Центральный процессор «эльбрус-2с3» (твги.431281.027)

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:

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.

Информация

Компонент системы двоичной трансляции, известный как RTC, позволяет запускать на компьютере архитектуры Эльбрус под управлением операционной системы «Эльбрус Линукс» (или иной ОС семейства Linux) прикладные программы для Linux в машинных кодах x86 или x86-64 — например, 1С:Предприятие или Oracle Database — без перекомпиляции из исходных текстов.

Трансляция проходит в режиме реального времени, «на лету», с адаптивной многопроходной оптимизацией, что в сочетании с аппаратными средствами поддержки трансляции, заложенными в архитектуру Эльбрус и обеспечивающими низкие накладные расходы, даёт высокую скорость работы гостевых приложений. При этом системные вызовы ядра Linux обрабатываются ядром хозяйской системы, что также снижает накладные расходы по сравнению с запуском целой системы x86 Linux через транслятор уровня системы.

Характеристики

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.

Ближайшее будущее процессоров «Эльбрус»

Компания МЦСТ ни в коем случае не планирует снижать темпы разработки и выпуска новых решений. На 2015 год уже запланирован анонс восьмиядерного 28-нм процессора «Эльбрус-8С». Кристалл оснастят 4 Мбайт кэш-памяти второго уровня и 16 Мбайт кэш-памяти третьего уровня, а его тактовая частота составит 1300 МГц. При этом пиковая производительность достигнет отметки 250 ГФЛОПС. Планируется, что «Эльбрус-8С» будет работать в связке с контроллером периферийных устройств второго поколения (КПИ-2), который будет отличаться увеличенной до 16 Гбайт/с пропускной способностью.

Однако 8-ядерный чип является не единственным находящимся в разработке процессором МЦСТ. Компания также «допиливает» экономичный «одноголовый» чип «Эльбрус-1С+», предназначенный для использования в ноутбуках, терминалах и промышленной автоматике. Его отличительной особенностью является наличие встроенного видеоядра с поддержкой аппаратного ускорения 3D-видео. Процессор будет выпускаться в соответствии с 40-нм технологическими нормами. Производительность ядра составит около 24 ГФЛОПС, а встроенного видео — около 28 ГФЛОПС. «Эльбрус-1С+» также будет совместим с новым «южным мостом» КПИ-2, а его энергопотребление составит не более 10 Вт. Выпуск этого процессора также запланирован на 2015 год.

Что под капотом у самой защищенной ОС?

Ничего особенного система не содержит. Поддержки дактилоскопов, инфракрасных камер нет, криптоконтейнеры отсутствуют

Подобные задержки коснулись и самого ядра ОС «Эльбрус»: для доступной версии 3.0 используется ядро Linux 3.14 (релиз 05.2014); для старшей открытой версии 4.0 — ядро Linux 4.9 (релиз 12.2016).

Подобная ситуация сложилась ввиду дополнительных требований к защите:

• баги известны и локализованы,
• уязвимости ядра закрыты патчами,
• особенности известны системным администраторам,
• код проверен и закладки отсутствуют.

Кроме того, ядро, как ПО и пакеты из состава ОС, получило разрешение на применение в самых ответственных системах.

Менять его на что-то более современное не имеет смысла: лицензирование займет слишком много времени, но не принесет каких-либо критических изменений. В том числе и в плане безопасности.

Что выберут якорные заказчики

— Важнейшей частью правительственных нововведений в области микроэлектроники и электроники в целом стало введение системы сквозных проектов и якорных заказчиков, о которых вы уже сказали. В результате функции заказчиков тех же процессоров фактически перешли от Минпромторга к потребителям микроэлектроники. Известно, что некоторые дизайн-центры оказались в этот переходный период в сложном положении. Как вы относитесь к этому нововведению?

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

Мы рассчитывали, что партнеры будут продвигать наши процессоры у заказчиков, но это тоже не сработало. У каждого крупного заказчика уже есть свои поставщики серверов и компьютеров на зарубежных платформах. 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.

И вот, к нашему удивлению, стали формироваться сквозные проекты, где на несколько лет вперед запланирована поставка вычислительной техники на базе импортных процессоров. Это противоречит всей предыдущей политике, а действующее постановление номер 719 не позволяет считать такую технику российской. Но некоторые из этих проектов уже прошли утверждение и в Центре компетенций, и на Общественном экспертном совете.

 Мы понимаем, что правительство в сложном положении: пережмут — сорвут закупки, ослабят — умрут дизайн-центры… 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

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

А. К.: Мы понимаем, что правительство в сложном положении: пережмут — сорвут закупки, ослабят — умрут дизайн-центры… 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.

Фактически нужно вводить планирование поставок российских чипов с авансированием производства разных линеек российских процессоров, буквально как при Госплане, и адресно работать с ключевыми поставщиками российского ПО, с разработкой ОС и компиляторов, чтобы все наши чипы были «одеты» всем необходимым ПО. 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. 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.

— То есть как бы запараллелить два варианта развития?

А. К.: Да, но с очень жестким контролем за выполнением квот на поставку техники на российских микропроцессорах, за использованием только техники на российских процессорах в критической информационной инфраструктуре и за включением только техники на российских процессорах в сквозные проекты.

Мобильный процессор «Эльбрус-2С3» для ноутбуков и ПК начального уровня

Олег Сердечников

Новые нанометры для «Эльбрус-32С»

Новейший российский процессор линейки «Эльбрус» с 32-ядрами
начнет создаваться в 2020 г. и будет реализован по топологии 6 или 7 нм.
Завершение проекта сейчас намечено на 2025 г. Новинка получит
название «Эльбрус-32С».

Она закономерно станет самым производительным чипом среди
существующих и уже разрабатываемых в этой линейке. Базовые сферы применения
процессора: высокопроизводительные вычисления (суперкомпьютинг) и систем
хранения данных.

Об этом в интервью журналу «Эксперт» рассказал глава компании
МЦСТ, разрабатывающей «Эльбрусы», Александр
Ким. Других характеристик будущего чипа он не привел.

Не смог это в разговоре с CNews сделать и другой представитель
МЦСТ Максим Горшенин. По его словам,
в ближайшей «дорожной карте» развития линейки в отношении «Эльбрус-32С» будет
указано 7 нм (не 6 нм), но других конкретных параметров в ней не будет.

Процессор «Эльбрус-32С» будет сделан по топологии 7 нм

Бюджетная система с технологией ECC

Новый бюджетный компьютер также будет поддерживать графический стандарт OpenGL десктопного класса и вывод информации на три независимых монитора с разрешением до 4К. На сегодняшний день уже доступны инженерные образцы референсных материнских плат для разработчиков ПО и конечных устройств, пояснили в концерне «Автоматика».

В мае 2020 г. CNews рассказал о том, что материнские платы форм-фактора mini-ITX, разработанные МЦСТ для неттопов, моноблоков и тонких клиентов с процессорами «Эльбрус-1С+» и «Эльбрус-8С1», получили цену в 92 тыс. и 120 тыс. руб. соответственно.

Пока нет точной информации, какие именно материнские платы будут использоваться для выпуска первого бюджетного настольного ПК концерна «Автоматика», однако ранее МЦСТ уже объявляла о планах представить первые платы форм-факторов Micro-ATX и Mini-ITX для систем на базе «Эльбрус-2С3» до конца 2021 г.

От DevOps к TestOps: как ускорить процессы тестирования новых приложений и ПО
Интеграция

Процессор «Эльбрус-2С3» поддерживает память DDR4 только с
кодом коррекции ошибок (ECC). Решения с поддержкой ECC, как правило,
ориентированы на рынок серверов и высокопроизводительных рабочих станций. С
учетом этого, системные платы под него вряд ли будут обладать совсем уж низкой
ценой.

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.

Информация

Микропроцессор «Эльбрус-2С3» (К1891ВМ068) — высокоинтегрированный процессор общего назначения архитектуры Эльбрус со встроенными ускорителями 2D/3D-графики и кодирования-декодирования видео. Спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 16 нм, реализует технологии энергосбережения.

Особенности «Эльбрус-2С3»:

• 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.

Микропроцессор является «системой на кристалле» — содежит встроенный контроллер периферийных интерфейсов. Компактность и малое энергопотребление позволяют применять данную микросхему во встраиваемых системах, решениях для АСУ ТП, миниатюрных персональных компьютерах, носимых терминалах, планшетах, тонких клиентах.

Трудоёмкость разработки под архитектуру Эльбрус

Мне кажется, всё вышеизложенное достаточно ёмко описывает, какова трудоёмкость разработки под Эльбрус – она существенно выше, чем для RISC/CISC архитектур. И ввиду сложности кода ассемблера для понимания (godbolt в помощь), и ввиду сложности компилятора и необходимости постоянного анализа кода и настройки опций.

Что же касается данного высказывания:

Я могу сказать, что можно считать что угодно. Но пользователи скорее оценят архитектуру с простым и понятным кодом, даже простив ей некоторый проигрыш по производительности, чем сложную и запутанную, для которой программистов будет не сыскать днём с огнём.

Это абсолютно бесполезная вещь для пользователя. Вы просто в очередной раз тратите своё время впустую.

В заключение, я бы хотел прокомментировать пару тезисов из статьи Алексея, не упомянутых выше, но мимо которых мне всё же сложно пройти.

Алексей, когда вы выйдете за стены МЦСТ и обнаружите за ними реальный мир, то вы поймёте, что делать такого рода заявления — это расписаться в собственном непрофесионализме. Потому что код пишут не только великие гении и победители ICPC, а множество людей, куда менее искушённых в программировании (и таких абсолютное большинство). Потому что в крупном проекте определить какой код при какой нагрузке становится горячим зачастую непросто и требует много усилий по анализу, на которые часто просто нет времени. И хороший процессор должен уметь исполнять с приемлемой производительностью и качественный код, и не очень.

Люди спрашивают про свободный доступ к машинам. Про открытие системы команд. Про открытый качественный тулчейн для разработки. А в ответ получают предложение зайти в чатик и на любительский ютуб канал. И самое печальное, что сотрудники МЦСТ действительно считают такую ситуацию нормальной.

Вы пытаетесь поставить под сомнение не просто вышесказанное, а мнение, сложившееся у экспертов в индустрии. Например, Линуса Торвальдса, Хеннеси и Паттерсона, и даже отец Эльбруса Б. Бабаян соответствующе высказался по поводу VLIW:

Тупиковость развития VLIW-архитектур для general-purpose CPU стала понятна экспертам в индустрии ещё в середине 2000-х(а некоторым возможно и раньше). И много людей в самом же МЦСТ также прекрасно понимали (и понимают) проблему.

Методика тестирования

Абсолютное большинство представленных на рынке процессоров, включая процессоры наиболее распространённых семейств х86-64 и ARM, используют архитектуру RISC с различными расширениями, реализованными аппаратно. Эти расширения дают возможность давать процессору относительно инструкции, и эти инструкции будут выполнены оптимальным образом. При этом большая часть работы по «распараллеливанию» вычислений выполняется во время исполнения кода, и, таким образом, расходует ресурсы центрального процессора. Отечественные процессоры семейства «Эльбрус» построены на базе архитектуры VLIW (very long instruction word — очень длинная машинная команда). Эта архитектура позволяет в рамках одной процессорной команды выполнять большое количество операций. VLIW-команда содержит в себе сразу несколько операций для параллельного выполнения ядром процессора. Ядро процессора «Эльбрус-8С» имеет шесть 64-битных FMA устройств, что позволяет выполнять до 12 FP64 FLOP за такт. 

Сама VLIW-команда должна быть сформирована на этапе компиляции, и во время выполнения ресурсы ЦПУ используются строго по назначению. В принципе такой подход должен обеспечивать более высокую производительность вычислений. Однако данная архитектура более чувствительна к качеству выполняемого кода, формируемого как программистами, так и компилятором. Таким образом, преимущества этой архитектуры станут видны только по мере формирования стека ПО, оптимизированного для выполнения на данном семействе процессоров.

Тест № 1. 7-Zip

Архиватор 7-Zip имеет встроенный режим тестирования LZMA и относительно просто переносится на любые платформы. Это сделало его популярным механизмом сравнения для самых разных платформ. В режиме тестирования ПО 7-Zip выдаёт значения MIPS (миллионы операций в секунду) для компрессии и декомпрессии. Кроме того, режим тестирования умеет нагружать чётко указанное количество ядер и выдавать результаты в расчёте на одно ядро.

В общем случае компрессия представляет собой более алгоритмически сложную задачу, и для неё логично получать более низкие значения рейтинга, чем для декомпрессии. Из общедоступных результатов тестирования видно, что это правило соблюдается для большинства семейств процессоров, но не соблюдается для процессоров Intel. Данная зависимость подчёркивает, что исходный код архиватора явно оптимизирован под архитектуру x86-64 как наиболее распространённую.

Синтетический тест 7-Zip загружает процессоры вычислительной работой на 100 %. Процессоры Intel при этом разгоняются практически до максимальных значений. С учётом этого, данный тест демонстрирует практический паритет производительности в пересчёте на одно ядро с частотой 1 ГГц. Производительность компрессии в полтора раза выше на процессорах Intel (за счёт оптимизации кода), при декомпрессии — выигрыш производительности демонстрирует процессор «Эльбрус».

Ниже привожу средние значения соотношения Intel/«Эльбрус». 

Тест № 2

Тип теста (команда операционной системы)

Тесты реальной работы 7-Zip показывают заметное различие в производительности — «Эльбрус» медленнее почти в 1,9 раза, причём при компрессии скорости практически одинаковые, а при декомпрессии — «Эльбрус» в 2,2 раза медленнее. Это объясняется более медленной работой оперативной памяти и подсистемы ввода-вывода сервера на базе «Эльбрус».

Заключение

Подробное изучение архитектуры процессора «Эльбрус-4С» оставило после себя двоякое впечатление. С одной стороны, не будем лукавить, по многим параметрам она является устаревшей и значительно отстает от продукции AMD и Intel. С другой стороны, отечественная электроника уже давно находится в периоде застоя, поэтому было бы глупо ожидать, что в такой ситуации процессоры МЦСТ смогут составить хоть какую-то конкуренцию западным разработкам. И здесь главное понимать, что предпринимаются реальные попытки возродить отечественную индустрию электроники. В такой ситуации выпуск «Эльбрус-4С» — очень большой шаг вперед. Тем более, что в архитектуре реализовано несколько очень интересных технологий, а со своими задачами в оборонной отрасли он справляется более чем уверенно.

У компании МЦСТ большие планы на будущее. Это и выпуск процессоров «Эльбрус-8С», и «Эльбрус-1С+». Так что следующий год во многом покажет, насколько конкурентоспособной окажется российская отрасль микроэлектроники.