Обзор отечественных процессоров «Эльбрус»

История

Эльбрус представляет собой линейку микропроцессоров российского производства. Современная модель изготовлена по прототипу суперкомпьютера Эльбрус-3. Так как его сборку и отлаживание работы не завершили, техника состояла из нескольких шкафов, которые потом разобрали. Задумки, заложенные в Эльбрус-3, воплотились при создании отечественного микропроцессора Эльбрус, выпущенного больше десяти лет назад.

Следующее 10-летие ЦП постоянно дорабатывались. Улучшение заключалось в повышении мощности в гигафлопсах и уменьшении нанометров в техническом процессе. Особую значимость представляли новшества для процессоров Эльбрус-8С, Эльбрус-4С и Эльбрус-2С+.

Где производится процессор «Эльбрус»?

Все модели серии Эльбруса изготавливают на заводах «Микрон» и «Ангстрем», расположенных в городе Зеленоград. Новейшая модель «Эльбрус-8С» производится на Тайваньской фабрике TSMC, так как в РФ еще нет микроэлектронных разработок с технологией 28 нанометров.

Разработки МЦСТ

Модифицированная версия последней модели Эльбрус-8СВ, созданной в 2018 году, является результатом цепочки наработок. Выпуск в большом количестве планируется в этом году. Российский ЦП имеет современную микросхему и характеризуется показателем вычислительной мощности, который составляет 580 гигафлопсов. По сравнению с 1-ым микропроцессором из данной линейки мощность 8СВ существенно возросла (свыше 100 раз).

 

Архитектура процессора Эльбрус состоит из 1-8 ядер, включая схему с ядром графического типа. При производстве используют техпроцесс (размер транзисторов) от 130 до 28 нм. Набор команд российский, его разработали в АО «МЦСТ», схож с Эльбрусом-3. Усовершенствованная модель совместима считай с любым ПО и способна генерировать до 25 операций в такт.

Только свои наработки

МЦСТ (Московский центр SPARC-технологий) не используют идеи сторонних организаций, поэтому они разработали функциональные блоки, логику процессора и топологию микросхемы самостоятельно. Их подход весьма нестандартный, поэтому продукт отличается от различных лицензированных версий таких процессоров, как Intel, ARM и др. Это отечественная разработка, не имеющая аналогов. К сожалению, МЦСТ не в состоянии полностью взять на себя процесс разработки, поэтому определенную часть блоков приходится заимствовать у сторонних компаний. К личным наработкам эти блоки применяют только после лицензирования. Наличие заимствованных элементов не отменяет того факта, что процессор является российским.

Процесс построения

Создание ПО во многом схоже с созданием ЦП. Для трактования каждого логического блока используется высокоуровневый язык Verilog или HDL. Когда разработчик создает описание логического узла, он передает его в цепочки посредством высокоуровнего языка. Далее выполняется интегрирование наработок разработчика и сторонних организаций, в результате которого образуется единый проект.

Следующий шаг: создание топологии. Подразумевает заключительное расположение логических цепочек с транзисторами и блоков, прошедших лицензирование. Кристалл будет функционировать полноценно при условии правильности выполнения ряда действий.

По итогу мы имеем топологию с рисунками дорожек, выступающими основой для создания транзисторов и прочих элементов. Затем рисунки передают на фабрику, где выполняются незамысловатые, но очень важные и аккуратные операции, а именно:

1. перенос изображений на верхнюю часть кристалла;
2. удаление поверхностного слоя;
3. добавление в состав материала примесей, способствующих улучшению химических свойств основного материала.

Таким образом, чтобы на пластине из кремния появились слои, в дальнейшем трансформирующиеся в микросхему на кристалле, необходим запуск ряда технологических задач.

Кристалл не используют отдельно, к нему нужна подложка, которая является неотъемлемой составляющей корпуса микросхемы и представляет собой пластину компактной печатной платы. К этой плате и напаивается кристалл. Для паяния у кристалла предусмотрены контакты, их крепят к специальной площадке.

Иностранные материнские платы несовместимы с серией отечественными процессорами Эльбрус, поэтому для них используют отечественные версии. Материнская плата, созданная в РФ, сочетает в себе элементы наработок ЦП и других организаций. Благодаря грамотной выборке, систематизации и интерпретации данных/технологий, удается обеспечить правильное подключение hard-дисков, ОЗУ и иных элементов по запросу клиента.

Характеристики поколений

Возможности

Инициализация узлов производится посредством программы начального старта, по сути, русской версии BIOS. После подготовки компонентов компьютера запускает ОС.

Компьютеры на русском процессоре Эльбрус не поддерживают Linux и Windows. Требуется ОС от Московского центра SPARC-технологий.

Разработано несколько операционок под процессор, объединенных названием «Операционные системы Эльбрус». После выхода на рынок Эльбрус-8СВ планируется запуск ОС Эльбрус-linux, созданной на базе linux, а по составу напоминающая Debian 9. Программы с открытым кодом переносятся на новую операционку. Игровые приложения с открытым программным обеспечением запускаются на 4-ядерном российском процессоре с тактовой частотой 800МГц 4 поколения. Это такие игры, как консоль Doom 3, 3-я часть TES Morrowind, Контр Страйк 1.6. Не исключена возможность создания версий для запуска более популярных игры: Дота 2, ГТА 5 и другие.

Чего нам ожидать?

В 2021 запустят серийный выпуск Эльбрус-16С – 16-ядерного процессора, с пиковой производительностью в 750 и 1500 Гфлопс в секунду при двойной и одинарной точности соответственно. Относится к 5 поколению. Характеристики данного процессора Эльбрус:

• южный мост перенесен на ЦП благодаря применению системы на кристалл;
• поддерживается виртуализация, включая коды Intel x86/64;
• повышение производительности благодаря использованию динамической оптимизации;
• размер транзисторов 16нм;
• площадь кристалла 400 м2 с примерно 6 миллиардами транзисторов на ней.