Кроме усовершенствования сферы советских вычислительных машин, компьютер стал базой для создания 64-разрядных универсальных микропроцессоров «Эльбрус 4-С» и следующего поколения «Эльбрус 8-С». Они разбавили рынок американских производителей Intel, AMD и IBM. Локальная разработка и производство процессоров было обусловлено потребностью найти собственные решения для оборонной отрасли, где применение отечественных устройств более желательно.
Суперкомпьютер «Эльбрус»
История развития
Разработка архитектуры компьютера «Эльбрус» началась в 70-х в ИТМиВТ им. Лебедева. Перед разработчиками стояла задача создать вычислительную систему имеющую производительность 100 млн оп/с. Бурцев занимался системой управления и конструирования ЭВМ и стал главным конструктором проекта.
Всеволод Сергеевич Бурцев (1927- 2005 гг.) — советский академик, ученый в области систем управления и теории конструирования универсальных ЭВМ, главный конструктор первых советских суперкомпьютеров и вычислительных комплексов.
Бурцев прошел путь от простого инженера до директором Института точной механики и вычислительной техники Академии наук СССР. Ведущий разработчик первой быстродействующей электронно счетной машины. Ученому принадлежит около 200 научных трудов. За успехи и достижения в сфере науки, инженерии он удостаивался многих государственных наград (Ленинской и Государственной премии СССР, орденов Ленина, Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени).
Ученый сделал неоценимый вклад в развитие советских и российских ЭВМ высокой производительности, как и в сферу реализации многопроцессорных вычислительных комплексов. Бурцев также прославился работая заместителем главного конструктора ЭВМ Диана-1, Диана-2, М-40, М-60, 5Э92, 5Э92б, 5Э51 и непосредственно главным конструктором вычислительных машин «Эльбрус», применявшихся при создании различных систем и средств специального назначения.
В 1980 г. «Эльбрус-1» с общей производительностью 15 млн оп/с успешно прошел государственные испытания. Это была первая ЭВМ в Советском Союзе, построенная на базе ТТЛ-микросхем. Особенностью машины стала масштабируемая архитектура, которая поддерживала одновременную работу до 10 процессоров. Оперативная память достигала 64 МБ (220 машинных слова). Организация передачи потоков данных между переферийными устройствами и оперативной памятью осуществлялась с помощью специальных процессоров ввода-вывода. Подобных процессоров в системе могло быть около 4-х и они обладали собственной памятью, работая параллельно с центральным процессором.
«Эльбрус-1» использовался во многих системах военного назначения — ПРО, Центре контроля космического пространства и т.д.
Следующим этапом в разработке компьютера «Эльбрус» стал перенос архитектуры первой модели на новую элементную базу. Таким образом возник «Эльбрус-2», который основывался на базе ЭЛС интегральных схем. Его производительность достигала 125 млн оп/с. Увеличился и объем оперативной памяти — до 144 МБ. Тактовая частота достигала 20 МГц.
В 1985 г. «Эльбрус-2» был запущен в серийное производство. Он применялся в областях, где требовались большие вычисления. Также компьютер активно использовали в оборонной отрасли, в Центре управления космическими полетами и в ядерных исследовательских центрах (в Арзамасе-16, в Челябинске-70). С 1991 г. компьютер работал в системе противоракетной обороны А-135 и на других военных объектах.
Суперкомпьютер «Эльбрус-2»
Вместе с суперкомпьютерами выпускалась и ЭВМ общего назначения «Эльбрус 1-КБ» (1988 г.). Эти машины пришли на замену БЭСМ-6 с которыми у них существовала полная обратная программная совместимость. Ее дополнили новым режимом работы с увеличенной разрядностью чисел и адресов.
Сравнительная характеристика БЭСМ-6 и «Эльбрус 1-КБ»
| Характеристика | БЭСМ-6 | «Эльбрус 1-КБ» |
| Производительность(млн. оп/с) | 1 | 2,5 — 3 |
| Частота, МГц | 10 | 20 |
| Разрядность, бит | 48 | 48 |
| Разрядность адресации ОЗУ, бит | 15 | 15 |
| Объём ОЗУ, МБ | 0,032-0,128 | 0,77 |
| Объём дискового ЗУ, МБ | 116 | 58 |
| Занимаемая площадь, м2 | 150-200 | 250 |
| Потребляемая мощность, кВт | 30 | 105 |
| Всего выпущено | 355 | 60 |
Следующим был выпущен «Эльбрус-3», в котором разработчики впервые реализовали «постсуперскалярный» подход. Этот компьютер разрабатывался с 1986 по 1994 гг. сотрудниками ИТМиВТ под руководством советского ученого Бориса Арташесовича Бабаяна.
«Эльбрус-3» не был выпущен в серийное производство, но его архитектура вошла в основу развития микропроцессоров Эльбрус 2000 и Эльбрус-3М1.
Серия Эльбрус было по достоинству оценена советским руководством. Разработчики Бабаян, Бурцев, Бардиж получили премии и ордена. Остальные участники работы также были награждены государственными премиями.
Эра процессоров МЦСТ
Российская компания МЦСТ была основана в 1992 г. на базе коллектива разработчиков «Эльбрус-3». Она стала правопреемником ТОО «Московский центр SPARC-технологий» (отсюда и название МЦСТ). Аббревиатура SPARC пришла от основного партнера МЦСТ американской корпорации Sun Microsystems, продвигающей вычислительные машины с архитектурой SPARC.
МЦСТ производила микропроцессоры с архитектурой SPARC (МЦСТ-R100, МЦСТ-R150, МЦСТ-R500 и МЦСТ-R500S) и на их базе создавали вычислительные системы. Но в 2007 г. вышел одноименный процессор «Эльбрус». Пиковая производительность устройства в 64-разрядном режиме достигала 2,4 GFLOPS. Рабочая тактовая частота была 300 МГц. В процессоре было 75,8 млн транзисторов. Рассеиваемая мощность 6 Вт.
Процессор «Эльбрус»
На основе процессора был разработан вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1», применявшийся для оборонной отрасли. Этот комплекс предоставлялся с защищенной операционной системой МСВС-Э (Мобильная система Вооруженных Сил), базирующейся на Linux версии 2.6.14. «Эльбрус-3М1» был обратно совместим с первым и вторым «Эльбрусами».
Вычислительный комплекс имел два варианта конструктивного исполнения — серверный, который можно было использовать как настольный и в исполнении CompactPCI (системной шины). В основе серверного варианта лежало устройство вычислителя УВ 3М1. В случае CompactPCI «Эльбрус-3М1» занимал два модуля формата «Евромеханика» 6U. Аппаратура исполнения обоих вариантов оснащалась сетевым оборудованием для сверхскоростных обменов с аналогичными вычислительными комплексами.
В 2010 г. на выставках «ChipEXPO-2010» и Softool общественности была представлена система на кристалле «Эльбрус-S». В данном процессоре увеличилось количество транзисторов — до 218 млн. Также до 500 МГц поднялась тактовая частота и выросла пиковая производительность: до 4 GFLOPS в 64-разрядном и до 8 GFLOPS в 32-разрядном режимах.
Вместе с «Эльбрус-S» был представлен контроллер периферийных интерфейсов (КПИ).
Процессор «Эльбрус-S»
В 2011 г. МЦСТ презентовала двухъядерный процессор следующего поколения «Эльбрус-2С+». Помимо 2 основных ядер (архитектура Эльбрус), работающих на тактовой частоте 500 МГц, в модели присутствовало еще дополнительных 4 ядра встроенного цифрового сигнального процессора (архитектура Мультикор). В процессор был добавлен канал ввода/вывода, с помощью которого возможно подключить еще один КПИ. Также «Эльбрус-2С+» дополнила поддержка памяти DDR2 с эффективной частотой 800 МГц. Выросла производительность процессора — до 28 GFLOPS в 32-разрядном режиме. Количество транзисторов достигло 368 млн.
Разработчики реализовали версию компилятора языка C, чтобы воспроизводить код для ядер DSP и наладить эффективное взаимодействие основной программы на ядрах CPU и действий на DSP.
По расчетам создателей, «Эльбрус-2С+» должен был использоваться в системах цифровой интеллектуальной обработки сигнала (радары, анализаторы изображений и т.д.). Но процессоры оказались лучше адаптированными под гражданские задачи. К примеру, компанией Kraftway была запущена тестовая серия моноблочных компьютеров на базе кристаллов «Эльбрус-2С+».
Процессор «Эльбрус-2С+»
Процессор «Эльбрус-4С»
В апреле 2014 г. компания представила усовершенствованные четырехъядерные процессоры «Эльбрус-4С».
Технические характеристики «Эльбрус-4С»
| Технологический процесс | 65 нм |
| Число ядер архитектуры | 4 |
| Тактовая частота | 800 МГц |
| Пиковая производительность | 64 разряда — 25 GFLOPS 32 разряда — 50 GFLOPS |
| Кэш-память команд 1-го уровня | 128 КБ |
| Кэш-память данных 1-го уровня | 64 КБ |
| Кэш-память 2-го уровня | 8 МБ |
| Организация оперативной памяти | До 3 каналов DDR3-1600 ECC |
| Пропускная способность каналов оперативной памяти | 38,4 ГБ/с |
| Рассеиваемая мощность | До 60 Вт |
| Количество транзисторов | 986 млн |
В первую очередь стоит обратить внимание на переход производства процессора на 65 нм технологический процесс. Также возросла и тактовая частота, пропускная способность каналов оперативной памяти. Эти и другие улучшения существенно повлияли на рост производительности новых процессоров. Каждое ядро за один такт способно исполнить до 23 операций. В операциях с плавающей запятой пиковая теоретическая производительность четырёх ядер составляет около 50 GFLOPS одинарной точности и 25 GFLOPS двойной точности. Если сравнивать с предыдущей моделью «Эльбрус-2С+», то в 64-разрядном режиме — это более чем в три раза выше. В новом процессоре более сложный кристалл, который содержит 986 млн транзисторов, имеет полезную площадь в 380 мм2.
Процессор «Эльбрус-4С»
Специалисты МЦСТ создали собственную операционную систему «Эльбрус» специально под выпущенный процессор. ОС основывается на базе ядра Linux версии 2.6.33. В ее составе насчитывается свыше 3000 программных пакетов (из дистрибутива Debian 5.0) и есть менеджер пакетов. Включен полный набор инструментов разработчика, в том числе и компиляторы оптимизации для языков программирования высокого уровня С, С++, Фортран-77 и Фортран-9.
ОС «Эльбрус» была сертифицирована по второму классу защиты от несанкционированного доступа и второму уровню контроля за недекларированными возможностями. Но компьютеры на базе процессоров «Эльбрус-4С» работают и с версиями ОС Windows.
Тандем процессора и настольного компьютера
Одним из проектов компании стала разработка первого российского настольного компьютера на базе процессора «Эльбрус-4С». Он получил название «АРМ Эльбрус-401» (где АРМ расшифровывается, как автоматизированное рабочее место). Модель разработана под офис в корпусе стандарта MiniTower. Но может применяться в разных сферах с повышенными требованиями к информационной безопасности.
У компьютера есть технологический процесс 65 нм с тактовой частотой 800 Гц, порты SATA-2 и USB 2.0, предустановленный SSD 120 ГБ с интерфейсом mSATA и поддержкой DDR3-1600 с ECC. Базовая конфигурация предлагается 24 ГБ оперативной памяти (с возможностью расширения до 96 ГБ). Среди особенностей архитектуры «АРМ Эльбрус-401» можно выделить следующие: наличие 6 параллельно работающих каналов арифметико-логических устройств; регистровый файл из 256 84-разрядных регистров; аппаратную поддержку циклов; поддержку спекулятивных вычислений и однобитовых предикатов; команду, которая может задать в одном такте до 23 операций при максимальном заполнении. Также в компьютер установлена видеокарта AMD Radeon серии 6000.
Компьютер «АРМ Эльбрус-401»
Процессор нового поколения — «Эльбрус-8С»
Разрабатывает процессор «Эльбрус-8С» компания МЦСТ при участии Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) им. И.С. Брука. Архитектура, схемотехника и топология микропроцессора были созданы российскими специалистами. У процессора восемь ядер с улучшенной 64-разрядной архитектурой «Эльбрус». Тактовая частота достигает 1,3 ГГц, объем кеш-памяти второго и третьего уровня — 4 и 16 МБ. Предполагаемая производительность достигает 250 GFLOPS.
Технические характеристики «Эльбрус-8С»
| Технологический процесс | 65 нм |
| Число ядер архитектуры | 8 |
| Тактовая частота | 1.3 ГГц |
| Пиковая производительность | 64 разряда — 125 GFLOPS 32 разряда — 250 GFLOPS |
| Кэш-память 2-го уровня | 512 КБ |
| Кэш-память 3-го уровня | 16 МБ |
| Количество контроллеров памяти | 4 |
| Организация оперативной памяти | DDR3-1600 ECC |
| Пропускная способность каждого канала межпроцессорного обмена | 8 ГБ/сек |
| Рассеиваемая мощность | 60 — 90 Вт |
| Площадь кристалла | 350 мм2 |
У компьютера присутствует своя архитектура «Эльбрус», которая разработана в ЗАО «МЦСТ». Векторные ускорители систем команд помогают сделать шифрование и обработку сигналов более быстрым.
Взаимодействие аппаратной части с ОС происходит через собственный микрокод BIOS. Процессор совместим с дистрибутивами Linux, FreeBSD, QNX, Windows XP, но рекомендованная операционная система «Эльбрус» на базе ядра Linux 2.6.33. Применение специализированных средств разработки (оптимизирующие компиляторы с языков C и C++, Фортран, Java и т.д.) дает возможность оптимизировать код программы с учетом архитектуры «Эльбрус».
Процессор «Эльбрус-8С»
Компанией уже разрабатываются служебные программы и вспомогательные компоненты, оптимизированные для работы на процессорах. Это все — средства для работы с сетью и периферийными устройствами (утилиты, библиотеки общего назначения, сервисы, поддержка баз данных, графическая подсистема).
«Эльбрус-8С» должен работать в паре с КПИ 2 — контроллером периферийных интерфейсов российского производства.
??По традиции, немного рекламы в подвале, где она никому не помешает. Напоминаем, что в связи с тем, что общая емкость сети нидерландского дата-центра, в котором мы предоставляем услуги, достигла значения 5 Тбит / с (58 точек присутствия, включения в 36 точек обмена, более, чем в 20 странах и 4213 пиринговых включений), мы предлагаем выделенные серверы в аренду по невероятно низким ценам, только неделю!.
Комментарии (36)
DrPass
10.01.2016 17:14+4> В 1980 г. «Эльбрус-1» с общей производительностью 15 млн оп/с успешно прошел государственные испытания.
> Это была первая ЭВМ в Советском Союзе, построенная на базе ТТЛ-микросхем.
Это, мне кажется, неверно. ТТЛ-микросхемы в СССР массово выпускались ещё в начале 1970-х, и использовались как элементная база даже для древних ЕС ЭВМ поколения «Ряд-1».
viktordenisenko
10.01.2016 18:12+2Для чего он? Наверное, для военных? По госзаказу?
Если будете делать микропроцессоры на Тайване по технологии 16 нм и собирать в Китае, то может быть когда-то он и станет рыночным продуктом. Говорю это с болью, а не с ехидством.Rumlin
10.01.2016 22:45+4Рынок занят Intel. Быть еще одним VIA не имеет смысла.
Ниша этих процессоров — военная техника. Там цена оправдывается другими критериями.
NetBUG
12.01.2016 01:55Я бы даже сказал, ещё одной Transmeta или DEC.
Собственно, конкурировал Эльбрус не с AMD, на мой взгляд, а с DEC/VAX.
alasir.com/articles/alpha_history/index_rus.html
NeoCode
10.01.2016 19:28+1Если Эльбрус — это собственная система команд, отличная от x86_32 и x68_64, то как они умудрились обеспечить поддержку Windows??? Собрали из исходников, которые Microsoft в свое время отдала в ФСБ на проверку???
А вообще крайне интересно было бы ознакомиться именно с системой команд. Вот как здесь.DrPass
10.01.2016 20:13+10Там не только собственная система команд. Там есть транслятор команд x86 на уровне микрокода, полагаю, что-то похожее на Transmeta Crusoe, благодаря чему работает софт из-под интеловской архитектуры. Насколько эта штука шустро работает, вопрос открытый. У Crusoe шустро не получилось, а Эльбрус вживую до сих пор никто толком не тестировал.
NeoCode
10.01.2016 20:22+1Ну так понятно что вживую не так просто. Но хоть pdf-ку бы нормальную почитать, интересно же…
anger32
12.01.2016 18:55+1Тестировали и Эльбрус 2С и 4С. 8С еще не видели, имеются определенные надежды на контроллер периферии 2й версии. Результаты не однозначные, поскольку исполнительные устройства ядер не однородны по функционалу (например, к памяти могут обращаться далеко не все), есть сомнения по производительности КЭШей ядер.
В нативном режиме работают только Эльбрус ОС (дебиан) и QNX (многократно видели на выставках, по заверениям разработчика уже поставляют заказчикам). Скажем так, свою сферу применения устройство имеет, но это не лекарство от всех болезней. В режиме бинарной трансляции вроде windows и шевелится, но дальше демонстраций никто эксплуатировать не решается.RainM
12.01.2016 20:43А есть результаты SPEC? было бы интересно сравнить :-)
anger32
12.01.2016 21:04Конкретно SPEC нет, смотрели в других «попугаях». В плане передать я скован по рукам и ногам, хорошо, что еще голова вертится =(.
0serg
13.01.2016 00:07Когда мне показывали 2С+ в далеком 2011-м, производительность в тех тестах что удалось притащить, скомпилировать и прогнать была в однопоточном режиме примерно на уровне Pentium 2 @ 300 МГц. С многопоточностью тогда вроде были какие-то проблемы.
anger32
13.01.2016 00:50Все зависит от опция компиляции. Результаты с -O0 и -O2/3 могут отличаться на порядки.
RainM
13.01.2016 11:45плюсую. Один автопараллелизатор может местами огромный привар дать.
0serg
13.01.2016 19:25Сдается мне что если бы там было что показать, то цифры производительности бы не скрывались.
Но чуда, по всей видимости, не случилось — компилируемый код работает на Эльбрусах довольно медленно, хотя я и видел статью где во вручную оптимизированном fgemm/dgemm народ на 2С+ вроде бы выжимал производительность близкую к теоретическому пику.
VaalKIA
13.01.2016 19:42команду, которая может задать в одном такте до 23 операций при максимальном заполнении
Похоже, что бодрый рапорт о производительности свидетельствует о VLIW архитектуре. VLIW — это не плохая идея, но на мой взгляд весьма бесперспективная. Безусловно, как этап в развитии — это важная веха, но, к сожалению, это не процессор будущего.
beeruser
11.01.2016 01:33+4''Так" не будет, но тем не менее, вы на сайт разработчика не пробовали зайти?
http://mcst.ru/files/511cea/886487/1a8f40/000000/book_elbrus.pdf
http://mcst.ru/publikacii-mcst
Muzzy0
10.01.2016 20:29+2Любопытно.
А справка точно автобиографическая? Не вяжется как-то автобиографическая с годом смерти…
AndreyDmitriev
10.01.2016 21:07Вообще-то то, что стоит на столе — монитор с клавиатурой — это же в чистом виде ДВК-2 с парой дисководов справа. Я на ней двадцать лет назад работал — знатная игрушка была. Правда к счастью кошмар с дисководами прошёл мимо меня — там уже стоял жёсткий диск на пять мегабайт.
nzeemin
11.01.2016 04:54+2Как я понимаю, там ДВК как раз и использовался как терминал к большой машине.
PapaBubaDiop
10.01.2016 21:54+9Я работал на Эльбрусах 1 и 2. Конечно, немного знал Эль-76 (там русские операторы!), но все лудили на Фортране-77, а точнее на препроцессоре самопальном RATFIV.
В архитектуре памяти Эльбруса была классная вещь, на каждом слове висел триггер, который выдавал АВОСТ при чтении не инициированной памяти. Это было на уровне железа и отлаживать ошибки распаханной памяти было легко и приятно.
Danov
10.01.2016 22:01+2Лет пятнадцать назад читал большую статью по архитектуре E2k и там как раз говорилось, что они хотели эти «триггеры» перетянуть в ядра (ныне реализованные).
huh
13.01.2016 09:49+1Любопытно, чего это вдруг Петнковский превратился в «советско-американского» ученого? То, что человека завербовали интеля, отнюдь не делает его американским ученым. История с Пентковским — ярчайший пример утекших на запад советских наработок.
RainM
13.01.2016 11:47+2А Александр Степанов ученый какой страны?
А разработчики(разработки) не утекли, если были бы кому-то здесь нужны.
buratino
13.01.2016 22:13+1Но процессоры оказались лучше адаптированными под гражданские задачи.
Под гражданские задачи такое и даром не нать, и за деньги не нать.
Вот если было сказано, что это может работать 20 лет и «конденсаторы не вспучатся» и вентиляторы не развалятся…
А так… Вот допустим шибанет молния и это чудо погорит — за сколько часов можно поставить замену?
Terranz
я наверно выражу общее мнение задав вопрос: где и за сколько можно купить такой компьютер в личное пользование?
IronHead
http://www.mcst.ru/arm-elbrus401 но цена была около 120 тыс руб за мамку с процем. Вам оно действительно нужно?
Tonna
Зачем он в личное пользование? Он нужен для военных, объектов важных для безопасности…
rei07
Безопасность информации нужна не только для военных. Для коммерческих нужд тоже очень актуально. Кстати западные компании очень беспокоятся об этом, от небольшой до таких гигантов как apple и google, где безопасность не уступает военным, и это касается не только западных, нашим компаниям полагаю тоже важно быть гарантированно защищенными. Промышленный шпионаж не кто не отменял, думаю найдет своих клиентов
Danov
На одной из конференций они для «поиграться» предлагали скачать дистрибутив ОС, который идентичен родному, но работает на x86. Как я понял, в него входит компилятор с эмулятором под E2k. Кроме того, предлагали подключаться к их виртуалкам для проверки исполнимых файлов.
phprus
> На одной из конференций…
А не подскажете на какой? Или каких-либо подробностей о получении такого дистрибутива? Мне, к сожалению, пока в их докладах не доводилось слышать подобных предложений.
> Кроме того, предлагали подключаться к их виртуалкам для проверки исполнимых файлов.
А Вы не в курсе условий акции?
Danov
Современные информационные технологии и ИТ-образование 2015
К сожалению, не помню кто именно был докладчиком. И не в курсе условий акции. Любопытно было послушать, но тема не моя.