Импортозамещение на практике. часть 5. восхождение на «эльбрус»

Архитектура процессоров «Эльбрус-4С»

Прежде чем мы начнем подробное изучение архитектуры новых процессоров «Эльбрус-4С», необходимо уделить немного внимания современной архитектуре в целом. Как вам известно, все интегральные решения можно разделить на две большие группы: CISC (Complex Instruction Set Computer) и RISC (Reduced Instruction Set Computer). Уже из названий становится понятно, что CISC-процессоры работают со сложными инструкциями, а RISC — с упрощенными. Сложность инструкций для первой категории заключается в том, что их длина не ограничена. Вдобавок к этому они могут содержать сразу несколько арифметических действий. До начала 1980-х абсолютно все процессоры имели CISC-архитектуру, однако тогдашние исследования компании IBM показали, что сложные инструкции далеко не всегда обрабатываются быстрее, чем последовательность элементарных операций, соответствующая такой сложной инструкции. Так появилась архитектура RISC, предусматривающая использование упрощенных команд.

Примером CISC-архитектуры могут считаться все x86-совместимые процессоры, однако это не совсем так. Работа таких решений базируется на ядре типа RISC. Каждый x86-процессор имеет специальный блок декодирования инструкций, который преобразует CISC-команды в RISC-инструкции.

Российские производители и процессоры

В СССР было налажено производство микропроцессоров – это были, в основном, клоны процессоров Intel, а использовались они в производстве советских ЭВМ. До настоящего времени дожили не все эти производства, в России остались:

  • компания «Микрон» в Зеленограде – производит интегральные схемы на заказ, RFID-метки, контроллеры и другую электронику. Сейчас компания дает 70% российского экспорта электроники;
  • «Ангстрем» – выпускает несколько видов электроники, в том числе есть кристальное производство (но с техпроцессом 600 нм). Не стоит путать с «Ангстрем-Т» – этот завод построили с нуля для производства кристаллов по техпроцессу 90 нм, но в итоге в прошлом году его признали банкротом;
  • МЦСТ (Московский центр спарк-технологий) – производит самые известные в России процессоры «Эльбрус». Уже доступен техпроцесс 28 нм, что можно считать прорывом для России;
  • «Т-Платформы» – производит известные процессоры «Байкал» (28 нм), суперкомпьютеры, технику для государственных органов. Сейчас, судя по всему, находится на грани остановки – из-за уголовного дела против директора, по некоторым данным, на предприятии массовые увольнения;
  • ФНЦ НИИСИ РАН – известен процессором КОМДИВ-64 (65 нм);
  • ПКК Миландр – производит микросхемы, в том числе, и для бытовых приборов вроде «умных счетчиков»;
  • НПЦ «ЭЛВИС» – производит несколько моделей процессоров, в том числе и защищенных от радиации.

Большинство производителей выпускают микроэлектронику исключительно под заказ – типовых продуктов у них немного. Но некоторые из них стали широко известны в СМИ, в том числе благодаря достаточно высокой стоимости.

Так, МЦСТ производит процессоры «Эльбрус» – пока это самые продвинутые процессоры из всех, что производятся в России. Их изготавливают по техпроцессу 28 нм (не 7, как в Qualcomm, но тоже очень неплохо), последние модификации имеют 8 ядер и таковую частоту в 1500 MHz. Процессор позволяет распараллелить вычисления, и это фактически увеличивает его производительность.

Первые «Эльбрусы» стоили сотни тысяч рублей, но сейчас при условии заказа в несколько тысяч единиц можно купить полноценный компьютер на базе процессора «Эльбрус» за 30 тысяч рублей.

Процессор «Эльбрус-8С»

Другой пример – процессоры «Байкал», которые уже дошли до коммерческой версии и продаются по 4000 рублей за штуку. 2-ядерный процессор BE-T1000 с тактовой частотой в 1200 MHz уже сейчас можно купить за 4 290 рублей. Правда, к нему придется докупить дополнительное оборудование и отладочные платы.

Также есть несколько других небольших производств, которые занимаются изготовлением узкоспециализированной электроники, и часто для военных заказчиков (поэтому доступной информации там быть не может). Но в целом уровень производства в России все еще отстает от мировых лидеров, и в большей степени ориентируется на государственного заказчика.

Решения на базе SPARC

Работая с решениями на базе SPARC, компания МЦСТ разрабатывала собственный продукт в виде микропроцессора. В ранних версиях его архитектура была известна под названием E2k. Первая модель процессора на ее основе, получившая название R150, была выпущена в 2001 году. Техпроцесс предполагал использование технологии 350 нм. Работал тот российский процессор на частоте в 150 МГц при производительности, составляющей порядка 150 мегафлопс.

В 2004 году появился гораздо более мощный чип — R500. Его тактовая частота составляла 500 МГц. Выпускался он в рамках более высоких технологичных стандартов — 130 нм. В 2007-м компания МЦСТ выпустила двухъядерный процессор R500S, включивший в себя наработки в сфере технологии SPARC. Его производительность составляла 1 гигафлопс.

Одновременно с развитием микросхем на базе SPARC компания МЦСТ занималась созданием процессора, полностью основанного на собственных разработках ее инженеров. Так, к 2007 году был создан и прошел государственные испытания российский процессор «Эльбрус». Он был изготовлен в соответствии со стандартом 130 нм и работал на частоте 300 МГц. Процессор был оснащен одним ядром и функционировал на скорости 4,8 гигафлопс. Данный чип, а также наработки по нему, положили начало целому семейству микросхем, выросших в технологичные, высокопроизводительные решения. Рассмотрим их.

Бренд «Эльбрус»: основные факты

Другой известнейший как в РФ, так и за рубежом микропроцессорный бренд — «Эльбрус». Чипы под этой маркой уже выпущены в нескольких разновидностях. Есть двухъядерный процессор «Эльбрус». Есть чипы с 4 и даже 8 ядрами.

Есть сведения, что в ближайшее время ПК на основе данных процессоров будут выведены на рынок. Сейчас на базе чипов «Эльбрус» созданы действующие образцы компьютеров самых разных модификаций — ноутбуков, моноблоков, десктопов, серверов. Основными заказчиками ПК, в которых будет устанавливаться российский процессор, разработанный компанией МЦСТ, как ожидается, будут оборонные структуры. Также есть надежды на спрос со стороны крупных бизнесов. Чипы «Эльбрус» могут работать под основными ОС для компьютеров IBM-архитектуры — Windows, Linux.

Рассмотрим подробнее, как создавались процессоры «Эльбрус».

Архитектура «Эльбрус»

Суперскалярные и VLIW процессоры

конвейеризацияпараллельная группировка командin-order superscalarout-of-order superscalarRISCCISCПереход от скалярных процессоров к суперскалярным с возможностью перестановки инструкцийVLIW

О «широкой команде»

  • 6 арифметико-логических устройств (АЛУ), исполняющих следующие операции:
  • 1 устройство для операции передачи управления (CT);
  • 3 устройства для операций над предикатами (PL);
  • 6 квалифицирующих предикатов (QP);
  • 4 устройства для команд асинхронного чтения данных по регулярным адресам в цикле (APB);
  • 4 литерала размером 32 бита для хранения константных значений (LIT);

Широкая команда «Эльбрус»

Особенности архитектуры

Регистровый файлпредикатный файлрежимы спекулятивности по управлению и спекулятивности по даннымПредварительная передача управлениямеханизмом предикатного и спекулятивного исполнения операцийпрограммная конвейеризация цикловАсинхронный доступ

Сравнение VLIW и OOOSS. Преимущества и недостатки

  • Явно выраженный в коде параллелизм исполнения элементарных операций.
  • Точное последовательно исполнение широких команд.
  • Особая роль оптимизирующей компиляции.
  • Дополнительные архитектурные решения для повышения параллелизма операций.
  • Перестановка и параллельное исполнение операций обеспечивается аппаратно в пределах окна исполняемых в данный момент операций.
  • Для переупорядочивания используются скрытые буфера, скрытый регистровый файл, неявная спекулятивность.
  • Достаточно большое окно для поиска параллелизма в перестановки инструкций обеспечивается аппаратным предсказателем переходов.

Исполнение кода в OOOSS и VLIW. Красная команда зависит от желтой и требует ей завершения, при этом коричневая и зеленая операция не зависят от желтой, поэтому их можно выполнять раньше.

Преимущества  Недостатки
Больше открытых возможностей для выражения параллелизма инструкций. Возможные ухудшения производительности при исполнении legacy-кодов.
Лучшая энергоэффективность при схожей производительности. Более сложный код для отладки и анализа.
Более сложный компилятор.
Преимущества Недостатки
Эффективное исполнение legacy-кодов. Расход энергии на многократное планирование одних и тех же операций.
Дополнительная информация о параллельности операций, доступная в динамике исполнения. Аппаратурное ограничение окна исполняемых операций для переупорядочивания.

2018

Сервер с погружным охлаждением на «Эльбрус-8С»

24 сентября 2018 года в России появилось серверное решение на основе отечественных восьмиядерных процессоров «Эльбрус-8С». В ходе его создания четыре таких процессора были объединены между собой российским интерконнектом «Ангара», разработанным в Научно-исследовательском центре электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ). Размер общей для всех процессоров оперативной памяти составил 256 ГБ.

Данный сервер был объединен в кластер с аналогичным сервером на основе четырех четырехъядерных процессоров «Эльбрус-4С» — также с «Ангарой». После этого данный кластер был для охлаждения погружен в жидкость — в серверный бокс, созданный российской компанией Immers, известной на рынке именно своими серверными решениями с погружным охлаждением.

Сервер на восьмиядерных процессорах при этом работает на ОС Windows, на четырехъядерных — на AltLinux. В целом на кластер были портированы российские софтверные технологии компаний:

  • «1С»,
  • Postgres Professional,
  • «Новые облачные технологии»,
  • Spirit ,
  • InfoWatch,
  • ЭОС.

Блейд-сервер на базе «Эльбрусов»

В феврале 2018 года стало известно о планах российской суперкомпьютерной компании РСК в конце года представить на рынке коммерческое блейд-серверное решение на базе отечественных процессоров «Эльбрус».

Блейд-серверное решение РСК на «Эльбрусах». Фото: CNews.ru

По словам Олега Горбачева, в 2017 году было создано, протестировано и отлажено решение РСК на базе «Эльбрус-4С», однако коммерческие планы компании связаны с серверным процессором «Эльбрус-8С».

Коллективом специалистов РСК, МЦСТ и ИНЭУМ им. И. С. Брука уже разработана материнская плата под него и выпущены первые опытные образцы, — рассказал CNews Горбачев. — В данный момент (по состоянию на середину февраля 2018 года — прим. TAdviser) идет процесс разработки решения РСК на базе этой платформы.

Планируется, что в создаваемом решении будут использоваться собственные разработки РСК, в том числе система жидкостного охлаждения на «горячей воде», система мониторинга и управления, интегрированный стек ПО «РСК базис», электропитание (блоки и пр.) и управление серверными фермами.

По оценкам специалистов РСК, теоретическая производительность одного вычислительного узла (блейд-сервера или лезвия) на базе четырех процессоров «Эльбрус-8С» будет превышать 0,5 ТФЛОПС (в двойной точности).

Тираж «Эльбрусов» в 2021 году

Как стало известно CNews, компания МЦСТ — разработчик
линейки российских процессоров «Эльбрус» — планирует в течение 2021 г. заказать
выпуск свыше 10 тыс. своих чипов. Об этом редакции рассказал представитель
компании Максим Горшенин.

В 2021 г. будет выпущено свыше 10 тыс. «Эльбрусов»

Как отмечает Горшенин, на часть планирующихся к выпуску
процессоров у компании уже есть предзаказы. Часть тиража пойдет на пока
неизвестные проекты. Однако назвать примерное соотношение чипов первой и второй
категории собеседник CNews затруднился.

Отметим, что все российские разработчики наиболее
продвинутых процессоров малого нанометража пока вынуждены заказывать их выпуск
за рубежом — как правило, на тайваньской фабрике TSMC. При этом специфика ее
работы такова, что от заказа до прибытия готовой продукции в России проходит
примерно 6 месяцев. Поэтому с учетом того, что МЦСТ рассчитывает в 2021 г.
получить новые чипы в свое распоряжение, заказы компания, очевидно, будет
размещать в первой половине года.

Что же касается нашей страны, то на ее территории необходимых
производственных мощностей пока просто нет. Создание в России фабрик, способных
выпускать чипы с топологией 28 нм и ниже (вплоть до 5 нм) прописано в
утвержденной в январе 2020 г. стратегии развития электронной промышленности на
период до 2030 г. — но без указания каких-либо четких сроков.

А пока самое развитое в этом отношении зеленоградское
предприятие «Микрон» наладило серийный выпуск продукции только по нормам 90 нм
и обзавелось мощностями, способными произвести процессоры по топологии 65 нм
для опытно-конструкторских разработок.

Процессоры «Эльбрус»

МЦСТ — эпоха современной России

интервью«Эльбрус 2000»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2008 года
Техпроцесс, нм 130
Количество ядер 1
Тактовая частота, ГГЦ 0,3
Производительность, Гфлопс 4,8 — 32 бита; 2,4 — 64 бита
Мощность, ВТ 6
Кеш 1 уровень — 64 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень — 256 Кбайт
Число транзисторов, миллионов 75,8 

«Эльбрус-S»

Характеристика Описание
Год выпуска Представлен общественности в октябре 2010 года
Техпроцесс, нм 90
Количество ядер 1
Тактовая частота, ГГЦ 0,5
Производительность, Гфлопс 8 — 32 бита; 4 — 64 бита
Мощность, ВТ 13 — типовая; 20 — максимальная
Кеш 1 уровень — 64 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень — 2 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 218

«Эльбрус-2C+»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2011 года
Техпроцесс, нм 90
Количество ядер 2 + 4 ЦСП
Тактовая частота, ГГЦ 0,5
Производительность, Гфлопс 28 — 32 бита; 8 — 64 бита
Мощность, ВТ 25
Кеш 1 уровень — 64 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень — 1 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 368

«Эльбрус-4C»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2015 года
Техпроцесс, нм 65
Количество ядер 4
Тактовая частота, ГГЦ 0,8
Производительность, Гфлопс 50 — 32 бита; 25 — 64 бита
Мощность, ВТ до 60
Кеш 1 уровень — 128 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень —  8 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 986

«Эльбрус-1C+»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2015 года
Техпроцесс, нм 40
Количество ядер 1 + 1 с ускорителем 2D графики + 1 с ускорителем 3D графики
Тактовая частота, ГГЦ 1
Производительность, Гфлопс 24 — 32 бита; 12 — 64 бита
Мощность, ВТ 10
Кеш 1 уровень — 128 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень —  2 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 375

«Эльбрус-8C»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2016 года
Техпроцесс, нм 28
Количество ядер 8
Тактовая частота, ГГЦ 1,3
Производительность, Гфлопс 250 — 32 бита; 125 — 64 бита
Мощность, ВТ 80
Кеш 1 уровень — 128 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень —  4 Мбайт;3 уровень — 16 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 2730

«Эльбрус-8CB»

Характеристика Описание
Год выпуска Производство с 2020 года
Техпроцесс, нм 28
Количество ядер 8
Тактовая частота, ГГЦ 1,5
Производительность, Гфлопс 576 — 32 бита; 288 — 64 бита
Мощность, ВТ 90
Кеш 1 уровень — 128 Кбайт + 64 Кбайт (команд+данных);2 уровень —  4 Мбайт;3 уровень — 16 Мбайт
Число транзисторов, миллионов 3500

данным
mcst.ru

Возможности

Для инициализации всех компонентов готового компьютера на Эльбрусе применяется аналог BIOS, именуемый программой начального старта. Она способна выполнить подготовительные работы при запуске и передать управление на загрузку операционной системы.

Windows или Linux применить в таком варианте компьютера невозможно. Используются собственные ОС от МЦСТ. Их за все время появилось несколько, и все их объединили под названием «Операционные системы Эльбрус». Вскоре, вместе с серийным выходом Эльбрус-8СВ выйдет новая ОС Эльбрус-linux – на основе ядра linux. По составу пакетов последняя ОС близка к Debian 9 версии.

Приложения с открытым исходным кодом без особых проблем портируются на Эльбрус-linux. Игры с Open Source тоже были перенесены и запущены на процессоре Эльбрус 4 поколения (4 ядра, 800 МГц). Например:

  1. Консольный Doom 3.
  2. The Elder Scrolls III: Morrowind.
  3. Counter strike 1.6.

Такие игры были портированы командой МЦСТ. Разработчикам пока что не выгодно портировать игры под систему Эльбрус, потому как прибыли с этого на данном этапе развития экосистемы они не получат. Но не исключено, если исходники современных популярных игр (Dota 2, GTA 5, PUBG) будут в руках разработчиков, они смогут их скомпилировать и без проблем запустить на ПК.

Технические характеристики «Байкал-М»

Остался не полностью раскрытым вопрос: «Что лучше — процессор «Эльбрус» или «Байкал»?» Предлагаем читателю сделать для себя выводы самостоятельно. Для этого мы приведем полные технические характеристики российской разработки «Байкал-М»:

  • Потребление электроэнергии: не превышает 30 Вт.
  • Наличие аппаратных ускорителей, поддерживающих российские государственные стандарты 28147-89, 34.11-2012.
  • Полная поддержка режимов доверенной загрузки.
  • Четыре выхода USB 2.0, два выхода USB 3.0.
  • Наличие двух контроллеров SATA 6G. Каждый из них поддерживает скорость обмена информации до 6 Гбит в секунду.
  • Наличие двух контролеров 10-гигабитных сетей Ethernet.
  • Наличие двух контроллеров гигабитных сетей Ethernet.
  • Контроллеры полностью поддерживают приоритизацию трафика, а также виртуальные сети VLAN.
  • Видеотракт, поддерживающий HDMI, LVDS.
  • Аппаратное декодирование видеофайлов.
  • Графический сопроцессор Mali-T628, имеющий восемь ядер.
  • Кэш-память второго уровня — 4 Мб.
  • Кэш-память третьего уровня — 8 Мб.
  • Интерфейс оперативной памятью — два канала по 64 бит.
  • Аппаратная поддержка виртуализации.
  • Поддержка системой технологии Trust Zone.
  • Рабочая частота, доходящая до 2 ГГц.
  • Восемь ядер ARM Cortex-A57. Разрядность при этом — 64 бит.

Вот мы с вами в общих чертах и изучили рынок российских процессоров. Самыми популярными разработками считаются на сегодня продукты отечественных корпораций «Байкал» и «Эльбрус». Это неудивительно: процессоры применяются для домашних компьютеров. Но какой из них лучше? На сегодня лидером среди российских разработок является высокопроизводительный и энергоэкономичный «Байкал М». Однако совсем скоро в массовое производство выйдет 16-ядерный «Эльбрус 16С», достойный конкурент даже ведущих зарубежных производителей процессоров.

Продукция «Байкал»

Кто-то наверняка уже слышал о российских 6-ядерных процессоров. В таком разговоре не раз промелькало название . Главное ее отличие (для потребителей) от МЦСТ «Эльбрус» в том, что «Байкал» производит продукцию не только для персональных компьютеров, но и для промышленного сегмента.

Сегодня можно выделить два главных пути развития данной корпорации:

«Байкал Т». Что скрывается под данным названием? Это процессоры, которые можно с успехом использовать для роутеров, маршрутизаторов, офисной техники, широкого спектра телекоммуникационного оборудования, офисных устройств, ЧПУ, мультимедийных . А вот эта разработка призвана стать «сердцем» не только персональных компьютеров, но и промышленного оборудования, систем управления зданиями. Согласитесь, очень интересно. Главные характеристики изобретения: энергоэкономия и высокая производительность, которую будут обеспечивать 8 ядер.

Насколько они российские?

Истории о российских производителях электроники часто разбиваются о критику касательно страны производства процессоров. Так, в России производство кристаллов на данный момент развито не очень – даже «Эльбрус» и «Байкал» производятся на мощностях компании TSMC на Тайване. Исключительно российское производство пока ограничено техпроцессом в 65 нм – более точного производства в России еще нет.

Здание фабрики FAB 15 компании TSMC, Тайвань

Но, как было сказано выше, изготовление физического ядра процессора – лишь меньшая из задач. Более того, TSMC занимается производством пластин процессоров едва ли не для всех крупных производителей электроники, включая Intel (не все, но, например, модели Atom), Qualcomm, AMD, NVIDIA, ARM, Apple и многих других, и занимает более 55% рынка контрактного производства микросхем в мире.

Остальная же часть процессоров – исключительно российского происхождения. Самое главное – права на топологию микросхем (то есть, сама конструкция процессора) остаются в России, поэтому их называют российскими производителями. Например, архитектуру, схемотехнику и топологию процессора «Эльбрус-8С» разрабатывают специалисты российского Института электронных управляющих машин, поэтому этот процессор проходит по требованиям государственных контрактов.

Изначально сама идея производить в России процессоры была связана с вопросами безопасности – некоторые данные просто нельзя обрабатывать на компьютерах с процессорами Intel или AMD, которые сохраняют риски утечки данных.

Так что даже процессоры с ядрами тайваньского производства – уже большой шаг к импортозамещению. Но, увы, пока российские достижения не дошли до бытового использования и вряд ли дойдут в обозримом будущем.

Методика тестирования

Для генерации нагрузки мы использовали популярную и проверенную временем программу Flexible IO (FIO).

Обе СХД сконфигурированы согласно нашим же рекомендациям по настройке, исходя из требований к высокой производительности на блочном доступе, поэтому используем дисковые пулы DDP (Dynamic Disk Pool). Чтобы не искажать результаты тестирования, на обеих СХД отключаем компрессию, дедупликацию и RAM-кэш.

Созданы 8 D-LUN-ов в RAID-10 по 500 ГБ, каждый, суммарный полезный объём составляет 4 ТБ (т.е. примерно 70% от возможной полезной емкости данной конфигурации).

Выполняться будут основные и популярные сценарии использования СХД, в частности:

первые два теста эмулируют работу транзакционной СУБД. В этой группе тестов нам интересны IOPS-ы и задержка.

1) Случайное чтение маленькими блоками 4k
a. Размер блока = 4k
b. Чтение/запись = 100%/0%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Full Random

2) Случайная запись маленькими блоками 4k
a. Размер блока = 4k
b. Чтение/запись = 0%/100%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Full Random

вторые два теста эмулируют работу аналитической части СУБД. В этой группе тестов нам также интересны IOPS-ы и задержка.

3) Последовательное чтение маленькими блоками 4k
a. Размер блока = 4k
b. Чтение/запись = 100%/0%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Sequential

4) Последовательная запись маленькими блоками 4k
a. Размер блока = 4k
b. Чтение/запись = 0%/100%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Sequential

третья группа тестов эмулирует работу потокового чтения (пример – онлайн трансляции, восстановление резервных копий) и потоковой записи (пример – видеонаблюдение, запись резервных копий). В этой группе тестов нам уже интересны не IOPS-ы, а MB/s и также задержка.

5) Последовательное чтение большими блоками 128k
a. Размер блока = 128k
b. Чтение/запись = 0%/100%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Sequential

6) Последовательная запись большими блоками 128k
a. Размер блока = 128k
b. Чтение/запись = 0%/100%
c. Количество работ = 8
d. Глубина очереди = 32
e. Характер нагрузки = Sequential

Каждый тест будет длиться один час без учета времени прогрева массива в 7 минут.

Кому все это нужно

Итак, российские процессоры имеют более чем скромные параметры по сравнению с топовыми моделями от Intel, AMD и Qualcomm, при этом дороже зарубежных аналогов в разы, а использовать их в домашнем компьютере не получится еще долгие годы. Так зачем они нужны?

Ответ на этот вопрос складывается из нескольких частей:

  • собственное производство микросхем – это вопрос престижа страны, а также гарантии поставок даже при самых жестких санкциях (правда, в нынешнем виде – пока санкции не дойдут до Китая);
  • требования к производительности, экономичности и тепловыделению не так важны, как требования к защищенности. Российские производители готовы выпускать процессоры с защитой от радиации, а российское производство гарантирует защиту информации;
  • в некоторых задачах российские процессоры сопоставимы по производительности с зарубежными или даже превосходят их.

Последний пункт можно рассмотреть на примере процессора «Эльбрус-4С». На первый взгляд, 4 ядра и тактовая частота в 800 MHz при техпроцессе 65 нм – это далеко не уровень настоящего времени. Но архитектура этого процессора (разработанная в России), позволяет распараллеливать задачи не на уровне самого процессора, а на уровне компилятора – специальной программы, которая передает конкретные команды на процессор. Другими словами, благодаря более оптимальному распределению задач производительность процессора выше, чем у аналогичного по тактовой частоте.

С другой стороны, российская разработка не способна без адаптации работать с обычными операционными системами и приложениями х86. Конечно, их можно запустить и на «Эльбрусе», но по производительности такая система будет уступать конкурентам.

Говоря проще, российские процессоры окажутся быстрее в тех задачах, под которые их создавали. Например, «Эльбрус-4С» справился с шифрованием данных по российскому алгоритму (по ГОСТ) быстрее, чем Intel Core i7-2600. Но американская разработка оказалась быстрее в «стандартной» процедуре архивации и распаковки данных.

Поэтому российские разработки точно найдут своего потребителя – пока это государственные структуры, которые нуждаются в сертифицированных по российским стандартам компьютерах. А вскоре клиентами могут стать и телеком-операторы, поскольку наступит время исполнения так называемого «Пакета Яровой».

Немного об архитектурах процессоров Байкал-М и Эльбрус

Байкал-М

Байкал-М — процессор на основе 64 разрядной RISC архитектуре ARM (armv8, aarch64), имеет 8 ядер, которые реализуют микроархитектуру ядер Cortex-A57.

Схема микроархитектуры Cortex-A57:

Устройство конвейера Cortex-A57:

Особенности ядер Cortex-A57:

  • 64 битная архитектура armv8.0a
  • FP/SIMD расширения VFPv4 и NEON
  • Внеочередное исполнение
  • Предсказание ветвлений
  • Поддержка виртуализации
  • 8 портов на исполнение микроопераций:
    • 2 Загрузки/Сохранения
    • 2 простых АЛУ (сложение, сдвиг)
    • 1 блок ветвлений
    • 1 АЛУ для умножения, деления
    • 2 блока SIMD/FPU
  • 3 уровневый декодер команд
  • Кеши
    • 48 КБ L1 кэш команд (3 канальный, ассоциативный, размер линии 64 байта)
    • 32 КБ L1 кэш данных (2 канальный, ассоциативный, размер линии 64 байта)
    • 32 КБ L1 кэш данных (2 канальный, ассоциативный, размер линии 64 байта)
    • В Байкал-М 1 МБ L2 на 1 кластер (2 ядра в кластере), в сумме 4 МБ
    • Кэш L3: 8 МБ

Моё видео о сравнении Байкала и Эльбруса:

Эльбрус-8СВ

Эльбрус-8СВ — процессор на основе 64 разрядной VLIW архитектуры E2K 5го поколения (e2k, elbrus-v5), имеет 8 ядер.

Схема микроархитектуры E2K:

Подробные детали микроархитектуры E2K:

Особенности ядер elbrus-v5:

  • 64 битная VLIW архитектура elbrus-v5
  • 128 (+ 8 бит на тег) разрядные регистры (были 80 бит + 4 бита на тег) и SIMD расширения
  • 256 регистров (поддержка регистровых окон), 32 регистра из 256 — глобальные
  • Предикатный файл на 64 бита (32 2 битовых флажков)
  • 6 АЛУ блоков (с разными возможностями):
    • 4 могут в Load
    • 2 могут в Store
    • 6 целых/сдвиговых АЛУ
    • 6 вещественных АЛУ
    • 4 сравнивающих блоков
    • 4 целочисленных умножений
    • 6 вещественных умножений
    • 4 целочисленных векторных блоков
    • 2 вещественных векторных блоков
    • 1 деление и квадратный корень
  • Блок предпоткачки массивов
  • Блок аппаратной поддержки циклов (можно зациклить одну Широкую Команду без прыжков)
  • Явный спекулятивный режим
  • Кеши
    • 128 КБ L1 кэш команд (4 канальный, ассоциативный, размер линии 256 байт)
    • 64 КБ L1 кэш данных (4 канальный, ассоциативный, размер линии 32 байта)
    • L2: 512 Кбайт в каждом ядре, 4 Мбайт суммарно (Размер линии: 64 байт, Ассоциативность: 4)
    • L3: 16 Мбайт в процессоре (Размер линии: 64 байт, Ассоциативность: 16)
  • Нет предсказателя ветвлений (будет в поколении 7)
  • Нет переупорядочивания инструкций (Ложится на плечи компилятора)

Микропроцессор «Эльбрус-32С»

Микропроцессор «Эльбрус-32С» предназначен для универсальной и
специализированной обработки информации в составе средств вычислительной
техники с производительностью терафлопового и петафлопового диапазонов,
говорится в документах. Чип в составе высокопроизводительных
серверов, СХД и суперЭВМ предназначен для оснащения
промышленных и специальных систем с повышенными эксплуатационными требованиями,
учреждений РАН, аэрокосмической отрасли и атомной энергетики, ТЭК, искусственного
интеллекта и пр.

Минпромторг готовит чип для Минобороны

В состав микропроцессора войдет не менее 32 процессорных
ядер с архитектурой «Эльбрус». Их пиковая производительность составит не менее
6 Тфлопс, суммарный объем кэш-памяти — не менее 64 Мбайт. Суммарная пиковая
пропускная способность всех каналов памяти составит как минимум 170 Гбайт/с,
объем оперативной памяти — 2 Тбайта на микропроцессор.

Разработка чипа будет вестись с использованием современных
САПР и по технологии 6 нм и ниже. При разработке микросхем должны применяться комплектующие
и материалы отечественного производства, подчеркивается в техзадании. Впрочем в технически
обоснованных случаях допускается применение комплектующих изделий и
конструкционных материалов иностранного производства в разрабатываемых микросхемах,
что должно быть обосновано на этапе разработки технического проекта, говорится
там же.

Информация

Микропроцессор Эльбрус-8С (1891ВМ028) — высокопроизводительный процессор общего назначения с улучшенной архитектурой Эльбрус, позволяющей выполнять до 25 операций за один такт в каждом ядре — 250 млрд. операций с плавающей запятой в секунду. Спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 28 нм, позволяющим снизить энергопотребление.

Особенности «Эльбрус-8С»:

  • Оригинальная архитектура Эльбрус, обеспечивающая высокую производительность в математических расчётах, криптографии, цифровой обработке сигналов.
  • Аппаратная поддержка защищенных вычислений. Отдельный стек вызовов, дающий преимущества с точки зрения информационной безопасности.
  • Исполнение двоичных кодов в системе команд Intel х86 и х86-64 с помощью динамической трансляции без перекомпиляции программ.
  • Расширенный температурный диапазон от −60 до +85 градусов.

Наличие 4 каналов доступа к памяти и 3 каналов межпроцессорного обмена позволяет строить масштабируемые вычислительные комплексы, обеспечивающие высокую скорость обработки и передачи информации.

Варианты наименования
Кириллица Эльбрус-8С
Латиница Elbrus-8C
Документация Микросхема интегральная 1891ВМ028 (ТВГИ.431281.025)

Примечание: ранние выпуски данной микросхемы обозначались как «Эльбрус-8С1».

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Советчик
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector