Elbrus е руски процесор. Технически характеристики и история на създаването

От самото начало компютърни технологии

История на творението

Понастоящем само няколко държави в света проектират компютри на микропроцесори със собствен дизайн - в САЩ, Англия, Япония и Китай. Очевидно е, че в рамките на руската сигурност и подмяна на вноса тя също така изисква свой собствен процесор, достатъчен да отговори на изискванията на въоръжените сили, правоприлагащите органи, правителството и образованието. И, ако е възможно, комерсиализацията на продукта. След десетилетия активна работа, учените и инженерите на Московския технологичен център за искри (MCTS) не се срамуват да представят най-новото развитие от 2014-15: осем-ядрения процесор Elbrus 8c. Но преди това историческо събитие се проведе дълъг път на теоретични изчисления и практически изследвания.

В СССР изключителната работа в разработването и развитието на компютърни технологии е работата на акад. С. А. Лебедев. В Института по прецизна механика и компютърни науки (ИТМ и ВТ), ръководен от него в Академията на науките, електронни компютри (компютри) петнадесет модела - от първата, лампата до високоскоростните машини на интегрални схеми.

"Елбрус-1"

Идеята за архитектурна линия, по-късно включена в руския процесор "Elbrus", е родена през 1969 г. Причината за развитието е необходимостта от "интелектуализация" на стратегическите системи. Основният дизайнер е В. Бурчев, изключителен специалист по компютърни науки, по-късно академик на Руската академия на науките.

През 1979 г. първото поколение мултипроцесорни компютърни комплекси (MVK) "Елбрус" бе представено в комисия ITM и VT. Процесорът е проектиран въз основа на TTL-логика. Системата е използвана във военната индустрия.

"Елбрус-2"

Шест години по-късно второто поколение на MVK Elbrus успешно преминали теста. Процесорът и базата на новите елементи бяха изцяло вътрешно развитие. Системата се основава на висока скорост интегрални схеми с емитер-обвързана логика на серията IS-100. Ефективността на Elbrus-2 в десетпроцесорната конфигурация бе 125 милиона операции в секунда.

MVK е изградена на модулна база с повишена надеждност. Поради своята точност и устойчивост на грешки, комплексът се използва от много години в ключови обекти на стратегическите системи. Уникалните характеристики на MVK бяха постигнати чрез въвеждането и развитието на редица съвременни идеи в организацията на изчислителния процес.

"Елбрус-3"

Следващият етап (1986-1994 г.) беше създаването на трето поколение MVK Elbrus. Процесорът стана още по-мощен, елементната база е по-добра. Ръководителят на проекта беше избран от BA Babayan, член на Академията на науките. Между другото, той допринесе основно за развитието на MVK Elbrus-1 и Elbrus-2.

Оценявайки предимствата и недостатъците на суперсалната архитектура, разработена от него във второто поколение на MVK, Борис Арташешич предложи по-усъвършенствано прилагане на понятието широка командна дума. Преди разпадането на Съюза експертите успяха да съберат прототип, но новите органи спряха да финансират в бъдеще.

Най-новото време

Продължаването на тази линия на проекта е свързано с дейностите на ZAO MCTS. В структурата си водеща национална микроелектроника, която е направила принципен залог върху използването на микропроцесорни технологии, е започнала да създава две серии микропроцесори и компютърни системи, базирани на тях. По-късно тези произведения позволиха да се създаде мощен руски процесор "Elbrus" през 2014 г.

Проектната база за първата серия бе отворената архитектура за мащабируеми процесори (SPARC), определена от Sun Microsystems Corporation. Въз основа на това семейството "R" е създадено.

Основата на втората поредица е оригиналната архитектура на Елбрус, която разработи принципите, които бяха тествани и положени в MVK-3 (първоначално се наричаше "E2k архитектура"). Общо бяха създадени четири основни типа процесори. Така че, Elbrus (процесор): моделите се сравняват в таблицата по-долу.

"ЕЛБРУС-4в"

Едно от последните успешни разработки на компанията MTSTS беше процесорът Elbrus-4s. Архитектурата му се основава на оригинално развитие, основаващо се на микроархитектурата VLIW. За изчислителните процеси има 4 ядра на 800 MHz, кеш памет от 2 MB на всяко ядро.

Въпреки привидния архаизъм по отношение на производствената технология (големи размери, малка честота, технологичен процес на "миналия век" 65 nm), ефективността на електронното устройство е сравнима с процесорите Intel i-series. С по-малко консумация на енергия (45 W), производителността му е до 50 Gflops. За сравнение: по-старият модел Intel Core i7-975 Extreme Edition има изпълнение на 53 GFlops при много по-високи честоти и консумация на енергия. Този модерен руски процесор "Елбрус" през 2014 г. бе подложен на изпитание и влезе в серията.

"Елбрус-8C"

Изглежда, че времето на еволюцията е свършило, дойде редът на пробивният революционер за домашната микроелектроника. Акционерното дружество "МКТС", съвместно с Института за електронни контролни машини, разработи и произведе инженерни мостри от ново поколение продукти. Процесорът "Elbrus 8c" се подготвя за промишлено производство, което се създава с помощта на 28-нанометрова технология.

Работното устройство ще се сдвоява с контролера и с вътрешното разработване на KPI-2. Въпреки че контролерът все още е на разположение при технологията 65 nm технология, той поддържа три Gigabit Ethernet контролера, 20 линии PCI Express bus 2.0, осем USB 2.0 порта, осем SATA порта. Обменът на данни с процесора е 16 GB / s.

Технически спецификации

Производителят разкри основните характеристики на най-новата система Elbrus:

• Процесорът - 8 ядра без хипертония.
• Кристална площ - 350 мм².
• Кешът на второ ниво за всяко ядро ​​е 512 KB.
• Кешът на трето ниво е споделен - 16 MB.
• Ефективност на цикъл - 30 операции.
• Честотата на часовника е 1,3 GHz, при тези параметри непрекъснатата работа на всички ядра е гарантирана за неограничен период от време дори при 100% натоварване.
• Производителност (пик) - 250 Gflops.
• Мощност - 60-90 вата.
• Лицензирана независимост от Intel, като същевременно поддържа основните операционни системи с архитектурата на x86 / x86-64.

Както можете да видите, руският процесор "Elbrus" от последното поколение е пет пъти по-продуктивен от модела 4C.

архитектура

Като важен резултат на компанията ЗАО MCST разработен оригиналната архитектура на микропроцесора "Елбрус". Процесорът е насочен към получаване на максимални показатели за производителността на тези хардуерни ресурси. В генералното класиране той принадлежи към категорията на архитектура, използвайки принципа на широк инструкция дума VLIW (Very Large Инструкция Word), компилаторът генерира за паралелно изпълнение поредица от групи (широки инструкции думи), в който няма никакви зависимости между екипи в рамките на групата и сведени до минимум зависимостта между екипи в различни групи.

По този начин руският процесор "Elbrus" използва висока степен на паралелизъм на нивото на операциите, което се съдържа в този кодекс. В резултат на това се постига голяма архитектурна скорост, освобождавайки хардуера от паралелизиращите функции, присъщи на суперсокалните архитектури, и прехвърляйки ги на оптимизиращия компилатор. Това доведе до друга важна характеристика, характерна за архитектурата на Elbrus - ниското ниво на консумация на енергия на оборудването.

Заедно с ефективното използване на паралелизма на операциите в архитектурата на устройството Elbrus, други видове (нива) на паралелизъм са присъщи на изчислителния процес:

• паралелизъм на проблемите в многометровите комплекси;
• съпротивлението на контролните потоци върху споделената памет;
• векторен паралелизъм.

Съвместим с x86 архитектура

Като основно изискване за архитектурата, разработчиците първоначално смятаха, че осигуряват ефективна двоична съвместимост с доминиращата архитектура на микропроцесора Intel x86. Тя се реализира на базата на скрит динамичен превод и неговата поддръжка в хардуера на микропроцесора "Elbrus". Също така, определящите свойства на новата вътрешна архитектура включват напреднала хардуерна поддръжка за сигурни изчисления (модулно програмиране), което значително улеснява работата на програмистите при създаването на големи софтуерни пакети с ограничено време за изпълнение.

Практическо приложение

Къде се планира да се използват руски преработватели? Необходимо е да се разбере, че този продукт е разработен с единствената цел - да осигури самодостатъчност, независима от доставката и лицензирането на микроелектроника и компютърни технологии. Компютри на процесора Elbrus с повишено ниво на сигурност и защита срещу компютърни вируси са търсени във военната индустрия, в службите за сигурност, в важни държавни институции.

Междувременно системата ви позволява да инсталирате познатите Windows и Linux, което отваря пътя, ако не и средния потребител, а след това и корпоративния сектор. Компанията MCST предлага защитени компютри и сървъри, които могат да функционират в неблагоприятни условия.