ на БИС, которых американцы в ту пору не имели, так как CYBER-200 и CRAY-1 были разработаны на микросхемах средней степени интеграции, японские фирмы пошли в наступление на фронте суперкомпьютеров.