С 2005 года MCST разрабатывает процессор «Эльбрус», являющийся преемником одноименной идеологии MVK, но изготовленный по современным техническим стандартам. Новая архитектура Elbrus, в принципе, полностью отечественная, похожая на перекрывающуюся архитектуру VLIW.
Что такое процессор “Эльбрус”?
Сегодня весь мир активно переживает глобализацию, то есть интеграцию и консолидацию глобальных экономик, политик, культур и религий. Это приводит к тесной взаимосвязи в области компьютерных технологий и телекоммуникаций.
Многие компьютерные устройства имеют крупных производителей, поставляющих их на весь мировой рынок.
Это имеет дополнительные преимущества в идеальной ситуации открытой экономики и разрушения «железного занавеса».
- высокая степень контроля качества и культуры производства с полностью замкнутым циклом, непосредственно контролируемые фирмой под свою ответственность;
- полное соответствие стандартам (которые, как правило, сам же производитель и разработал), что упрощает вопросы взаимозаменяемости, поддержки со стороны ПО и т.д.;
- огромные масштабы производства приводят к снижению себестоимости, а следовательно – и цен для конечных потребителей продукции.
В то же время есть и серьезные недостатки.
- угроза национальной безопасности государства при лишении доступа к иностранным компонентам и технологиям, которые используются в правительственной сфере и военно-промышленном комплексе;
- возможность давления на экономическое благосостояние путём применения к крупнейшим компаниям санкций по политическим мотивам;
- в случае возникновения проблем с производством появляются всеобщие перебои с поставками и рост цен;
- утечка научно-технического потенциала и квалифицированных кадров из государства.
Эти проблемы решаются путем создания и внедрения собственных внутренних разработок, как в случае с советским вычислительным комплексом «Эльбрус».
История появления и особенности отечественной архитектуры процессоров
Эльбрус» — так называлась первая процессорная архитектура и первый суперкомпьютер, созданный на ее основе. Изначально они были созданы как часть системы противородовой обороны по заказу армии.
Архитектура процессора описывает набор поддерживаемых заказов, способ их выполнения, использование регистраторов и адресов.
Его разработка началась в 1973 году в Институте дорогостоящей инженерной информатики (ИТМиВТ) под руководством академика В.С. Барсева, ученого в области систем управления и проектирования католических ЭВМ.
При создании машины использовались передовые технологии того времени.
Архитектура Over -Profile Architecture — это архитектура процессора, использующего множество последовательностей команд, которые посылают команды на выполнение многим блокам исполнения одновременно. Планирование потока команд является динамическим и выполняется самим процессором.
Первый многопроцессорный вычислительный комплекс (МПК) «Эльбрус-1» был запущен в 1980 году. Он мог содержать до 10 процессоров и имел производительность 12 миллионов операций в секунду. Объем оперативной памяти составлял 64 МБ (или 2 20 машинных слов).
Многопроцессорный компьютерный комплекс Ли Эльбрус-1
Однако компьютерные технологии быстро развивались, и следующая модификация MCC появилась в 1985 году. Названный Эльбрус-2, благодаря использованию новых материалов производительность увеличилась до 125 миллионов процессоров в секунду при использовании комбинации из 10 процессоров (два из которых были резервными). Оперативная память также была увеличена до 144 МБ. Эльбрус-2 нашел применение в таких проектах.
- РЛС “Дон-2Н” – стационарная радиолокационная станция кругового обзора, главный узел ПРО Москвы; ;
- Ядерный центр Арзамас-16 (ныне закрытый город Саров) – первый в СССР центр ядерных исследований, входит в структуру ГК “Росатом”;
- Ядерный центр Челябинск-70 – ныне закрытый город Снежинск в структуре предприятий ГК “Росатом”.
В то же время были созданы упрощенные версии MCU-ELBRUS-1K2 и Эльбрус-В. В то же время были созданы упрощенные версии МВК «Эльбрус-1К2» и «Эльбрус-В», которые использовались для плавной замены устаревшей вычислительной системы БСМ-6.
После успешного запуска «Эльбруса-2» активно продолжалась разработка следующей модификации, получившей название «Эльбрус-3». Он имеет множество архитектурных усовершенствований и рассчитан на использование 16 процессоров. Однако из-за различных исторических событий и финансовых трудностей проект не был завершен.
На перепутье: сотрудничество с Sun Microsystems
После распада Советского Союза в 1992 году на базе сотрудников ИТМиВТ было создано ТОО «Московский технологический центр SPARC (MCST)» (в настоящее время АО «MCST»). Новая компания работала с Sun Microsystemss в США до 1996 года, чтобы облегчить вычисления двигателя. Архитектура SPARC (что отражено в ее названии).
SPARC (Scalable Processor Architecture) — это открытая 32- и 64-разрядная микропроцессорная архитектура, основанная на сокращении команд (RISC).
Общая работа с крупными компаниями позволила МЦСТ получить доступ к передовым технологиям, таким как разработка процессоров, написание компиляторов и проектирование систем. В результате к 2007 году выпускались только микропроцессоры, основанные на архитектуре и вычислительной системе SPARC: MCST-R100, MCST-R150, MCST-R500 и MCST-R500S.
Процессор ICST-R500 на базе архитектуры SPARC.
Однако, хотя этот период позволил МЦНТ остаться в живых, сохранить и укрепить свою научно-техническую базу, местная архитектура не была забыта.
Микропроцессоры особенно безопасны и позволяют избежать ввоза «карт «**, как их называли, например, программ, способных вывести из строя или уничтожить компьютерный материал.
История
Эльбрус» — это линейка микропроцессоров российского производства. Текущая модель основана на оригинальном суперкомпьютере «Эльбрус-3». Поскольку сборка и ошибки не были завершены, материал состоял из различных шкафов, которые позже были разобраны. Идея, заложенная в «Эльбрус-3», была воплощена в создании отечественного микропроцессора «Эльбрус», который был выпущен десять лет назад.
В течение следующего десятилетия процессор постоянно совершенствовался. Улучшения заключались в увеличении гигафлопной мощности и нанометровом сокращении технических процессов. Инновации были особенно важны для процессоров Эльбрус-8С, Эльбрус-4С и Эльбрус-2С+.
Где производится процессор «Эльбрус»?
Все модели серии «Эльбрус» производятся на заводах «Микрон» и «Ангстрем» в Зеленограде. Последние модели Эльбрус-8С производятся на заводе TSMC в Тайване. Это связано с тем, что в России нет разработок в области микроэлектроники с 28-нанометровой технологией.
Разработки МЦСТ
Последняя модифицированная версия Эльбрус-8СВ, созданная в 2018 году, является результатом целого ряда разработок. Масштабное движение запланировано на этот год. Российский процессор оснащен современным ART-чипом и имеет производительность 580 гигафлопс. По сравнению с первым микропроцессором серии, мощность 8CB значительно возросла (более чем в 100 раз).
Архитектура процессора «Эльбрус» состоит из 1-8 ядер, включая графическое ядро. В процессе конструирования используется технологический поток (размер транзистора) 130-28 нм. Набор команд на русском языке, разработанный АО «МЦСТ» и аналогичный «Эльбрус-3». Улучшенная модель совместима практически со всем программным обеспечением и позволяет создавать до 25 функций на часы.
Только свои наработки
MCST (Технологический центр SPARC в Москве) разработал только операционный блок, логику процессора и топологию чипа, так как не использовал сторонние идеи. Их подход настолько нестандартен, что продукт отличается от различных лицензионных версий процессоров от Intel, ARM и других. Это внутренняя эволюция, которая не имеет аналогов. К сожалению, MCST не может полностью взять на себя процесс роста, поэтому некоторые блоки приходится заимствовать у внешних компаний. Эти блоки применяются только к индивидуальным разработкам после лицензирования. Наличие заимствованных данных не отрицает того факта, что процессор является российским.
Процесс построения
Программное обеспечение во многом схоже с программным обеспечением центрального процессора. Он использует язык высокого уровня Verilog или HDL для интерпретации любой логической единицы. После того, как программист создал описание логической единицы, он передает его вверх по цепочке через язык высокого уровня. Следующий шаг — интеграция работы разработчика и третьей стороны. В результате получается единый проект.
Следующий шаг: создание топологии. Это означает окончательную компоновку рациональной схемы с транзисторами и лицензированными блоками. Если правильно выполнить определенные шаги, кристалл будет полностью функционировать.
В результате возникает топология с рисунком дорожек, которая служит основой для создания транзисторов и других элементов. Затем стандарт отправляется на завод. Завод выполняет простую, но очень важную и точную задачу.
- перенос изображений на верхнюю часть кристалла;
- удаление поверхностного слоя;
- добавление в состав материала примесей, способствующих улучшению химических свойств основного материала.
Таким образом, необходимо выполнить ряд технических задач для отображения слоев на кремниевых плитках, которые впоследствии превращаются в кристаллические чипы.
Кристаллы не используются отдельно, а требуют подложки, которая является неотъемлемой частью корпуса микросхемы и компактной пластины печатной платы. Микросхема упакована в эту плату. Микросхема имеет приваренные контакты и устанавливается на специальные колодки.
Зарубежные материнские платы не совместимы с отечественными процессорами Эльбрус, поэтому используются отечественные версии. Материнские платы, созданные в Российской Федерации, сочетают в себе разработку процессора и другие организационные элементы. Благодаря грамотному отбору, систематизации и интерпретации данных/технологий можно обеспечить правильное подключение жестких дисков, оперативной памяти и другой информации в соответствии с требованиями заказчика.
Сам Китай в последние годы просто контрабандой поставлял на Тайвань фабричных людей. И с большим успехом, но опять же из-за санкций у них нет оборудования, необходимого для производства теперь уже очень хороших процессоров.
Микрон не спешит осовремениваться
Константин Трушкин не говорит, входит ли в планы МЦСТ на ближайшее будущее поиск поставщиков, способных обеспечить производство процессоров предприятия по современным стандартам. Между тем, Микрон еще не раскрыла своих идей по поводу изучения нового настоящего редактора. Напротив, она планирует удвоить производство кремниевых плиток в топологии 180-90 нм.
По данным CNEWS, текущее производство составляет 3 000 в месяц. К 2025 году «Micron сможет одновременно производить 6 000 таких вайфов, если все пойдет по плану». Финансовые инвестиции для реализации этого плана составляют от 10 млрд. рублей.
Отрасль не одобряет
Многие в российской ИТ-индустрии негативно оценивают планы MCST, которые делают ставку на отечественное производство. По словам анонимного источника на ИТ-рынке, эта идея — «большой шаг назад» для возвращения к древним топологиям. Он добавил, что перевод производства Эльбруса на предприятие «Микрон» обойдется в миллиарды рублей и продлится не менее одного года.
По словам источников издания, широкий спектр приложений для «Эльбруса», изготовленных по 90 нм технологическому процессу, не рассматривается. Источники полагают, что вы найдете применение для тонких клиентов (неттопы без жестких дисков — прим. CNEWS), кэш-регистраторов или некоторых специальных приложений. Компьютеры с такими процессорами встречаются редко, и разработчикам программного обеспечения придется создавать их на заказ. Скорее всего, это их не заинтересует. Однако это единственная группа в России, которая может разрабатывать процессоры с собственной архитектурой, и она должна быть поддержана некоторыми людьми. образом», — сказал источник в отчете.
Следует также отметить, что задолго до проведения в Украине спецоперации по отказу от производства российских процессоров российские потребители были недовольны производительностью «Эльбруса». По данным CNEWS в декабре 2021 года Сбербанк опробовал два различных сервера на базе Эльбруса и пришел к выводу, что технические недостатки полностью исключают их текущее использование в организме. MCST предоставила банку материалы Эльбрус 8С для тестирования.
Через несколько дней крупнейшая российская государственная компания выступила с критикой отечественного процессора. Они приобрели высокую стоимость, неадекватную производительность и низкую энергоэффективность оборудования. Поскольку готовых серверных решений для других российских процессоров, которые можно было бы представить заказчикам, не было, попробовать можно было только процессорные серверы «Эльбрус». Потенциальные покупатели оборудования были готовы рассматривать отечественное оборудование только в том случае, если оно может справиться со всеми сценариями использования, отмечая при этом, что оно дешевле зарубежных аналогов.
Николай Комлев, глава Ассоциации компьютерных технологий АПКИТ, чуть более оптимистично оценивает возможность переноса Эльбруса на российское производство. Он рассказал РБК, что в настоящее время существует ряд задач, в которых «не самый лучший анализ является достаточной фишкой».
‘Вопросы производительности для этих задач не так важны. Кроме того, скорость или производительность конечного продукта может быть увеличена благодаря хорошо настроенному программному обеспечению», — сказал он. Однако, как он сказал, необходимо программное обеспечение, адаптированное к таким процессорам, которого в настоящее время не существует.
По мнению Николая Комлева, инвестиции в программное обеспечение «Эльбруса» не очень перспективны. ‘С одной стороны, производить такое программное обеспечение на миллионы или даже меньше десятков миллионов не очень выгодно’, — сказал в отчете глава АПКИТ. — С другой стороны, может не быть спроса на более крупные выпуски чипов, в которых используется устаревшая технология.
Другими словами, включается целый цикл технологических работ по переносу матрасов на кремниевые плитки, созданию функциональных чипов на микросхемы.
Надежда есть?
Проблему устаревших технологических процессов можно решить, но ясно, что это проблема не ближайшего года или двух. Однако в Зеленограде есть строительная площадка, на которой возводится завод. Согласно проекту, он будет производить процессоры по технологии 28 нм, используемые для сборки различных типов бытовых электронных устройств. Ожидается, что строительство будет завершено к концу 2024 года, но, конечно, это не означает, что завод сразу начнет производить чипсы.
Как отмечалось ранее, завод строится в рамках амбициозного плана по развитию электронной промышленности страны — план был утвержден два года назад в 2020 году. Государственный план рассчитан до 2030 года. Он был разработан Министерством промышленности и торговли РФ, в подготовке документа приняли участие 22 рабочие группы. Согласно плану, правительство планирует инвестировать в проекты 3,19 трлн рублей. Средства будут выделены на четыре основных направления: развитие инфраструктуры, бытовая электронная продукция, повышение спроса и кадровый компонент.
Строительство будет вестись на месте двух снесенных старых зданий в Ангстреме. Общая площадь здания составляет 50 000 кв. м. В зданиях будет располагаться научно-исследовательская и образовательная инфраструктура Московского института электроники и технологий.
Однако даже если планы по созданию отечественной системы литографии чипов 28 нм будут реализованы, этого не произойдет в течение восьми лет до 2030 года. И на протяжении всего этого периода завод по производству чипов будет нуждаться в поддержке в размере нескольких сотен миллионов рублей в год — и неважно, производится что-либо или нет. Этот вид производства требует огромных инвестиций каждый год.
В целом, на данный момент преждевременно говорить что-либо определенное об успехе в этой области. Если что-то уже построено и известны детали разрабатываемой системы литографии, то более или менее окончательное решение может быть принято в течение двух лет. До тех пор нам придется довольствоваться чипами, созданными по топологии 90 нм и более старым технологиям.
