Эльбрус (процессорная архитектура)

«Эльбрус» — процессорная архитектура и одноимённое семейство универсальных VLIW-микропроцессоров, разрабатываемых российской компанией МЦСТ при участии ИНЭУМ, продолжая развитие процессорных технологий советских вычислительных комплексов «Эльбрус».

Логотип процессоров «Эльбрус»

Наименование

Наименование «Elbrus» — акроним от англ. ExpLicit Basic Resources Utilization Scheduling — «явное планирование использования основных ресурсов».

Особенности

Основные особенности:

  • длинное командное слово — способность выполнять несколько операций за один такт операций, что обеспечивает высокую производительность при умеренной тактовой частоте;
  • динамическая двоичная трансляция — эмуляция работы процессора на архитектуре x86, используемая для выполнения x86-программ (требует 2 ядра для работы);
  • защищённый режим — аппаратный контроль целостности структуры памяти, обеспечивающий информационную безопасность;
  • отсутствие микрокода — компилятор переводит исходный код сразу в двоичный код, минуя микрокод, как это реализовано на x86.

Работа с периферией в процессоре обеспечивается через контроллеры серии КПИ (контролер периферийных устройств) — название серии южных мостов, разработанных компании МЦСТ для компьютеров на процессорах Эльбрус и МЦСТ R. Серия КПИ (2010) предназначена для процессоров 4С, 2СМ, 2С+ и МЦСТ R1000В, серия КПИ-2 — для 8С, 1С+, МЦСТ R1000, в последующих моделях процессора южный мост встроен, однако сохранена возможность подключать дополнительно контроллер КПИ-2 для расширения набора периферии.

В связи с ограниченным спросом процессоры «Эльбрус» производят малыми сериями под заказ, используются две площадки — завод Микрон в Зеленограде (техпроцесс до 90 нм) и фабрика TSMC в Синьчжу. В 2017 году планировалось наладить выпуск Эльбрус-4СМ — адаптированную версию Эльбрус-4С под мощности завода «Микрон», но предприятие не смогло перейти на необходимый для этого техпроцесс 65 нм. В связи с международными санкциями из-за вторжения на Украину, TSMC прекратила производство и отгрузку процессоров в Россию[1].

В отличие от Intel и AMD, МЦСТ находится в роли догоняющего, резко меняя техпроцесс: если в 2014 году Эльбрус-4С производился по технологии 65 нм, то в 2016 году технология выпуска Эльбрус-8С — это 28 нм. Ввиду ограниченности ресурсов, МЦСТ сосредоточено на разработке небольшого количества моделей с периодичностью выпуска в 2—5 лет; прирост производительности в каждом поколении — на уровне 100—500 %.

Все выпускаемые процессоры Эльбрус напаиваются на материнскую плату, что делается как для удешевления производства и разработки готовых устройств, так и из-за высокой цены процессора (заметно превышающей стоимость материнской платы).

Совместимые операционные системы

Операционные системы, поддерживающие процессоры архитектуры «Эльбрус»: QNX (российская сборка ЗОСРВ «Нейтрино-Э» КПДА.10965-01), ОСРВ «БагрОС-4000»[2], также выпущен ряд дистрибутивов Linux — ОС Эльбрус, МСВС, ALT Linux, Astra Linux Special Edition «Ленинград», Лотос[3][4].

Список процессоров
Наименование процессора[5] Эльбрус 2000 Эльбрус-S Эльбрус-2С+ Эльбрус-4С Эльбрус-1С+ Эльбрус-8С[6] Эльбрус-8СВ[7] Эльбрус-2С3[8] Эльбрус-12С[9] Эльбрус-16С Эльбрус-32C
Год выпуска 2005 2010 2011 2014 2016

1 квартал

 2015

(серийно с 2016)

 (серийно с 2020) (в планах 2021) (в планах 2022) (в планах 2021) по плану в 2025 инж. образец
Техпроцесс, нм 130 90 90 65 40 28 28 16 16 16[10] 7
Архитектура Эльбрус 1 поколение Эльбрус 2 поколение Эльбрус 2 поколение[11], ElCore9 (DSP) Эльбрус 3 поколение[12] Эльбрус 4 поколение[13], MGA2, Vivante GC2500 (3D-ускоритель) Эльбрус 4 поколение[14][15] Эльбрус 5 поколение[16][17] Эльбрус 6 поколение[10],

PowerVR GC6650[8]

 Эльбрус 6 поколение[10] Эльбрус 6 поколение[10] Эльбрус 7 поколение
Версия системы команд 1 2 2 3 4 4 5 6 6 6 7
Количество ядер 1 1 2 (+4 DSP) 4 1 (+1 3D, +1 2D) 8 8 2 (+1 3D, +2 2D, +4 видео)[8] 12 16[10] 32
Тактовая частота, МГц 300 500 500 800 1 000 1 300 1 500 2 000 2 000 2 000[10] 2 500
Производительность (32 бита), Гфлопс 4,8 8 28 50 24 250 576 192 1152 1500[10] 3 000
Производительность (64 бита), Гфлопс 2,4 4 8 25 12 125 288 96 576 750[10] 1 500
Потребляемая мощность, Вт 6 20 25 45 10 80 90 10 95 130
Команд на 1 такт 23 23 23 23 25 25 (41 в векторном режиме) 50 50 50 50
Кеш уровня 1, КБ (данные + команды) 64 + 128 (64 + 128) / ядро (64 + 128) / ядро (64 + 128) / ядро (64 + 128) / ядро (64 + 128) / ядро
Кеш уровня 2, МБ 0,25 2 2 8 2 4

0,5 / ядро

 4

0,5 / ядро

 4

2 / ядро

 12

1 / ядро

 16

1 / ядро
Кеш уровня 3, МБ 16 16 24 32 64 суммарно 1+2+3
Тип встроенного контроллера памяти - DDR2-500 DDR2-800 DDR3-1600 DDR3-1600 DDR3-1600 DDR4-2400 DDR4-3200 ECC[8] DDR4-3200 ECC DDR4-3200 ECC[10] DDR5 ECC
Количество каналов обмена с памятью - 1 1 3 2 4 4 2[8] 2 8[10] 6
Пропускная способность шины памяти, Гбайт/с 4,8 8 12,8 38,4 25,6 51,2 68,3 51,2 51,2 200 170
Площадь кристалла, мм² 189 142 289 380 122 321 350 222 300 618
Число транзисторов, млн 75,8 218 368 986 375 2730 3500 6000
Число слоёв металла 8 9 9 9
Тип корпуса HFCBGA 900 HFCBGA 1156 HFCBGA 1296 HFCBGA 1600 HFCBGA 1156 FCBGA 2028 FCBGA 2028 FCBGA 1903 HFCBGA 4804
Максимальное число ядер в системе

с общей памятью (прямое соединение)

 2 4 8 16 32 32 2 24 64 128
Максимальное число ядер в системе

с общей памятью (через чип-коммутатор)

 - 16 32 64
Каналы межпроцессорного обмена ccLVDS - 3 3 3 0 3 3 0 1 3
Пропускная способность одного канала ccLVDS, Гбайт/с - 4 4 12 16
Пропускная способность канала ioLVDS, Гбайт/с - 2 2 4 8 8 8 9,6
Комплексирование машин через каналы RDMA до 2 до 4 до 4 до 4
Пропускная способность канала ввода-вывода/RemoteDMA, Гбайт/с 2 2 2 4
Южный мост на базе FPGA КПИ КПИ КПИ КПИ2 КПИ2 КПИ2 встроен встроен встроен встроен

Примечания
  1. РИА Новости: производитель полупроводников TSMC прекратил поставки в Россию
  2. Техническое описание ОС РВ «БагрОС-4000»
  3. ОС Лотос для платформы Эльбрус
  4. ОС «Лотос» поддерживается на отечественной аппаратной платформе Эльбрус
  5. Владимир Иванов. Первый в мире обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С, ZOOM.CNews (07.05.2014). Дата обращения 13 мая 2014.
  6. Микропроцессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.016). www.mcst.ru. МЦСТ (2016).
  7. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ».
  8. Трушкин Константин Александрович. [http://mcst.ru/files/60365c/d5dece/615775/90a70b/mtsst_trushkin_16_3.pdf Линейка процессоров Эльбрус и основные компоненты аппаратно-программной платформы "Эльбрус"] // mcst.ru. — 2021.
  9. Создатели «Эльбруса» представили новый процессор — в 300 раз мощнее 16.02.2021
  10. Первый во многом. В России показали 16-ядерный процессор Эльбрус-16С.
  11. Каталог продукции МЦСТ — 2017
  12. «Рэйдикс» представила управляющее ПО для российской аппаратной платформы «Эльбрус-8С»
  13. Центральный процессор «Эльбрус-1С+» (ТВГИ.431281.017)
  14. Центральный процессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.025)
  15. МЦСТ. Центральный процессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.016) (рус.) ?. www.mcst.ru.
  16. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ» (ТВГИ.431281.023)
  17. МЦСТ. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ» (ТВГИ.431281.023) (рус.) ?. www.mcst.ru.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.