Отечественный процессор так каким он должен быть
Рынок микропроцессоров с пометкой «Сделано в России» сегодня находится в зачаточном состоянии даже по мнению самых патриотичных его представителей. Однако он все же есть — пусть почти только в виде предложения, а не спроса. Он неструктурирован, разобщен, испытывает комплекс неполноценности и все еще недостаточно обласкан государством. Но у него за последнее время явно появились определенные перспективы развития, связанные в первую очередь с курсом государства на импортозамещение. CNews разобрался в расстановке сил на нем. Полную версию статьи читайте в журнале CNews №77.
Три года назад, в номере 66, редакция подробно изучила специфику отечественного микропроцессора «Эльбрус» и пришла к выводу, что сравнивать его с изделиями Intel настолько же корректно, как сравнивать броневик с седаном BMW. По скорости и комфортабельности немецкий автомобиль, безусловно, превзойдет боевую машину, но сухими из болота и живыми из-под огня выйдут только пассажиры бронированного транспортного средства.
В разговоре с CNews о российском процессорном рынке «автомобильную» метафору склонен был использовать и гендиректор НПЦ «Элвис» (разработчик процессоров «Мультикор») Ярослав Петричкович, считающий, что «микропроцессор» сегодня — слишком общее название. «Нельзя сделать просто автомобиль, — говорит он. — Чтобы быть успешным на рынке, надо создавать хорошие карьерные грузовики, суперкары, люксовые внедорожники, кареты скорой помощи. Так же и с микропроцессорами. Они могут быть принципиально разными: для серверов, смартфонов, стиральных машин и космических аппаратов. Поэтому странно читать в нашей прессе о разработке каких-то сказочных изделий, которые решают абсолютно все задачи российской экономики».
Baikal T-1
Это на самом деле еще один промышленный процессор, на этот раз с архитектурой MIPS32 R5 Warrior разработки российской компании «Байкал Электроникс». У него два 32-битных ядра Р5600 с частотой до 1,2 ГГц, и предполагается создание на его основе различных роутеров (в том числе и домашних), а также устройств промышленной автоматизации и даже телефонов и тонкого клиента. Строго говоря, в России разработан только чип, а функциональные блоки процессорного ядра лицензированы у компании Imagination Technologies, а сам процессор произведен на Тайване по техпроцессу 28 нм.
Он был представлен весной прошедшего года. Представитель «Байкал Электроникс» Андрей Малафеев рассказал, что среди заказчиков компании более 100 фирм, около 20 из которых зарубежные, в том числе разработчик решений в области автоматизации «Акситех», тайваньский производитель встраиваемых компьютеров Lanner и другие.
Выпуск «Байкала» начнется в текущем квартале, планируется всего выпустить до 100 тыс. экземпляров. Стоимость чипа составит 60 долларов США в партиях от 100 штук. В мае же было показано и первое устройство на его основе: система управления станками СЧПУ «Ресурс-30».
Прямыми конкурентами Baikal-T1 являются процессоры американской компании Broadcom серии StrataGX, а также компании Freescale серии QorIQ T1020.
Собственная архитектура
Интересно, что руководство МЦСТ всячески пиарит данный пункт, выставляя его в качестве преимущества. Парадокс в том, что это большой недостаток. Проблема в том, что своя архитектура означает портирование всего стэка софта, необходимого пользователям. А это колоссальные затраты, тем более для VLIW-архитектуры (об этом ниже). В МЦСТ это прекрасно понимают (несмотря на публичные заявления о собственной архитектуре как о достоинстве) и именно поэтому в Эльбрусе на аппаратном уровне сделана поддержка бинарной трансляции из x86, что означает потенциальную возможность запускать привычные пользователю программы без какого-либо портирования. Но это стоит транзисторов, перформанса и всё равно имеет много ограничений для применения в реальности. В итоге можно сказать, что создание процессора с собственной архитектурой должно иметь крайне веские обоснования, иначе это получение колоссального геморроя на ровном месте. Да, к сожалению мы не можем делать аналог x86. Да, с лицензированием Arm есть потенциальные угрозы. Но любая лицензионно чистая открытая RISC/CISC архитектура здесь будет лучше, потому что увеличивает коммьюнити, занимающееся портированием софта.
Необходимость господдержки
И все же именно на господдержку уповают сегодня все российские разработчики процессоров без исключения. Об этом ранее в беседе с CNews говорил гендиректор создателя «Эльбрусов», компании МЦСТ Александр Ким, заверявший, что в России уже сейчас можно обеспечить качество выпускаемой продукции не хуже западного. «Однако разработка микропроцессоров — крайне сложная и затратная деятельность. Зарубежные фирмы-монополисты имеют в своем распоряжении мировой рынок и могут финансировать свои R&D из прибыли, хотя влияние государственных контрактов и поддержки велико и там», — рассуждал он.
Отечественная продукция пока объективно может претендовать лишь на локальные рынки. «Поэтому МЦСТ зависел и будет зависеть от господдержки разработок новых процессоров», — резюмировал Александр Ким.
Борис Зырянов уверен, что сейчас отрасли требуются все меры поддержки, какие только можно придумать. «Дело находится в настолько плохом, запущенном еще с 1980-х гг. состоянии, что переборщить просто не получится, — рассуждает он. — Проблема должна решаться государством на таком же уровне, как известные проекты по первому пилотируемому космическому полету и созданию атомной бомбы, — масштаб сопоставимый».
Ярослав Петричкович, в свою очередь, считает, что государство уже давно оказывает отрасли огромную помощь. «Минпромторг, «Роснано» и многие институты развития серьезно вкладываются в микропроцессорные команды, — говорит он. — Еще недавно практически все, кто мог хотя бы выговорить слово «микропроцессор», получал деньги на разработку. Когда дым рассеялся, то оказалось, что только три-четыре дизайн-центра добрались до мелкосерийного производства для областей специального применения внутри страны, а выход на внутренний гражданский рынок даже не произошел».
Эксперт полагает, что амбиций по выходу на международные рынки нет почти ни у кого. Поэтому он уверен, что государству сейчас в первую очередь нужно поддержать команды и проекты, разработки которых ориентированы на внешние рынки. «Микроэлектроника по определению глобализована, кроме некоторых специальных областей, — рассуждает он. — И поддержать нужно не только инвестициями, но и стимулированием трансфера передовых технологий и экспорта как таковых, включая льготное кредитование».
Последние месяцы ознаменовались бурными баталиями в отечественной индустрии разработки микроэлектроники и причастных. Государство, наконец-то пристально обратив своё око на данную, мягко скажем крайне проблемную отрасль, посулило крупные инвестиции на её развитие, в первую очередь на разработку мозга любой вычислительной техники - процессора. Прения по поводу того, как правильно потратить выделенные средства, из тишины министерских кабинетов выплеснулись наружу и дошли до прессы. Не вдаваясь в политические моменты, всегда присущие такого рода дебатам, хотелось бы сконцентрироваться на технической стороне вопроса и обрисовать позицию, почему ставка на легендарный микропроцессор Эльбрус - это тупик для развития отечественного процессоростроения.
Российское процессоростроение, в силу понятной специфики зарождения и функционирования последних лет в основном на военных и окологосударственных заказах, критически страдает от отсутствия сколь либо открытой и доступной общественности, и при этом профессиональной дискуссии. Безусловным прорывом в данном вопросе можно считать проведение Elbrus Tech Day:
Жаль, что это происходит с примерно 15-ти летним опозданием, но лучше поздно, чем никогда. Результатом такой закрытости является нагромождение мифов вокруг Эльбруса, где антагонисты утверждают, что Эльбрус это просто старые процессоры Итаниум с переклеенными шильдиками, а сторонники рассказывают о супер архитектуре и гениальных компиляторщиках, которых не смог переманить Интел, благодаря чему Эльбрус имеет ни с чем не сравнимую производительность. Правда лежит в параллельной реальности, поэтому сначала несколько тезисов в качестве ликбеза для широкой публики, не столь глубоко знакомой с темой процессоров.
Микропроцессоры архитектуры Эльбрус (e2k) - это абсолютно аутентичная разработка компании МЦСТ, основанная на предыдущем опыте создания линейки Эльбрусов 1/2/3 ещё в СССР.
Компания МЦСТ также разрабатывает линейку процессоров с архитектурой Sparc V9. В названии данные процессоры также имеют слово Эльбрус, что часто вызывает путаницу. Все дальнейшие рассуждения относятся именно к VLIW-архитектуре Эльбрус (e2k), а не к Sparc V9.
Самые популярные в мире процессоры на данный момент от Intel и Arm - это представители CISC и RISC архитектуры.
Создание процессора можно в первом приближении разделить на разработку процессора и производство. Компания, которая только разрабатывает процессор, но для производства использует чужие мощности, называется "фаблесс". МЦСТ - это фаблесс разработчик процессоров. Как и абсолютное большинство дизайн-центров в мире, включая Apple, Qualcomm, Nvidia, HiSilicon и т.д. и т.п.
В России на данный момент нет заводов по производству процессоров, которые пригодны для производства сколь-либо современных процессоров топ-уровня. Кому интересно актуальное состояние данной отрасли, можно почитать здесь. Дальше все претензии и обсуждения на тему "а производят-то на Тайване!" здесь не принимаются. Статья касается только вопроса разработки процессоров.
Сама по себе разработка высокопроизводительного процессора любой архитектуры - крайне сложная инженерная задача
При обсуждении микропроцессоров крайне важно понимать различие между Архитектурой и Микроархитектурой. Говоря простыми словами, Архитектура процессора - это набор команд, который предоставляет аппаратура для использования софтом, иначе говоря интерфейс между миром ПО и миром железа. Микроархитектура - это то, как процессор устроен внутри, т.е. каким образом он реализует предоставленные Архитектурой интерфейсы. В современных процессорах именно микроархитектура является ключевым фактором достижения производительности. Именно из-за неё разные процессоры линейки x86 или Arm, реализующие одинаковую архитектуру, при схожих параметрах тактовой частоты могут в разы отличаться по производительности.
Так в чём же проблема Эльбруса? Если не углубляться в кучу технических и не очень нюансов, их две основных:
Другие участники
Помимо появляющихся на полосах медиа «Эльбрусов» и «Байкалов», в постперестроечной России существуют и другие бренды.
К примеру, в 2008 году увидел свет процессор «Орхидея» с 32-разрядной RISC-архитектурой и DSP производства компании «Юникор Микросистемс». Компания безвременно сгинула, и даже домен продается очень уныло, а найти изображения процессора в Сети весьма затруднительно.
И это далеко не единственный представитель. Свои силы в новой реальности пробовал и Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ), разработав еще в 1999 году семейство процессоров со смешным названием KOMDIV-32. Название неслучайно: процессор применяется в промышленных компьютерах, выпускаемых для нужд Министерства Обороны РФ и для военно-космических исследований. В 2007 году выходит 64-битный процессор KOMDIV-64 — но это опять же всё не для массового применения.
Из интересного можно еще отметить так называемые мультиклеточные процессоры. В России их производит ОАО «Мультиклет», образованное еще в 2010 году в Сколково, оно и придумало такой термин, а также и синоним «синпьютер». На самом деле это процессоры общего назначения, спроектированные на базе архитектуры MIMD. Их отличие от традиционных процессоров, по словам Николая Стрельцова, технического директора «Уральской Архитектурной Лаборатории», заключается в «аналоге многоклеточного организма, тогда как все делают сейчас только одноклеточные процессоры». Пример – «каждая клетка может напрямую работать с любой другой», в отличие от обычных процессоров, где обмен данных идет через память.
Преимущества, согласно данным самой компании, заключаются в увеличенной производительности при одновременном снижении энергопотребления, уменьшение площади кристалла за счет предельного простого устройства управления, «иммунитете» к вирусам, отказоустойчивости, выполнение задач без рекомпиляции — в общем, только кофе не варят. Сравнение с существующими процессорами, что любопытно, даже сегодня производится почему-то на основе уже давно забытого Pentium 4, включая различные процессоры производства TI и AD. Хотя, если подумать, то за рубежом технология известна уже десять лет как, но что-то «не взлетело» … Даже несмотря на то, что «эта пост-неймановская архитектура лучше вашей устаревшей».
А в прошлом году ЗАО «ЭЛВИС-НеоТек» — портфельная компания известного пожирателя денег «Роснано» (но на самом деле это довольно пожилая компания, которая конструировала приборы еще в советские времена для станций «Салют») — представила однокристальную систему VIP-1 (Video Intelligence Processor), выполненная по 40-нм технологическому процессу. Формально, это опять-таки не 100% российская разработка: в основе чипа лежат два ядра ARM Cortex-A9 с тактовой частотой 1 ГГц, видеоускоритель Mali-300 (старее некуда), видеопроцессор VELCore-01A и навигационное ядро с поддержкой трёх основных систем глобальной спутниковой навигации — GPS, российской ГЛОНАСС и китайской Baidu.
Впрочем, устарелость тут тоже не первична: процессор также ориентирован на встраивание в промышленные изделия, точнее говоря, на аппаратуру видеонаблюдения; например, в видеокамеры, фиксирующие нарушителей правил дорожного движения. По предварительным оценкам, стоимость камеры составит 200–500 долларов США. Несмотря даже на очень скромную мощность, по мнению президента группы компаний «ЭЛВИС-НеоТек» Ярослава Петричковича, их процессоры могли бы использоваться в ноутбуках, планшетных компьютерах, навигаторах и другой портативной электронике.
Насчет навигаторов согласиться можем, но вот ноутбуки и планшеты… Разве что ну совсем промышленные.
Эффективно ли госрегулирование
Несмотря на отсутствие четкого определения «российскости», на поприще нормативного регулирования отрасли наше государство за последнее время выпустило и спроектировало достаточно много различных законов, приказов и постановлений, призванных оказать отечественной микроэлектронной отрасли преференции при госзакупках.
Мы не будем подробно разбирать смысл всех принятых документов по вполне простой причине — отрасль очевидного эффекта от них пока не почувствовала. По заверению Бориса Зырянова, каких-либо реально работающих законов, обязывающих госсектор в приоритетном порядке покупать отечественные процессоры, сейчас нет. Зырянов убежден, что последнее слово при выборе того или иного решения всегда остается за главным конструктором конкретной госсистемы. И если тот посчитает, что западное «железо» для него удобнее, дешевле, эффективнее и т.д., он всегда сможет его закупку как-то обосновать или прибегнуть к ухищрениям, не выходя при этом за рамки правового поля.
Модуль «Управление уязвимостями» на платформе Security Vision: как выявить и устранить уязвимости в своей ИТ-инфраструктуре
В небезосновательности данного убеждения редакция могла убедиться совсем недавно. В объявленном МВД в апреле 2016 г. 119-миллионном тендере на создание облачной инфраструктуры ведомство несколько раз в условиях прописало запрет на предложение зарубежного «железа», ссылаясь на нормы первого из приведенных нами во врезке постановлений. Однако в номенклатуре поставки фигурировали серверы на процессорах, чья маркировка и характеристики однозначно были истолкованы экспертами как описание продукции Intel или AMD архитектуры x86 (опровергать эту трактовку МВД не стало, не ответив на запрос CNews).
Классическая архитектура и ее рынок
Назначение процессора (его сферу применения) во многом определяет его архитектура. Это понятие несколько размыто из-за разного его определения программистами и разработчиками железа, но, не углубляясь в технологические дебри, ее можно описать просто как внутреннее устройство, организацию.
Российские создатели процессоров используют либо собственную оригинальную архитектуру, зачастую унаследованную с советских времен, либо лицензируют всемирно распространенные стандарты. В последнем случае речь преимущественно идет о разработанных в соответствии с концепцией RISC (то есть для процессоров с сокращенным набором команд) архитектурах ARM (от англ. Advanced RISC Machine) и MIPS (отангл. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages).
Современные российские микропроцессоры
Если не принимать в расчет редких и явно специфических потребителей российских изделий, то мейнстримом для серверного («классического») рынка была и остается не нуждающаяся в дополнительном представлении архитектура Intel x86, реализованная также в продукции ее партнера по обмену технологиями — AMD.
После общения с российскими разработчиками редакция пришла к выводу, что тягаться в ближайшее время с Intel и AMD в нашей стране на серверном рынке если и возможно, то лишь с помощью тотальной господдержки (граничащей с «геноцидом» в отношении всего зарубежного), при этом предлагая изделия с использованием какой-либо другой архитектуры, потому что лицензии на x86 фактически не распространяются.
Если же на господдержку не рассчитывать (точнее, будем объективными, рассчитывать можно лишь на умеренный ее вариант) и ориентироваться не только на нужды военных и космонавтов, то гораздо перспективнее создавать решения для других потребительских и промышленных рынков, благо в последние годы они не просто зародились, а развиваются очень быстрыми темпами.
Архитектуры для новых рынков
В «Байкал Электроникс» (разработчик процессоров «Байкал») выбор архитектур для своих процессоров объясняют показателями динамики мирового рынка портативной техники — гаджетов, «умных» телевизоров и пр. По оценкам компании, его рост составляет около 20% в год, по сравнению с 5% рынка персональных компьютеров. «При этом имеются предпосылки дальнейшего увеличения этого разрыва», — считают в организации.
Выбор архитектур для процессоров «Байкал» основывается на показателях динамики мирового рынка портативной техники
Для портативных устройств основными потребительскими характеристиками являются энергопотребление и производительность. И по сравнению с x86 наилучшее соотношение этих показателей достигается на процессорах с архитектурой ARM и MIPS. «Это является основной причиной неуспеха Intel в данном сегменте, — говорят в компании. — В ближайшее десятилетие можно ожидать существенного роста инвестиций в ARM и MIPS и быстрого роста соответствующих ИТ-экосистем, который повлияет и на рынок ПК — в связи с растущими требованиями к их программно-аппаратной совместимости с портативными устройствами».
Характеристики наиболее распространенных архитектур
Архитектура | 64-битная версия ядра | Поддержка ОС MS Windows | Основные направления использования | Характеристика ИT-экосистемы | Возможность лицензирования | Перспективы архитектуры |
---|---|---|---|---|---|---|
x86 | Есть | Есть (все версии Windows, кроме Windows RT) | ПК, серверы, вычислительные комплексы | Колоссальная развитость, огромный выбор разрабатываемого ПО для конечных потребителей | Практически отсутствуют | Необходимо решить проблему высокого энергопотребления портативных устройств |
ARM | Есть | Есть (Windows RT) | Портативная электроника, смартфоны, встраиваемые системы | Быстро развивается, значительный выбор ПО | Возможно приобретение лицензии на ядра на 3 года, на периферию — неограниченно | Значительные — в связи с высокой востребованностью на растущем рынке портативных устройств |
MIPS | Есть | Нет (была до 1999 г.) | Встраиваемые системы (коммуникационное оборудование) | Активно развивается. С учетом поддержки ОС Linux имеется серьезный выбор ПО | Возможно приобретение лицензий | В 2014 г. архитектура MIPS была приобретена компанией Imagination Technologies, которая имеет большие планы по ее развитию |
Таким образом, в «Байкал Электроникс» уверены, что, невзирая на распространенность на рынке x86, потенциал технологического развития у архитектур ARM и MIPS существенно выше. С этой оценкой во многом согласен и Ярослав Петричкович, считающий, что основным вектором развития и главным «полем битвы» всей хайтековской индустрии сейчас является комплекс базовых информационных технологий для систем автовождения, робототехники, дополненной реальности. «У нас на глазах формируется практически новая экономика будущего, — говорит он. — Так как использовать и поддерживать в отечественных разработках все существующие на мировом рынке архитектуры просто бессмысленно, то надо поддержать «победителей», прежде всего ARM и MIPS».
VLIW-архитектура
Главная техническая проблема. Дело в том, что VLIW-архитектура принципиально уступает по производительности современным RISC/CISC процессорам с Out-of-Order (OoO) исполнением.
Тут требуется немного технического погружения. Основная идея VLIW заключается в том, что компилятор должен создать максимально оптимальный код, который железо просто исполнит, неукоснительно следуя тому, как компилятор создал широкие команды. Широкими команды как раз называются потому, что компилятор помечает операции, которые можно исполнить независимо, и планирует их в одну команду, которую процессор может исполнить за такт. Например, вот так:
В то же время процессоры RISC/CISC архитектуры логически получают инструкции как бы по одной, но само железо может в процессе исполнения проанализировать поток инструкций и перемешать их, если это возможно.
Идея VLIW на первый взгляд выглядит красиво, но она разбивается о реальность. В реальной жизни невозможно статически проанализировать код настолько, чтобы максимально плотно упаковать широкие команды. Пришедший указатель или сложная работа с памятью - и вы не можете спланировать Load выше операции Store (и наоборот). Если в горячем цикле есть вызов функции - его надо обязательно заинлайнить, иначе мимо него нельзя будет ничего поднять вверх и тем более применить критически важную оптимизацию конвейеризации цикла. Но при компиляции без профиля установить какие циклы горячие невозможно. Да и наличие профиля плохо помогает в случае динамической линковки, динамических вызовов, отсутствия ярко выраженного горячего кода. Опять-таки, сколь-либо сложное управление в цикле препятствует его накрутке.
В то же время классические RISC/CISC архитектуры с OoO автоматически оптимизируют и конвейеризируют любой исполняемый код. И хотя это стоит определённых транзисторов и мощности, на выходе такой подход оказывается более эффективным.
Например, чтобы получить некоторую интуицию проблемы с инлайном, не погружаясь сильно глубоко в сложные технические детали, давайте рассмотрим простейший синтетический код:
Архитектура Эльбрус крайне плохо исполняет код, если в нём появляются не заинлайненные вызовы функций. В таком случае производительность может падать на порядок.
Если в данном цикле вызов функции get_int_val по какой-то причине не заинлайнится компилятором, то для RISC/CISC архитектуры с OoO итерация цикла будет занимать ~1 такт(P.S. после публикации статьи проверка на реальном коде показала 3 такта), не отличаясь принципиально от случая, если инлайн сработал.
Чтобы хоть как-то решать возникающие проблемы в VLIW архитектуру приходится добавлять различные, иногда достаточно нетривиальные архитектурные фичи. Нужно иметь много архитектурных регистров, т.к. требуется хранить большое количество промежуточных результатов вычислений. Как следствие, аппаратура получается сложной (а от этого как раз хотели уйти) и в итоге падают частоты, на которых VLIW-процессор может работатать. Вот сравнение самых топовых решений процессоров на базе VLIW-архитектур от Intel и МЦСТ с их RISC/CISC аналогами:
Многие знают, что в России производятся процессоры «Эльбрус» и, исходя из мнений «диванных экспертов» делают ошибочные выводы о полной их непригодности. А между тем у «Эльбрусов» есть важнейшие критерии, по которым они превосходят процессоры AMD и Intel.
В России есть компания МЦСТ (Московский Центр Спарк Технологий), которая занимается разработкой отечественных процессоров «Эльбрус». Их архитектура и система команд является полностью отечественной разработкой.
реклама
Многие в кавычках технические эксперты, с просторов интернета преподносят нам информацию о полной никчемности и бесполезности этих процессоров. Подходят к этому вопросу однобоко, оценивают только их производительность, и совершенно не рассматривают другие важные критерии. Ссылаясь на проведенные сравнительные тесты с устаревшими процессорами, например с одним из таких как Intel Core i7 2600, в которых «Эльбрусы» в несколько раз уступают ему по производительности, ставят крест на «Эльбрусах».
При этом абсолютно не задумываясь, что у них совершенно другое назначение, и разрабатывались они не для игры в World of Tanks. Или аргументируют свои выводы тем, что даже Сбербанк отказался от использования серверов на базе «Эльбрусов» по причине их недостаточной производительности.
реклама
И да, бесспорно, производительность у «Эльбрусов» крайне низкая, даже по сравнению с устаревшим Intel Core i7 2600. Так в чем же «Эльбрусы», учитывая, что они направлены на государственный и оборонный сектор, могут превосходить подобных монстров, как AMD и Intel?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить, какое главное требование предъявляется к вычислительным системам, которые обслуживают государственный и оборонный сектор. Этим требованием будет информационная безопасность.
Дыры в безопасности процессоров AMD и Intel
А какая может быть информационная безопасность у вычислительных систем на процессорах AMD и Intel? Правильно, никакая. Если на этапе их проектирования и производства, компании могут беспрепятственно вносить в них аппаратные закладки любого назначения. А после распространения этих процессоров по всему миру, скрытно собирать необходимые данные. Закладка – это скрытно встроенный в процессор аппаратный инструмент, при помощи которого заинтересованные лица могут получить доступ к конфиденциальным данным или к дистанционному управлению компьютером.
реклама
Кроме того у процессоров AMD и Intel имеется еще и большое количество аппаратных уязвимостей внесенных непреднамеренно, они в этом плане дырявые как решето.
Компания AMD и Intel признают наличие в своих процессорах непреднамеренных уязвимостей, и постоянно публикуют об этом отчеты.
реклама
А ведь это серверный сегмент, где безопасность информации святая святых. А насколько безопасно их можно использовать в оборонной сфере? А ведь это безопасность нашего государства.
Преимущества процессоров Эльбрус
В процессорах «Эльбрус», несмотря на то, что они производятся на производственных мощностях другого государства, Тайваньской компанией TSMC, вероятность внедрения «закладок» стремится к нулю. Поскольку компании TSMC не предоставляется вся документация на процессор, предоставляется только на фотошаблон. А определить по фотошаблону и по документации на него, как взаимодействуют миллиарды транзисторов между собой невозможно. А без понимания этого, не удастся разработать и внедрить в процессор какую-либо закладку. Кроме того в «Эльбрусах» используется технология «безопасных вычислений» позволяющая выявлять ошибки в ПО, которые могут использоваться как уязвимости. Аппаратная защита процессора обнаруживает подобные ошибки и блокирует возможность их исполнения. Так же высокую информационную безопасность обеспечивает и используемая для работы с «Эльбрусами» защищенная отечественная операционная система «Альт 8СП» и архитектура процессоров E2K, корни которой идут еще из СССР.
Основным отличием архитектуры E2K от других, является то, что распараллеливание потоков в ней осуществляется программным компилятором, который делает это значительно эффективнее, чем аппаратные компиляторы других архитектур. Поддерживает эта архитектура и ОС Windows, правда только в режиме эмуляции, преобразовывая коды «на лету» и теряя при этом до 30% производительности.
Таким образом, вычислительные системы, построенные на процессорах «Эльбрус» имеют все законные основания стать самыми надежными системами по обеспечению безопасности информации. И решение о выборе систем на «Эльбрусах» или на AMD и Intel, должно зависеть от того, какие критерии у пользователя в приоритете, общая производительность или информационная безопасность.
Многие скажут, что и в технологическом плане они значительно уступают другим процессорам.
Да, в некотором роде это так, техпроцесс, по которому будет производиться перспективный процессор «Эльбрус-16С» составит только 16 нм, а техпроцесс предыдущей версии «Эльбрус-8С» составляет 28 нм, что как в первом, так и во втором случае далеко до 7 нм процессоров AMD Ryzen. Но и этот недостаток, при некоторых обстоятельствах, например как при работе процессора в условиях ионизирующего излучения, вполне свойственного для оборонной сферы, оказывается преимуществом. Дело в том, что чем меньше физические размеры транзисторов процессора, тем меньше в них атомов вещества, и тем быстрее происходит разрушение их атомарной решетки под воздействием радиации. И напротив, более крупные транзисторы будут разрушаться медленнее, и работа процессора в целом под воздействием радиации будет более длительной.
Выводы
Таким образом, результатом всего вышесказанного является вывод, что процессоры «Эльбрус» предназначены для потребителя, у которого главным приоритетом является безопасность информации. К этой категории потребителей в первую очередь можно отнести государственный и оборонный сектор. И не корректно сравнивать «Эльбрусы» с процессорами AMD, Intel и другими. Это равносильно сравнению скоростей экскаватора и легковой машины, движущихся по дороге, и то и другое движется, но решаемые задачи абсолютно разные.
Надеюсь, моя статья была для вас интересна. Пишите в комментариях, что думаете вы о целесообразности существования и дальнейшего развития процессоров «Эльбрус».
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Про российские процессоры «Эльбрус» знают почти все, про «Байкал» знают многие, а про процессоры «КОМДИВ» знает мало кто. А между тем процессоры «КОМДИВ» уже давно используется в космической отрасли и оборонной сфере. Где они успешно заменяют процессоры AMD, Intel и другие зарубежные аналоги.
Моя предыдущая статья «Разбираемся, чем российские процессоры Эльбрус лучше процессоров AMD и Intel» вызвала в комментариях живое обсуждение о целесообразности их существования в государственной и оборонной сфере. Было немало критики в адрес «Эльбрусов», но и много одобрительных высказываний. Некоторые комментаторы справедливо заметили, что отечественные вычислительные системы не заканчиваются на «Эльбрусах» и «Байкалах», и что так же достаточно распространены системы на процессорах «КОМДИВ (KOMDIV)». Поэтому эта статья будет о них.
реклама
Линейка российских процессоров «КОМДИВ» - это семейство 32 и 64-разрядных процессоров, разработанных в НИИСИ (научно-исследовательском институте системных исследований) Российской Академии наук. Они используют набор команд MIPS и собственную MIPS-совместимую оригинальную архитектуру «Комдив». Имеют встроенные системный и периферийный контроллеры, кэш-память и другие необходимые функциональные узлы. И способны за один такт выполнять одновременно несколько инструкций, то есть являются суперскалярными.
Производство 32-разрядных процессоров «КОМДИВ-32» берет свое начало еще с 1999 года. Первые процессоры производились по 500 нм техпроцессу и работали на частотах 33-50 МГц, а начиная с 2016 года, перешли на 250 нм с тактовой частотой до 125 МГц.
реклама
С 2005 года началось производство 64-разрядных процессоров «КОМДИВ-64, первые из них производились по техпроцессу 350 нм и работали на частоте 120 МГц. А начиная с 2016 года, перешли на 65 нм и увеличили частоту до 1 ГГц. Максимальное количество их ядер соответствует двум.
В 2019 году был выпущен уже 28 нм двух ядерный процессор под обозначением (1890ВМ118) работающий на частоте 1,3 ГГц и имеющий на своем «борту» встроенное 3D-видеоядро.
Процессоры «КОМДИВ» с технормами ниже 250 нм производятся, как и в случае с процессорами «Эльбрус» на производственных мощностях Тайваньской компании TSMC.
Данные процессоры являются узкоспециализированными, и в первую очередь предназначены для использования в космической отрасли и оборонной сфере. А также они решают важнейшую задачу по замещению зарубежных процессоров в этих стратегически важных сферах, требующих надежной, гарантированной безопасности информации. Естественно, что использование зарубежных процессоров создает серьезную предпосылку к утечке важной государственной информации. Поэтому замещение их на отечественные процессоры является важной государственной задачей.
реклама
Одним из основных преимуществ процессоров «КОМДИВ» является способность работать в очень широком диапазоне температур, от -60 до +125 °С. Чем не может похвастаться ни один зарубежный аналог, а уж тем более таких рабочих температур не могут предложить ни процессоры AMD, ни Intel. Такой широкий диапазон температур позволяет строить на процессорах «КОМДИВ» защищенные вычислительные системы для эксплуатации в экстремальных условиях, например, в арктическом климате. Примером такой вычислительной системы является система «Восход», в которой используется модель процессора (1809ВМ8Я).
Вычислительная система "ВОСХОД"
Отличительной особенностью вычислительной системы «Восход», да и вообще архитектуры процессоров «КОМДИВ» является способность объединять их в кластеры с общим числом ядер более тысячи. Это позволяет создавать сверхмощные системы для решения ресурсоёмких задач.
Процессоры «КОМДИВ» имеют довольно короткую длину конвейера, которая составляет 7 стадий, такой короткий конвейер обеспечивает высокое быстродействие процессоров. Дело в том, что во многих современных процессорах длина конвейера достигает 14 стадий. При прерываниях конвейер «разрушается», быстродействие процессоров при этом падает, и чем длиннее конвейер, тем сильнее падает быстродействие. Поэтому в процессорах «КОМДИВ» применяется минимально возможная длина конвейера.
реклама
Многие модели процессоров «КОМДИВ» имеют радиационную стойкость, то есть имеют высокую устойчивость к повреждениям и сбоям в работе под воздействием высоких уровней ионизирующего излучения.
Радиационно стойкий процессор 1900ВМ2Т «КОМДИВ-32»
Их радиационная стойкость не меньше, чем 200 крад, чего и не снилось процессорам AMD и Intel, и другим зарубежным аналогам. Используются радстойкие модели процессоров в космической отрасли, например, в бортовых компьютерах спутников «ГЛОНАСС-М».
Модель процессора «КОМДИВ-64» (1890ВМ5Ф) применяется в БЦВМ (бортовая цифровая вычислительная машина) информационно – управляющих систем современных российских истребителей Су-34 и Су-35.
Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) на процессоре 1809ВМ5Ф
И это лишь только некоторые примеры. А многие говорят, что в России нет своей микроэлектроники.
Работают процессоры «КОМДИВ» под управлением специализированной операционной системы «БАГЕТ» (операционная система реального времени), разработанной все тем же НИИСИ Российской Академии наук. Отличительной ее особенностью от других операционных систем, например таких, как Windows и Linux, является способность мгновенно реагировать на внешние события, а не на действия пользователя. То есть, основная область ее применения – это автоматизированные системы, которые используются и на космических спутниках, и в современных самолетах.
А для тех, кому интересно что обозначает аббревиатура «КОМДИВ», сообщаю – это «КОМпьютер Для Интенсивных Вычислений» и ничего общего с должностью командира дивизии она не имеет.
Надеюсь, моя статья оказалась для вас интересной. Пишите в комментариях, как вы думаете, есть ли в России достойная отечественная микроэлектроника, или ее нет. Я думаю, что есть.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
В нынешнем году на рынке выйдет новый процессор российского производства – Байкал-Т1. О том, что это такое, и какие вообще процессоры выпускались в России в постперестроечное время (а главное — зачем), сегодня и пойдет речь.
В нынешнем году на рынке выйдет новый процессор российского производства – Байкал-Т1. О том, что это такое, и какие вообще процессоры выпускались в России в постперестроечное время (а главное — зачем), сегодня и пойдет речь.
Российские процессоры — это вообще явление крайне неоднозначное. Если в Советском Союзе «линия партии» менялась от «кибернетика = лженаука» до «догнать и перегнать Америку», то после распада СССР с компьютерной техникой все стало совсем печально: на рынок хлынули дешевые западные х86-машины, которые уже в девяностых были вполне по карману многим благополучным домохозяйствам.
Собственно, ситуация, которая сложилась на российском процессорном рынке сейчас, предельно проста: есть неплохие конкурентоспособные промышленные «камни», есть сделанные «на коленке» операционные системы на базе Linux, под них заточенные, («Эльбрус»); есть даже парочка ARM-процессоров разных не очень известных производителей, но в бытовом сегменте по состоянию на 2016 год нет ничего, от слова «совсем». Здесь Россия действительно отстала так далеко, как это вообще возможно.
На это можно возразить самой «большой надежной» российского IT-прома, «Эльбрусом» — мол, вон, даже компьютеры выпускает. Выпускает, это да. На Linux. С собственной ОС. И ноутбуки в громоздких корпусах, защищенные по всяким грозным многобуквенным стандартам. Даже супер-ЭВМ есть одна с ОЗУ в 6 Тбайт. В рекламных презентациях декларируется совместимость с Windows. XP. Не старше. А так…
Есть ли будущее?
Ответить на данный вопрос можно двояко. С одной стороны, у промышленных процессоров и компьютеров потенциал большой: они с успехом используются в различных ВПК и на разнообразном производстве по всему миру.
С другой стороны, даже самые отъявленные патриоты признают, что в разработке «традиционных» процессоров для бытового и офисного применения российские разработки однозначно и безнадежно отстали от западных. И даже вроде бы революционные «мультиклеты» с учетом их немаленького финансирования не смогли пробиться дальше DSP и крипто-токенов, не смогли проникнуть в бытовую сферу вообще.
Отсюда можно сделать вывод простой. В промышленной сфере шансы есть. В бытовой — ни одного.
«Эльбрус» 2016
Подробнее про первый российский 64-битный четырехъядерник «Эльбрус-4С» вы можете прочитать в нашей отдельной статье. Здесь мы вкратце упомянем про то, что разработка SPARC-процессоров этой марки возродилась в 2001 году процессором собственной разработки R150 с нормами 350 нм под брендом МЦСТ: это был одноядерный 150-мегагерцовый чип с производительностью 150 Мфлопс. Затем, через 3 года, народился чип R500, выпускающийся по нормам 500 Мфлопс, а еще три года, в 2007, появился в семье третий – SPARC-процессор, двухъядерный с производительностью уже в 1 Гфлопс. Да, это все были процессоры SPARC, то есть для пользовательских нужд совсем непригодные. Эльбрус, конечно, и «бытовой» процессор создал: только вот 300 МГц с одним ядром и производительностью в 4,8 Гфлопс даже в далеком 2008 году было уже как-то никак.
Сегодня после громкой презентации нового процессора можно констатировать, что в ряде задач — это достойный конкурент Intel Core i7 (опять-таки, отсылаем к нашей статье с результатами тестов), но в бытовом применении они непригодны, разве что в промышленном. Да и производятся на самом деле на мощностях азиатских стран, так что это тоже нельзя назвать «100% российской разработкой».
Кстати, все разработки ведутся в Зеленограде, на заводе «Микрон». А выпуск, как уже было сказано выше, на заводах в Азии – дешевле.
Что считать российским процессором
Данный вопрос, как это ни странно, до сих пор остается открытым. Летом 2015 г. Минпромторг разработал проект правительственного постановления, в котором описал критерии интегральных микросхем российского производства двух уровней. Первый подразумевает производство радиоэлектроники налоговыми резидентами РФ, более 50% которых принадлежит российскому государству или гражданам без двойного гражданства. У производителей должны быть права на конструкторскую документацию, и они не могут использовать готовые схемотехнические решения иностранного происхождения. При этом второй уровень с определенными оговорками допускал привлечение к производству партнеров за пределами России.
Данный законопроект до сих пор находится в стадии разработки. Поэтому, как отмечает гендиректор компании «Мультиклет» (разработчик одноименных чипов) Борис Зырянов, госведомства, заинтересованные в незарубежных решениях, пока ориентируются сугубо на собственные стандарты отбора. По его данным, наиболее жесткие требования к «национальной» чистоте предъявляет ФСБ. Чуть менее строги в этом вопросе «Росатом» и МВД, далее по списку.
Data Fusion Awards: синергия разнородных данных становится неотъемлемой частью бизнеса, науки и государства
Сам Зырянов склоняется к мысли, что критерии «отечественности» не должны быть чрезмерно жесткими. «Нюансы места производства кристаллов и корпусов рассматривать не стоит — это вопрос технологических возможностей государства и требований заказчиков, — говорит он. — Например, сегодня кристаллы «Мультиклетов» производятся в Малайзии, а корпуса — в России и Индонезии. Но нет никаких принципиальных проблем для локализации производства пластин на «Микроне» в Зеленограде».
В свою очередь, Ярослав Петричкович уверен, что микропроцессор можно назвать отечественным, если права на его производство принадлежат российской компании и вся проектная и конструкторская документация находится в ее собственности. «Просто современная система на кристалле — это плод огромной международной кооперации, — отмечает он. — Представители некоторых российских компаний просто лукавят, когда утверждают, что полностью отечественным их разработку делает наличие собственного процессорного ядра. В масштабах проекта и на фоне десятков других покупных блоков и технологий говорить об этом не имеет особого смысла».
Классическая архитектура и ее рынок
Назначение процессора (его сферу применения) во многом определяет его архитектура. Это понятие несколько размыто из-за разного его определения программистами и разработчиками железа, но, не углубляясь в технологические дебри, ее можно описать просто как внутреннее устройство, организацию.
Российские создатели процессоров используют либо собственную оригинальную архитектуру, зачастую унаследованную с советских времен, либо лицензируют всемирно распространенные стандарты. В последнем случае речь преимущественно идет о разработанных в соответствии с концепцией RISC (то есть для процессоров с сокращенным набором команд) архитектурах ARM (от англ. Advanced RISC Machine) и MIPS (отангл. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages).
Современные российские микропроцессоры
Если не принимать в расчет редких и явно специфических потребителей российских изделий, то мейнстримом для серверного («классического») рынка была и остается не нуждающаяся в дополнительном представлении архитектура Intel x86, реализованная также в продукции ее партнера по обмену технологиями — AMD.
После общения с российскими разработчиками редакция пришла к выводу, что тягаться в ближайшее время с Intel и AMD в нашей стране на серверном рынке если и возможно, то лишь с помощью тотальной господдержки (граничащей с «геноцидом» в отношении всего зарубежного), при этом предлагая изделия с использованием какой-либо другой архитектуры, потому что лицензии на x86 фактически не распространяются.
Если же на господдержку не рассчитывать (точнее, будем объективными, рассчитывать можно лишь на умеренный ее вариант) и ориентироваться не только на нужды военных и космонавтов, то гораздо перспективнее создавать решения для других потребительских и промышленных рынков, благо в последние годы они не просто зародились, а развиваются очень быстрыми темпами.
Читайте также: