Микропроцессор эльбрус

Характеристики

Облако для импортозамещения

По словам представителя «Ростелекома», клиентам будет доступно два варианта продукта: набор ПО для развертывания облачной инфраструктуры на собственном оборудовании на базе «Эльбрусов» и облачный сервис, в котором с «Эльбрусами» можно будет работать как с обычным виртуальным ЦОДом. Облачный сервис будет реализован совместно с МЦСТ.

У ЦК есть прототип решения – облако запущено в «Ростелеком информационные технологии» и доступно разработчикам компании. Готовый продукт предложат как государственным, так и коммерческим компаниям.

По мнению Пихтовникова, на основе совместной с МЦСТ разработки можно будет построить импортозамещенный программно-аппаратный стек, в том числе с использованием отечественных СУБД. В этом контексте он упомянул Postgres Pro компании Postgres Professional и собственную резидентную in-memory систему «Ростелекома» – Reindexer.

Подробнее об «Эльбрус -2000»

Согласно информации на сайте компании, «Эльбрус-2000» работает с 1994 г. и предоставляет услуги в области ИТ по разработке и внедрению информационных систем, системной интеграции аппаратно-программных комплексов. Компания была создана на базе Московского центра SPARC-технологий, правопреемником которого выступает МЦСТ — разработчик отечественных микропроцессоров и вычислительных комплексов серии «Эльбрус».

«ВТБ Лизинг» внедряет управление данными как ценным бизнес-активом
ИТ в банках

Согласно «Контур.фокусу», «Эльбрус-2000» была зарегистрирована как ООО 16 февраля 2015 г. в Москве. Генеральным директором компании заявлен Сергей Бычков, которому принадлежит 80% «Эльбрус-2000», остальные 20% находятся у Александра Бокача. Выручка компании по итогам 2020 г. составила 208,3 млн руб., что на 29% ниже, чем за аналогичный период 2019 г. Чистая прибыль компании достигла 1,2 млн руб.

При этом одним из учредителей бывшего юрлица организации — ЗАО «Эльбрус-2000», прекратившего деятельность в связи с реорганизации в ООО, был заявлен Александр Ким — гендиректор МЦСТ. Среди учредителей также находится имя ведущего ученого-конструктора Бориса Бабаяна, экс-сотрудника компании-разработчика. В 2004 г. он перешел в Intel.

В базе «Контур.фокуса» содержится информация о 36 заключенных госконтрактах «Эльбрус-2000» за все время на общую сумму 624,9 млн руб. За 2019 г. компания заключила всего три контракта на общую сумму не более 75 млн руб. За 2020 г. компания также заключила всего три контракта, среди них — поставка СУБД Oracle для Департамента здравоохранения Москвы за 83,9 млн руб. и поставка серверов и ПАКов для Минцифры за 56,8 млн руб. В 2021 г. контракт с «Госкорпорацией по ОрВД», согласно базе «Контур.фокуса», для «Эльбрус-2000» первый.

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 создать ИТ-инфраструктуру с нуля для производственной компании?
Инфраструктура

«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.

«Эльбрусы» для «Паутины»

Разворачиваемая сейчас МВД по всей России система «Паутина»
для отслеживания проблемного автотранспорта строится на серверах, работающих на
отечественных восьмиядерных процессорах «Эльбрус-8С». Об этом в видеоинтервью Youtube-каналу
PRO Hi-Tech сообщил замгендиректора по развитию компании МЦСТ (разработчик
линейки «Эльбрус») Константин Трушкин.
Ранее в официальных СМИ данная информация не фигурировала.

«Паутина» постепенно охватывает распределенную систему центров
автоматизированной фиксации административных правонарушений (ЦАФАП) ГИБДД. Именно
они рассылают водителям так называемые «письма счастья» со штрафами,
сформированными на основе данных с фото- и видеокамер.

«Паутина» используется для предупреждения и раскрытия
преступлений, связанных с хищением или угоном транспортных средств, а также для
розыска авто, скрывшихся с мест ДТП.

В конце апреля 2021 г. «Коммерсант» сообщил, что система к
тому моменту уже была развернута на территории Центрального федерального
округа. До конца 2021 г. МВД собирается внедрить «Паутину» в большей части регионов
России. Разработка полицейского ПО велась на деньги московской мэрии.

ИТ-система МВД «Паутина» для поиска проблемного транспорта строится на серверах на «Эльбрусах»

Как отмечает Трушкин, данный проект станет первым случаем применения
«железа» на «Эльбрусах» в высоконагруженной системе. По его словам, партнерами
МЦСТ в проект сейчас поставляется порядка 450 серверов на чипах компании.

«Данные с дорожных камер будут литься на серверы “Эльбрус”;
там они будут обрабатываться, храниться, там же будет проводиться аналитика и
формирование документов, вроде автоматических штрафов, — говорит Трушкин. Поэтому тут я могу пошутить: скоро
доказательством существования наших процессоров будет подпись на этих штрафах «Выписано
на “Эльбрусе”».

«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.

Азы «эльбрус-программирования»

Отвечая в рамках своего видеобращения на вопрос о приоритетных способах портирования программ на платформу «Эльбрус», Константин Трушкин указал на необходимость программирования на языках C и C++ без завязки на конкретную платформу. «Если пишете кроссплатформенно на этих языках, то скорее всего легко свой код перенесете на платформу “Эльбрус”, — указал он. — Конечно при условии, что вы уже перенесли ваш софт на Linux, и ваш софт на нем хорошо работает, без привязки к каким-то закрытым библиотекам».

«Важно, чтобы в вашем коде не было так называемых ассемблерных вставок и других сильно зависимых от архитектуры фрагментов кода, — добавил он. — Тогда все переносится обычной перекомпиляцией»

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.

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

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.

Планшетный чип Yadro

Как стало известно CNews, в линейке процессоров, которую
создает российский разработчик вычислительной техники под маркой Yadro (ООО «КНС
групп», входит в «ИКС холдинг») один из чипов будет рассчитан на использование
в мобильной технике, в том числе в планшетах. Об этом редакции рассказали директор
по технологиям Yadro Артем Икоев и управляющий
директор Yadro Алексей Шелобков. В «КНС
групп» им принадлежат доли в 7,6% и 20,1% соответственно.

При разработке собственной процессорной архитектуры Yadro
станет использовать набирающую популярность во всем мире открытую архитектуру RISC-V.
От очень распространенной на мобильном рынке ARM она принципиально отличается
отсутствием жесткого лицензирования.

Класс конечного оборудования на рассматриваемых чипах в
компании склонны именовать тонкими клиентами или носимыми мобильными устройствами. Такие устройства обычно не имеют серьезных вычислительных мощностей, используют простые операционные системы и часто выполняют функции терминалов доступа.

Yadro выпустит собственный процессор для планшетов

Процессор для тонких клиентов станет относиться к линейке Yadro
ELConstruct. Его разработка ведется с января 2021 г. Доступность первых
образцов планируется во второй половине 2022 г., а выпуск серийных экземпляров
намечен на 2023 г.

«На этапе дизайна первого поколения процессоров EL Construct
функциональные требования для смартфонов не рассматривались, процессор рассчитан
на применение в планшетах и иных тонких клиентах», — подчеркивают в компании.

При этом в компании пока не готовы назвать существующие на
рынке известные модели планшетов, для которых проектируемый процессор подошел
бы по своим характеристикам.

Планшетный чип создается по технологии 12 нм. Он станет содержать
восемь энергоэффективных вычислительных ядер RISC-V, работающих на частоте
1,5-2,0 ГГц. Предполагается оснастка высокоскоростными подсистемами памяти,
сопроцессорами обработки изображений, графики и видео. Планируется реализовать
в чипе поддержку стандарта USB-С для подключения внешних устройств.

Поддержка

Получение обновлений

Получить обновлённую версию ПНС для своего компьютера можно по запросу в службу поддержки, сообщив:

1. модель вычислительной машины или вычислительного модуля;
2. заводской номер машины или модуля и/или номер версии модуля (если есть);
3. номер версии программы, используемой в настоящий момент (см. ниже).

Вместе с файлом программы вы получите актуальные инструкции по записи («прошиванию») образа программы во внутреннюю память вычислительного модуля.

Следует иметь в виду, что, хотя новые версии программы могут добавлять новые функции или исправлять недочёты старых версий, обновлять ПНС без явной необходимости не рекомендуется.

Определение текущей версии

Из самой Программы начального старта:

1. Остановить автоматический запуск операционной системы, нажав клавишу «Пробел» при появлении на экране обратного отсчёта.
2. Войти в режим командной строки, нажав клавишу «`» / «~» (обратный апостроф, тильда).
3. Ввести команду get version boot и нажать «Ввод».

Из операционной системы семейства Linux:

1. Запустить любую программу эмуляции терминала, например Xfce terminal, либо переключиться на любой текстовый терминал Linux и войти в систему.
2. Ввести команду cat /proc/bootdata и нажать «Ввод».

Полученный результат в полном виде следует передать в службу поддержки при запросе обновления.

Прошивка нового образа

Рекомендуется следовать подробным инструкциям службы технической поддержки или из документаци. Здесь процедура описана только в общих чертах.

Из операционной системы семейства Linux на самом обновляемом компьютере:

1. Запустить любую программу эмуляции терминала, например Xfce terminal, либо переключиться на любой текстовый терминал Linux и войти в систему.
2. Переключиться на учётную запись администратора командой su (либо запускать следующую команду через программу sudo).
3. Ввести команду flashboot.sh 'файл_образа.bin' и нажать «Ввод». (Если в ответ выдаётся сообщение от отсутствии программы flashboot.sh, и в составе ОС нет утилиты flashrom и/или ядерного модуля spidev, значит обновление ПНС из такой ОС не предусмотрено.)
4. Дождаться успешного завершения процесса перезаписи ПЗУ и перезапустить компьютер командой reboot либо иным образом.

Внешним программатором (рекомендуется DediProg SF100 или иной ISP-программатор для шины SPI) с другого компьютера:

1. Обесточить обновляемый компьютер.
2. Подключить программатор к технологическому разъёму «BOOT» обновляемой материнской платы, соблюдая полярность и не путая с другими разъёмами доступа к ПЗУ (например, ПЗУ видеоконтроллера, менеджера удалённого управления, модуля доверенной загрузки и т. п.).
3. Прошить новый образ ПНС в ПЗУ:
   • из Linux: использовать утилиту flashrom версии не ниже 1.1, запуская с правами администратора в таком виде: flashrom --programmer 'dediprog' --chip 'S25…' --write 'файл_образа.bin'
   • из Windows: использовать фирменное ПО программатора согласно его руководству по эксплуатации.
4. Дождаться успешного завершения процесса перезаписи ПЗУ.
5. Отключить программатор от технологического разъёма «BOOT».
6. Подать питание на обновляемый компьютер.

Следует иметь в виду, что после обновления все настройки ПНС могут сброситься на значения по умолчанию: вывод на экран пойдёт через первый видеоконтроллер (интегрированный, если такой есть), активируются все консольные порты, сбросится пароль и другая защита доступа, система будет пытаться загрузиться с первого подходящего накопителя.

Жизненный цикл

Фиксированные версии ПНС выпускаются по мере накопления доработок — нет каких-либо регулярных сроков выхода новых версий. Все поддерживаемые ПНС для актуального типоряда машин относятся к одной ветви развития (старшего, «мажорного» номера версии), имеют схожий интерфейс и возможности.

Доработка проходит по двум возможным схемам:

1. проверка проблемы на последней вышедшей версии — в случае, если исходная проблема остаётся, ПНС дорабатывается и выпускается новая версия, которая включает двоичный образ для прошивки в целевой компьютер;
2. исправление ошибки в фиксированной версии — за основу берутся исходные тексты этой фиксированной версии; новая версия тоже выпускается, но она имеет тот же младший («минорный») номер, что и исходная.

Первая схема является основной и применяется чаще всего. Вторая схема применяется только в отдельных случаях.