Центральный процессор «эльбрус-8с» (твги.431281.025)

Российский первенец

Российская компания МЦСТ создала первый полностью отечественный процессор с 16-нанометровым техпроцессом. Чип получил название «Эльбрус-16С».

На момент публикации материала «Эльбрус-16С» существовал только в виде инженерного образца. Компания планирует полностью завершить его разработку, проводимую при поддержке Минпромторга, в 2021 г.

По словам представителей разработчика, «Эльбрус-16С» можно считать первым в России по нескольким пунктам. В дополнение к тому, что на октябрь 2020 г. в России не существовало других 16-нанометровых процессоров, спроектированных в России и основанных на российских технологиях, «Эльбрус-16С» выделяется еще и тем, что это первый чип семейства «Эльбрус» со штатной частотой 2 ГГц. Например, «Эльбрус-8СВ», вышедший в марте 2019 г., работает на частоте 1,5 ГГц, содержит восемь ядер и производится по 28-нанометровым нормам.

Инженерный образец «Эльбруса-16С». Массовое производство пока не началось

К тому же, «Эльбрус-16С» стал первым процессором в линейке, получившим аппаратную поддержку виртуализации. Еще одна его отличительная особенность – в нем реализована поддержка восьми каналов оперативной памяти DDR4-3200 с протоколом коррекции ошибок (ECC).

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.

Состав

Системы на кристалле «Эльбрус-S» включает:

• ядро микропроцессора «Эльбрус»;
• системный контроллер, содержащий:
• два контроллера оперативной памяти MC;
• три контроллера каналов межпроцессорного обмена IPCC;
• контроллер канала ввода/вывода IOCC.

Ядро микропроцессора «Эльбрус» является высокопроизводительным универсальным микропроцессором с архитектурой широкого командного слова. Тактовая частота повышена до 500 МГц.

Контроллер системного обмена (SIC) обеспечивает:

• доступ через контроллеры МС0 и МС1 к локальной памяти микропроцессора от ядра, контроллеров связи с тремя внешними процессорами «Эльбрус-S» и контроллера связи с каналом ввода/вывода;
• доступ ядра микропроцессора к памяти других изделий «Эльбрус-S» через каналы IPCC;
• доступ ядра микропроцессора к подсистеме ввода/вывода через контроллер IOCC.

Контроллер оперативной памяти (МС) обеспечивает обмен с соответствующей ему секцией локальной памяти объёмом 4 Гбайт, т.е. суммарный доступный объём локальной памяти составляет 8 Гбайт. Контроллер реализует полудуплексный канал шириной 8 байт с частотой обмена 250 МГц и передачей данных в две посылки за один такт. Соответственно, максимальный темп обмена данными с памятью по двум каналам составляет 2 × 8 × 2 × 250 = 8 Гбайт/с.

Контроллер каналов межпроцессорного обмена (IPCC) предназначен для обращения в локальную память других микропроцессоров «Эльбрус-S» и к другим абонентам через их внутренние системные коммутаторы. Доступный объем удалённой памяти составляет 3 × 8 = 24 Гбайт. Каждый контроллер IPCC реализует канал дуплексного обмена шириной 2 байта с частотой обмена 500 МГц и передачей данных в две посылки за один такт. Таким образом, один канал обмена обеспечивает пропускную способность 4 Гбайт/с (по 2 Гбайт/с на приём и передачу данных соответственно), а максимальный суммарный темп обмена данными по всем трём каналам составляет 12 Гбайт/с. По каналам межпроцессорного обмена передаются в числе других операции поддержки когерентного состояния общей распределённой памяти.

Контроллер канала ввода/вывода канала (IOCC) предназначен для связи с подсистемой ввода/вывода. Канал позволяет ядру микропроцессора «Эльбрус» обмениваться данными непосредственно с внешними устройствами, а также реализует режим прямого доступа внешних устройств к памяти процессора (режим DMA). Он обеспечивает дуплексный обмен шириной 1 байт с частотой 500 МГц и передачей данных в две посылки за один такт. Суммарная пропускная способность канала 2 Гбайт/с (1 Гбайт – приём, 1 Гбайт – передача).

На чём тестировали «Эльбрусы»

Чтобы условия были максимально приближены к рабочим, взяли приложения из «Эльбрус Линукс», из них выбрали базовые и наиболее показательные среды с разными профилями нагрузки. В итоге в тестовый стек вошли:

• Базы данных реляционные (PostgreSQL).
• Балансировщики (Nginx).
• Резидентная система управления базами данных класса NoSQL Redis.
• Шины данных (RabbitMQ).

Плюс — сделали классический 7-Zip. Обычно по нему понятно, корректно ли сработали остальные тесты и можно ли доверять их результатам.

Внутри тестов задали наборы команд с разными параметрами. Мы подобрали параметры так, чтобы нагрузить по максимуму именно процессоры, а не сравнивать диски, оперативную память и другие компоненты.

Стартовали со сравнения баз данных: Интеловый сервер vs один «Эльбрус». Производительность Intel оказалась в семь раз выше, чем на «Эльбрусе». Как позже выяснилось, даёт о себе знать влияние дисковых подсистем. Да, на «Эльбрусе» они слабее (минус RAID). Зато дистрибутив Linux, что стоит на «Эльбрусах», в самом деле хорошо оптимизирован и, на первый взгляд, стабильнее, чем на Интелах.

Интересно, что если на одном из серверов Интела некоторые тесты до конца не дошли, выдавая ошибки, то на «Эльбрусах» такой проблемы не было. Это так, к слову.

Сроки релиза

По состоянию на 8 октября 2020 г. специалисты МЦСТ проводили исследования полученного инженерного образца «Эльбрус-16С». Одно из достижений – обеспечена загрузка операционной системы «Эльбрус Линукс».

По прогнозам МЦСТ, новый процессор будет полностью готов к серийному производству к концу 2021 г. Представители МЦСТ сообщили CNews, что само производство начнется в первой половине 2022 г.

Представители МЦСТ заявили лишь, что процессор будет соответствовать требованиям к российским интегральным схемам второго уровня в рамках постановления правительства России от 17 июля 2015 г. № 719. Это значит, что их непосредственный выпуск будет развернут за пределами нашей страны. В России пока нет заводов, способных выпускать 16-нанометровую продукцию. Также собеседники CNews рассказали , что к целевой аудитории нового чипа относятся производители серверов среднего и высшего классов производительности, СХД, мощных встраиваемых вычислительных узлов, рабочих станций и суперЭВМ. На вопрос CNews о том, где именно будет производиться новый «Эльбрус», они ответить не смогли.

Информация

Микропроцессор «Эльбрус-16С» (1891ВМ038) — высокопроизводительный процессор общего назначения с улучшенной архитектурой Эльбрус, позволяющей выполнять до 1,5 трлн. операций с плавающей запятой в секунду. Спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 16 нм, реализует технологии энергосбережения.

Особенности «Эльбрус-16С»:

• 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.
• Аппаратная поддержка виртуализации для повышения эффективности использования оборудования.
• Аппаратная поддержка динамической двоичной трансляции машинных кодов х86 (х86-64) без перекомпиляции программ.
• Температурный диапазон от −40 до +90 градусов.

Наличие 4 каналов доступа к памяти и возможность объединения до 4 процессоров в модуле позволяют строить масштабируемые вычислительные комплексы, обеспечивающие высокую скорость обработки и передачи информации.

Варианты наименования
Кириллица	Эльбрус-16С, 1891ВМ038
Латиница	Elbrus-16S (ранее — Elbrus-16C), 1891BM038
Документация	Микросхема интегральная 1891ВМ038 (ТВГИ.431281.028)

Современные процессоры «Эльбрус»

«Эльбрус 8С» – это восьмиядерный российский VLIW-процессор, разработанный МЦСТ. В его основе лежит улучшенная 64-разрядная архитектура «Эльбрус» четвертого поколения. Чип располагает кэш-памятью второго уровня суммарным объемом 4 МБ (512 КБ на ядро) и кэш-памятью третьего уровня объемом 16 МБ.

Базовая операционная система для процессора «Эльбрус 8С» – ОС «Эльбрус», построенная на основе ядра Linux. Чип также поддерживается некоторыми другими ОС, в частности Astra Linux и «Альт».

С 2020 г. серийно выпускается улучшенная модель – «Эльбрус-8СВ», которая отличается повышенной тактовой частотой, улучшенной общей производительностью и поддержкой более быстрой оперативной памяти (DDR4-2400).

История

2020

Вступление в Консорциум российских разработчиков СХД

19 февраля 2020 года TAdviser стало известно, что ведущие отечественные высокотехнологичные компании объявили о создании «Консорциума российских разработчиков СХД». В организацию вошли разработчик СХД и средств виртуализации «Аэродиск», Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН, компания «Норси-Транс», ГК «Элемент», «Базальт СПО», а также АО «МЦСТ» – разработчик процессоров «Эльбрус». Подробнее здесь.

Смена визуального стиля и логотипа

Как стало известно 24 января 2020 года, компания МЦСТ, разработчик линейки процессоров «Эльбрус», создала обновленный визуальный стиль и логотип своей организации. Целью ребрендинга в компании назвали повышение узнаваемости бренда в России и в мире, а также его актуализацию и изменение восприятия.

Принципиальным смысловым отличием созданного логотипа стал отказ от использования в нем названия самой компании: «МЦСТ Эльбрус» превратился просто в «Эльбрус». При подготовке ребрендинга МЦСТ ограничилась собственными ресурсами. Сторонние дизайн-студии не привлекались.

В соответствии с приказом руководства компания полностью перешла обновленный логотип с 1 января 2020 года. Его старая версия использовалась с 2012 года, говорится на сайте МЦСТ.

2015

ЗАО МЦСТ разработало и запустило в серийное производство первые российские двухъядерные микропроцессоры «Эльбрус-2СМ», изготавливаемые по технологии 90 нм на мощностях ОАО «НИИМЭ и Микрон», крупнейшего в России и СНГ производителя и экспортера микроэлектроники. Микропроцессор «Эльбрус-2СМ» – глубоко переработанный вариант микропроцессора «Эльбрус-2С+». Он адаптирован для производства на «Микроне». Пиковая производительность изделия – более 12 млрд. операций в секунду. Микропроцессор содержит 2 ядра, обладает кэш-памятью объемом 2 Мб и использует 2 канала оперативной памяти DDR2-533.

По мере готовности отечественных технологических линий, ЗАО МЦСТ планирует адаптацию для производства на «Микроне» более производительных моделей микропроцессоров. В первую очередь, планируется адаптировать микропроцессор Эльбрус-4С с производительностью до 50 Гигафлопс.

На март 2015 года в ЗАО МЦСТ завершается работа над микропроцессором Эльбрус-8С с пиковой вычислительной мощностью более 250 млрд. операций в секунду.

2006

С 2006 года к выполнению проектов МЦСТ присоединился коллектив ОАО «ИНЭУМ им. И.С.Брука», имеющий многолетний опыт в создании отечественных электронных управляющих машин.

МЦСТ ведет свою деятельность с 1992 года на базе отделений Института точной механики и вычислительной техники имени С.А.Лебедева.

Характеристики

Номенклатура
Серия микросхемы	1891ВМ028
Модельный ряд	1891ВМ02А8 — с тактовой частотой до 1300 МГц1891ВМ02Б8 — с тактовой частотой до 1000 МГц
Технические характеристики
Архитектура	Эльбрус, версия 4
Масштабируемость	8 ядер в процессоре4 процессора в модуле (8 Гбайт/с попарные связи)
Тактовая частота	1300 МГц (1891ВМ02А8)1000 МГц (1891ВМ02Б8)
Пиковая производительность	25 операций в такт в каждом ядре (8 цел., 12 веществ.)250 GFLOPS одинарной точности, 125 GFLOPS двойной точности
Кэш-память	L1: 64 Кбайт данные + 128 Кбайт команды в каждом ядреL2: 512 Кбайт в каждом ядре, 4 Мбайт суммарноL3: 16 Мбайт в процессоре
Оперативная память	4 канала DDR3-1600 registered ECC, до 51,2 Гбайт/с64 Гбайт на процессор1 Тбайт адресное пространство машины
Периферия	1 канал ввода-вывода, до 8 Гбайт/с в каждую сторонусовместимый контроллер — КПИ-2
Технологические параметры
Топология	2,73 млрд. транзисторов28 нм техпроцесс, 322 мм² площадь кристалла
Корпус	59,5×43,0×4,6 мм, 32,0 г2028 контактов FCBGA
Электропитание	0,9 В, 1,0 В, 1,15 В, 1,5 В, 1,8 В80 Вт (1891ВМ02А8)60 Вт (1891ВМ02Б8)
Условия эксплуатации	−45…+100 °C
Доступность	серийный выпуск с 2016 года

Госплан против рынка

«Мы понимаем, что Правительство в сложном положении:
пережмут — сорвут закупки, ослабят — умрут дизайн-центры…, — говорит Александр
Ким. — Но Правительству нельзя прогибаться под сложившиеся обстоятельства,
нужно достраивать систему поддержки, подходить “нерыночно”: по-другому в
мировой кризис, на фоне олигополии зарубежных платформ и не получится».

В понимании главы МЦСТ, властям фактически нужно вводить
планирование поставок российских чипов с авансированием производства разных
линеек отечественных процессоров, «буквально как при Госплане», и адресно
работать с ключевыми поставщиками российского ПО, с разработкой ОС и
компиляторов, вероятно, формировать отдельное направление поддержки для
переноса российского ПО вне рамок сквозных проектов.

«Конечно, производителям оборудования очень трудно
переключиться сразу и целиком на российские процессоры, — отмечает Ким. —
Поэтому мы предлагаем на оставшейся от пятидесятипроцентной (в виде квот) части
регулируемого рынка ввести преференции для продукции по всем прочим требованиям
российской, но на зарубежном процессоре. А также придумать для нее меры
поддержки на открытом (нерегулируемом) рынке. Это даст им возможность вернуть
инвестиции, поддержать себя на время перехода на российские процессоры. А
дополнительно принять меры, чтобы привлечь иностранные компании к переносу
производства и передовых технологий в Россию».

Сколько стоила разработка

Как сообщили CNews представители МЦСТ, разработка «Эльбрус-16С» ведется по отдельному госконтракту. Редакция CNews обнаружила на сайте госзакупок тендер «Разработка и освоение серийного производства универсального микропроцессора с производительностью не менее 1,5 Тфлопс для создания на его основе систем высокопроизводительных вычислений», шифр «Процессор-15».

Заказчиком выступил Минпромторг, первоначальная цена лота на конкурсе составила 1,8 млрд руб. Тендер был объявлен в конце 2017 г., в нем приняли участие МЦСТ и НТЦ «Модуль». Обе компании не пошли на снижение стоимости. Победителем был определен МЦСТ. В процессе исполнения цена контракта выросла до 1,98 млрд руб.

Согласно сайту госзакупок, на момент публикации материала контракт был выполнен частично. Заданный срок исполнения – 20 ноября 2020 г.

Состав

В качестве блоков процессора использована часть оборудования микросхемы «Эльбрус-S»: процессорные ядра с незначительно изменённой кэш-памятью второго уровня и системный контроллер SIC с контроллером памяти, контроллером межпроцессорных линков и контроллером ввода/вывода. DSP-кластер выступает как отдельный IP-блок, изготовленный НПЦ «Элвис».Структурная схема системы на кристалле «Эльбрус-2С+».

Ядро микропроцессора «Эльбрус» (Core) – высокопроизводительный универсальный микропроцессор с архитектурой широкого командного слова.

Контроллер межъядерных взаимодействий (CIC) обеспечивает объединение процессорных ядер в единую систему.

Контроллер запросов MAU (MRC) находится в составе контроллера CIC и осуществляет круговой арбитраж, поочерёдно выдавая в системный коммутатор SC запросы от каждого из ядер.

Контроллер когерентных сообщений (Coh_Box) анализирует когерентные запросы от коммутатора SC, выборочно передавая их нужным ядрам, и принимает когерентные ответы от ядер, при необходимости формируя обобщённый когерентный ответ в формате одноядерной системы.

Системный коммутатор (SC) решает следующие задачи:

• обслуживание абонентов согласно политике приоритетов;
• максимально возможная загрузка межпроцессорных линков;
• обеспечение независимости пакетных потоков между различными парами абонентов (пакет из одного потока, не получающий право на дальнейшее прохождение по коммутационной среде, не должен блокировать обработку пакетов из другого потока);
• обеспечение независимости потоков командных пакетов различного типа.

Интегрированный в микропроцессор четырёхядерный DSP-кластер работает под управлением универсальных ядер «Эльбрус-S», которым доступны его регистры и память. В свою очередь, DSP-кластеру доступна не только собственная внутренняя память, но и память всего процессора.

Интерфейсный контроллер AXI-box обеспечивает взаимодействие универсальных ядер с ядрами DSP через интерфейс, основанный на протоколе AMBA AXI 3.0 фирмы ARM. Данные передаются AXI-контроллером по четырём раздельным каналам (DMA-чтение, DMA-запись, I/O-чтение, I/O-запись), каждый из которых имеет пропускную способность 4 Гбайт/с и работает на частоте ядер «Эльбрус-S» и DSP (500 МГц).

Оперативная память микропроцессора используется, помимо прочего, в качестве буфера данных, пересылаемых между аналогово-цифровыми преобразователями и DSP-кластером. Для этого в состав микросхемы помимо основного канала ввода/вывода (IO-Link0), подключённого через «южный мост», введён дополнительный канал (IO-Link1) для ввода цифровой сигнальной информации, подключённый через ADC-контроллер.

Контроллер памяти (MC) разделён на два частотных домена (домен ядра контроллера и домен интерфейса с памятью) с введением новой схемы передачи данных с некратным соотношением частот между доменами. Схема обеспечивает достаточно гибкую настройку рабочих частот, благодаря чему контроллер памяти процессора «Эльбрус-2С+» при фиксированной тактовой частоте 500 МГц поддерживают несколько режимов работы с оперативной памятью: DDR2-800, DDR2-666, DDR2-600 и DDR2-500.

Самоустранение Минпромторга

Представители МЦСТ соглашаются с тем, что важнейшей частью
правительственных нововведений в области микроэлектроники и электроники в целом
за последнее время стало введение вышеупомянутой системы сквозных проектов и
якорных заказчиков, в результате чего функции заказчиков тех же процессоров
фактически перешли от Минпромторга к потребителям микроэлектроники.

«Проблема действительно в том, что если у Минпрома была
задача развить российскую микроэлектронику, то якорному заказчику все равно,
какой процессор стоит внутри закупаемой техники, — говорит Трушкин. — О будущем
переходе на российские процессоры было известно еще два года назад, но даже
сильные и богатые заказчики не прикладывали усилий, чтобы начать к этому
готовиться».

По его словам, в МЦСТ рассчитывали, что партнеры компании будут
продвигать ее процессоры у заказчиков, но это тоже не сработало. «У каждого
крупного заказчика уже есть свои поставщики серверов и компьютеров на
зарубежных платформах, — поясняет он. — Ему удобнее работать с конкретным
поставщиком, и чтобы поставляемое оборудование решало его бизнес-задачу сегодня
и завтра, как и вчера. Но с российскими процессорами так не получится, их
внедрение — это труд и риск. Поэтому заказчик и поставщик придумают все, чтобы
ничего не менять и ничем не рисковать».

Как рассказывает эксперт, в России уже стали формироваться
сквозные проекты, где на несколько лет вперед запланирована поставка
вычислительной техники на базе импортных процессоров. В его понимании, это
противоречит всей предыдущей политике, а действующее постановление № 719 не позволяет
считать такую технику российской. При этом некоторые из этих проектов уже
прошли утверждение в необходимых инстанциях.

«Считаем, что сквозные проекты должны создаваться только под
российскую микроэлектронику и поставки техники на ее основе, — декларирует
Трушкин. — А для снижения технологических рисков в каждой сквозной проект нужно
включать два или больше уже созданных российских процессора разных линеек».

Информация

Система программирования «Эльбрус» (СП) является базовым набором инструментов разработки программ (SDK) и состоит из фирменного компилятора LCC, инструментов работы с машинным кодом (ассемблера, дизассемблера, компоновщика и др.), отладчика, средств профилирования времени работы и средств исследования покрытия машинного кода. Подробнее см. на вкладке «Состав».

СП выпускается для компьютеров архитектуры Эльбрус и SPARC (МЦСТ-R), отдельно для каждой модели процессора и каждой операционной системы, вплоть до номера версии ОС. Например, у ОС «Эльбрус Линукс» 6.0 для процессора Эльбрус-8С своя система программирования, у ОС «Астра Линукс» релиз «Ленинград» 8.1 для того же процессора Эльбрус-8С — своя, другая.

Кросс-система программирования — это вариант системы программирования, функционирующий на компьютерах архитектуры x86-64 и при этом выдающий машинный код архитектуры Эльбрус или SPARC. Получить кросс-систему можно при наличии лицензии на право использования обычной («нативной») системы программирования. Подробнее см. на вкладке «Поддержка».

СП поставляется в составе операционных систем или отдельно, по договору поставки:

Тип лицензии	Цена, руб.
в составе операционной системы	без доп. платы
отдельно от операционной системы	2 000

Для приобретения лицензий необходимо прислать запрос в отдел продаж по электронной почте либо официальным письмом, указав наименование программного продукта, количество лицензий и целевую аппаратную платформу (модель процессора и их количество). После оплаты счёта будет предоставлена ссылка на скачивание установочных пакетов. Лицензия на использование является бессрочной.

Программа зарегистрирована под номером (от 25.06.2021) в Едином реестре российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных.

Безрадостное окружение российского секретчика

Старт системы. Фото без фильтров сегодня смотрятся не очень

По умолчанию «Эльбрус» устанавливается без графической оболочки в режиме командной строки.

Для запуска привычного рабочего стола придется ввести пару команд. Или установить соответствующий флаг при установке ОС.

В таком случае после удачной установки пользователя встречает фото одноименного горного пика.

Знаменитая фотография (в довольно паршивом качестве из-за повышенного сжатия) предлагает войти в систему исключительно под аккаунтом user.

Часть рабочего стола скрыто из-за дефолтного соотношения сторон 4:3

И в «виртуалке» моментально выявляется ещё один глюк с пропавшим меню. Оно оказывается за пределами экрана.

Соответствующая настройка возвращает правильные пропорции и показывает классический «линуксоидный Пуск» в стилистике Win 98.

Визуально система упрощена до безобразия: выглядит чуть лучше ОС на одноплатных компьютерах. Все на месте, все привычно — и всё равно как-то не по себе.

Информация

Микропроцессор «Эльбрус-8СВ» (1891ВМ12Я) — высокопроизводительный процессор общего назначения с улучшенной архитектурой Эльбрус, позволяющей выполнять до 576 млрд. операций с плавающей запятой в секунду. Спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 28 нм, реализует технологии энергосбережения.

Особенности «Эльбрус-8СВ»:

• 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-8СВ
Латиница	Elbrus-8SV (ранее — Elbrus-8CB)
Документация	Микросхема интегральная 1891ВМ12Я (ТВГИ.431281.023)

У главного формального конкурента тиражи больше

В контексте планов МЦСТ стоит отметить, что ее главный
формальный отечественный конкурент — компания «Байкал электроникс»,
разрабатывающая линейку процессоров «Байкал», — в конце 2020 г. объявила о планах
выпуска своих чипов с тиражом на порядок больше.

Как начать работать с большими данными без капитальных затрат
Облака

«Таким образом, мы рассчитываем на то, что процессоров будет
достаточно для того, чтобы обеспечить формирующийся сейчас спрос», — отмечал в
ноябре гендиректор компании Андрей Евдокимов. В разговоре с CNews он уточнил,
что до этого компания располагала лишь инженерными образцами «Байкал-М» из
небольшой партии порядка 2 тыс. штук.

В силу указанных параметров чипов «Байкал» в МЦСТ сейчас
полагают, что пока находятся с их разработчиками в разных рыночных нишах.
Запланированные к выпуску серверные «Эльбрусы» существенно мощнее. Также
Горшенин справедливо отмечает, что «Байкалы» пока не могут использоваться в
многопроцессорных решениях. Кроме того, они обладают меньшей памятью и меньшим
числом каналов ввода/вывода, что также ограничивает сферу их применения.

Серверный процессор «Байкал» по состоянию на сегодняшний
день находится в разработке.

«Эльбрус» по открытой лицензии

Представленное МЦСТ руководство по программированию для платформы «Эльбрус» применимо с любой операционной системой на базе Linux. В него вошли материалы по адаптации имеющегося кода к «Эльбрусам» для корректной работы ПО, описание приемов компиляции программ, примеры ассемблера и отладки.

4-ядерный МЦСТ «Эльбрус-4C»

Документ содержит описание интерфейсов и внешних особенностей платформы, на которые необходимо обратить внимание в процессе портирования и изменения программ. В разделе с описанием техники оптимизации приводится анализ с рекомендациями по оценке эффективности тех или иных преобразований кода для повышения производительности ПО, в том числе, за счет распараллеливания исполняемого кода на уровне инструкций ассемблера

8-ядерный процессор МЦСТ «Эльбрус-8C»

Отдельные главы руководства посвящены описанию теоретических основ построения вычислительной платформы на микроархитектуре «Эльбрус», применению оптимизированных библиотек для использования эффективных алгоритмов и рекомендациям по оптимизации ПО с эмпирическими правилами для работы с производительностью в типовых ситуациях.

Для тех, кто планирует писать архитектурно-зависимый код, в руководстве представлен подробный справочный блок с детальным описанием интерфейсных программных соглашений и команд микропроцессора.

8-ядерный процессор МЦСТ «Эльбрус-8CВ»

В документации представлены описания и характеристики актуальных на сегодняшний день моделей микропроцессоров «Эльбрус», включая 4-ядерный «Эльбрус-4C», 8-ядерные «Эльбрус-8C» и «Эльбрус-8CB». Есть описание разницы исполнения команд скалярными и суперскалярными процессорами, с подробным разъяснением конвейеризации и параллельной группировки в процессе исполнения команд.

Пример работы конвейера вычислительного ядра «Эльбруса»

В описании архитектуры «Эльбрус» подробно описан принцип использования «очень длинных машинных команд» (VLIW), специфика применения компилятора процессора для анализа зависимостей и оптимизации порядка исполнения операций и другие отличия от «традиционных» процессоров с архитектурой RISC/CISC.

Сравнение исполнения кода OOOSS (out-of-order superscalar) и VLIW

Есть описание процесса распараллеливания вычислительного процесса по всему полю возможных вычислительных устройств в процессе компиляции, растолкованы особенности работы регистрового файла при распараллеливании инструкций, специфики спекулятивного и предикативного режима выполнения команд, асинхронного доступа к массивам и других определяющих свойств архитектуры «Эльбрусов», позволяющих добиться высокой энергоэффективности и производительности при задании явного параллелизма операций.

О защите. Пару слов

Собственно защита системы основана на 3 принципах:

• открытый код обеспечивает своевременную локализацию багов и уязвимостей (для использованных ядер они уже локализованы, будущие будут найдены свободными разработчиками схожих систем),
• права на доступ к памяти и оборудованию проверяются до попадания в кэш (то есть до исполнения),
• полная проверка составляющих системы специалистами по безопасности.

Для поддержки программ, работающих в защищённом режиме, поставляется компактная библиотека libmcst, обеспечивающая функции работы с памятью и поддержку ввода-вывода на уровне базовой библиотеки libc.

Из коробки стандартная версия «Эльбруса» все же не блещет чем-то уникальным в плане защиты, что мог бы использовать обычный юзер.

Успехи современных процессоров «Эльбрус»

В феврале 2020 г. CNews рассказал об итогах сравнительного тестирования производительности 8-ядерных процессоров «Эльбрус-8C» с тактовой частотой 1,3 ГГц, производимого с соблюдением норм техпроцесса 28 нм и способного выполнять до 25 операций за такт в каждом ядре, или до 250 млрд операций с плавающей запятой в секунду.

Технологии успешного SOC: тактика и стратегия сбора событий
Безопасность

Для исследования были использованы ресурсы тематического проекта RakeSearch Карельского научного центра Российской академии наук. По итогам тестов выяснилось, что скорость однопоточных вычислений на «Эльбрус-8C» проигрывает современным процессорам для настольных ПК в два-четыре раза, но в то же время при сравнении с серверными процессорами разрыв уменьшается до полутора-двух раз.

Сравнение «Эльбрус-8C» с другими процессорами

С учетом того, «Эльбрус-8C» обладает меньшим числом ядер, вычислительных потоков и более низкой тактовой частотой, автор исследования сделал вывод о том, что его производительность на такт как минимум не хуже, чем у лучших десктопных и серверных процессоров.

В случае с десктопными процессорами в системе может быть только один процессор, в серверных системах на Xeon E5 — до двух CPU, но в случае с «Эльбрус-8С» в сервер можно поставить до четырех процессоров. Это существенно уменьшает отставание в ситуации, когда у Xeon E5-2683 v3, выпущенного в 2014 г., на один сокет приходится 14 ядер (и 28 потоков), а у «Эльбруса» — восемь. Двусокетной машине с 28 ядрами уже сейчас можно сопоставить машину на «Эльбрусе» с 32, заключил автор исследования.

В мае 2019 г. CNews также сообщил о том, что силами Институтом электронных управляющих машин им. И. С. Брука» (ИНЭУМ, входит в концерн «Автоматика» госкорпорации Ростех) и системного интегратора Группы РСК был создан первый в России суперкомпьютер на базе отечественных 8-ядерных процессоров «Эльбрус-8С».

Сервер на «Эльбрусах» для суперкомпьютера с водяным охлаждением

Суперкомпьютер для большей энергоэффективности получил охлаждение горячей водой и при необходимости может задействовать интерконнект «Ангара» отечественной разработки. Суперкомпьютер обладает высокой удельной вычислительной плотностью: при необходимости в одну стойку может уместиться 153 blade-сервера с четырьмя процессорами «Эльбрус-8С» каждый. В итоге пиковая производительность на один сервер составляет 0,5 Терафлопс, а производительность одной стойки достигает 75 Терафлопс.