Процессор байкал для чего нужен. Российский процессор байкал. Области применения Байкал-М
Разработчики из РФ начали создавать собственные микропроцессоры, которые считаются вполне конкурентоспособными в отношении продукции ведущих мировых брендов. Есть уже как серийные образцы, готовящиеся к промышленному выпуску, так и планируемые разработки. Какие российские процессоры — действующие или перспективные — заслуживают особого внимания?
Основные разработчики российских процессоров
Российская IT-индустрия активно развивается. В числе самых технологичных ее сегментов — это разработка микропроцессоров, предназначенных для использования в составе ПК, и серверов, которые принято относить к IBM-архитектуре. Сейчас на этом рынке властвуют два мировых бренда — Intel и AMD. Конкурентных им разработок в мире очень немного. Но таковые могут быть предложены российскими инженерами.
В числе перспективных микросхем из РФ, которые могут стать конкурентами Intel и AMD, принято считать процессор «Байкал». Предполагается, что данный чип будет устанавливаться на компьютеры, заказываемые госструктурами. Самый, вероятно, известный микропроцессорный вендор, создавший работающие и готовящиеся к серийному выпуску образцы микросхем, — это компания МЦСТ. Он выпускает чипы под брендом «Эльбрус» в широком спектре модификаций.
Рассмотрим подробнее, какими особенностями характеризуются перспективные и действующие процессоры российского производства.
Процессор на перспективу: «Байкал»
В июне 2014 года российские СМИ облетела новость: Министерство промышленности и торговли осуществило заказ на разработку микропроцессоров, которые предполагалось впоследствии устанавливать на ПК, приобретаемые для государственных нужд. Речь идет о чипах под брендом «Байкал». Какие примечательные факты характерны для данной микросхемы? Процессор «Байкал» начала разрабатывать компания «Байкал Электроникс». Финансируется проект центром «Т-Нано», который создан корпорацией «Т-Платформы», при участии «Роснано». В работе над процессором занята также Объединенная приборостроительная корпорация. Известно, что в проекте, возможно, будут участвовать такие бренды, как Depo Computers, «Аквариус», а также Kraftway.
Предполагается, что процессор «Байкал» будет создан в нескольких модификациях. Первыми будут, согласно некоторым данным, 8-ядерные микросхемы Baikal M, а также M/S для ПК и серверов. Они будут выпускаться на базе технологии 28 нм, а также ядер Cortex A57, работающих по 64-разрядному принципу. Производительность процессоров «Байкал» составит порядка 2 ГГц. Ожидается, что микросхемы будут совместимы с ОС Linux. Впоследствии будут выпускаться также 16-ядерные микросхемы. Они будут выполнены по технологии 16 нм. Есть сведения о том, что российский процессор «Байкал» в рамках первых партий будет производиться тайваньской компанией TSMC.
Бренд «Эльбрус»: основные факты
Другой известнейший как в РФ, так и за рубежом микропроцессорный бренд - «Эльбрус». Чипы под этой маркой уже выпущены в нескольких разновидностях. Есть двухъядерный процессор «Эльбрус». Есть чипы с 4 и даже 8 ядрами.
Есть сведения, что в ближайшее время ПК на основе данных процессоров будут выведены на рынок. Сейчас на базе чипов «Эльбрус» созданы действующие образцы компьютеров самых разных модификаций — ноутбуков, моноблоков, десктопов, серверов. Основными заказчиками ПК, в которых будет устанавливаться российский процессор, разработанный компанией МЦСТ, как ожидается, будут оборонные структуры. Также есть надежды на спрос со стороны крупных бизнесов. Чипы «Эльбрус» могут работать под основными ОС для компьютеров IBM-архитектуры — Windows, Linux.
Рассмотрим подробнее, как создавались процессоры «Эльбрус».
Процессоры «Эльбрус»: история
Первый компьютер, с которого начинается история бренда, был создан советскими учеными в 70-х годах. Им стал вычислительный комплекс «Эльбрус-1». Он был основан на микросхемах типа TTL и содержал в своей структуре 10 процессоров общей производительностью порядка 15 мегафлопс. В некоторой степени это была уникальная машина: в частности, в ней был реализован принцип параллельного выполнения команд. По некоторым данным, в мире подобных ЭВМ еще разработано тогда не было. Объем ОЗУ в «Эльбрус-1» составлял 64 МБ — более чем прилично.
Для уникального начала разрабатываться собственная операционная система и отдельные языки программирования. В 1985 году появился комплекс «Эльбрус-2», представлявший собой усовершенствованную модель Он отличался обновленной на микросхемах типа ЭСЛ. Общая производительность процессоров вычислительного комплекса была более 125 мегафлопс. В архитектуре данного компьютера был реализован модульный принцип. Комплекс «Эльбрус-2» характеризовался высоким уровнем быстродействия и устойчивостью работы. Известно, что он использовался на различных военных объектах. Всего советская промышленность выпустила 30 комплексов «Эльбрус-2».
В 1990 году был изготовлен опытный образец компьютера «Эльбрус-3». Но в то время, в связи со сложной политической обстановкой в стране, финансирование проекта было прекращено. Тем не менее, уже в 1992-м было образовано ТОО «Московский центр SPARC-технологий», вскоре переименованное в компанию МЦСТ. Фирма стала выпускать промышленные системы, которые базировались на популярной тогда технологии SPARC, созданной Sun Microsystems.
Решения на базе SPARC
Работая с решениями на базе SPARC, компания МЦСТ разрабатывала собственный продукт в виде микропроцессора. В ранних версиях его архитектура была известна под названием E2k. Первая модель процессора на ее основе, получившая название R150, была выпущена в 2001 году. Техпроцесс предполагал использование технологии 350 нм. Работал тот российский процессор на частоте в 150 МГц при производительности, составляющей порядка 150 мегафлопс.
В 2004 году появился гораздо более мощный чип — R500. Его составляла 500 МГц. Выпускался он в рамках более высоких технологичных стандартов — 130 нм. В 2007-м компания МЦСТ выпустила двухъядерный процессор R500S, включивший в себя наработки в сфере технологии SPARC. Его производительность составляла 1 гигафлопс.
Одновременно с развитием микросхем на базе SPARC компания МЦСТ занималась созданием процессора, полностью основанного на собственных разработках ее инженеров. Так, к 2007 году был создан и прошел государственные испытания российский процессор «Эльбрус». Он был изготовлен в соответствии со стандартом 130 нм и работал на частоте 300 МГц. Процессор был оснащен одним ядром и функционировал на скорости 4,8 гигафлопс. Данный чип, а также наработки по нему, положили начало целому семейству микросхем, выросших в технологичные, высокопроизводительные решения. Рассмотрим их.
«Эльбрус-S»
Первый серийный чип от МЦСТ - это процессор «Эльбрус-S», который появился в 2010 году. Он выпускался по стандарту 90 нм. Данная микросхема могла работать при частоте в 500 МГц и обеспечивать производительность порядка 8 гигафлопс.
Можно отметить, что аналогичную производительность тогда мог показывать чип AMD Athlon 64, функционирующий на частоте 2,2 ГГц.
«Эльбрус-2С+»
В 2011-м появилась следующая модификация процессора — чип «Эльбрус-2С+». Он был изготовлен также в соответствии с архитектурой 90 нм, но его производительность была намного выше — 28 гигафлопс. Можно отметить, что аналогичных показателей могли достигать такие чипы, как Intel Core 2 Duo, а также Intel Core i3. Есть сведения, что подобного прогресса разработчикам удалось достичь благодаря тому, что сопровождают процессор 4 ядра дополнительной микросхемы. Данный компонент осуществляет цифровую обработку сигнала. Однако встроенный процессор соответствующего типа, как посчитали инженеры МЦСТ, характеризовался слишком высокой ресурсоемкостью в процессе выпуска. Поэтому в следующих моделях «Эльбрус» он был заменен альтернативными решениями.
«Эльбрус-4С»
В 2014 году начался серийный выпуск очередного микропроцессорного шедевра - «Эльбрус-4С». Данный чип изготовлен по технологии 65 нм. Его ядра (всего их, соответственно, 4) функционируют на частоте 800 МГц. Каждое из них оснащено 2 МБ кэш-памяти. Это позволило добиться производительности процессора в 50 гигафлопс. Это почти столько же, как, например, у чипа Intel Core i7-975 — 53 гигафлопса. При этом мощность российского чипа — 45 Вт. В данном аспекте питание процессора «Эльбрус-4С», как считают многие эксперты, экономичнее, чем у американской разработки.
Чип с 4 ядрами от МЦСТ — один из самых универсальных. Типы компьютеров, в которые может быть установлен данный процессор, — ПК, ноутбуки, сервера, моноблоки. Собственно, в линейке вычислительных комплексов, которые также выпускает компания МЦСТ, присутствуют машины во всех отмеченных конфигурациях.
«Эльбрус-8С»
Новейший процессор от МЦСТ - обладающий 8 ядрами «Эльбрус-8С». Чип работает на базе стандарта 28 нм, что вплотную приближает его к ведущим мировым образцам микропроцессоров. Кэш-память второго уровня на ядрах микросхемы «Эльбрус-8С» — 4 МБ, третьего — 16 МБ. Процессор может работать с распространенным стандартом ОЗУ типа DDR3 1600. Производительность чипа, измеряемая на вычислениях с одинарной точностью, — 250 гигафлопс. В процессоре есть 4 контроллера памяти. Показатель для каналов межпроцессорного обмена данными — 16 ГБ/сек. Отмеченная производительность чипа — 250 гигафлопс. Как она соотносится с показателями мировых аналогов российского процессора? Можно отметить, что чип 4930K выдает порядка 130-140 гигафлопс. Специально для новейших процессоров «Эльбрус» создаются новые материнские платы, а также отдельная версия ОС. Также, возможно, будут разработаны многопроцессорные компьютеры на базе чипа.
Есть сведения, что к 2018 году компания МЦСТ выпустит процессоры типа «Эльбрус-16С». Их расчетная производительность — 1 терафлопс. Ожидается также, что чипов будет базироваться на стандартах менее 28 нм.
Перспективы чипов
Как оценивают эксперты выпускаемые российским брендом процессоры? Отзывы очень многих IT-специалистов, можно сказать, восторженные.
Причин тому несколько. Например, многие разработчики гордятся уже тем, что процессор был создан именно в России, причем в условиях, когда долгое время экономическая ситуация не способствовала активному развитию IT-индустрии в столь высокотехнологичном и наукоемком сегменте. В плане производительности процессоров оценки также в целом положительные.
Есть некоторые замечания у специалистов, которые касаются маркетинговых перспектив чипов. Чтобы сделать их рентабельными, нужны большие рынки сбыта, которые заняты мировыми лидерами. Соревноваться с ними, полагают эксперты, будет непросто.
Вместе с тем, как считают некоторые аналитики, процессоры «Эльбрус» вполне могут стать достойной альтернативой решениям от Intel и AMD внутри РФ, особенно в части военных поставок, при которых к разработчикам выдвигаются самые жесткие требования в аспекте надежности электронных компонентов и безопасности их использования. Компания МЦСТ, полагают эксперты, вполне способна обеспечить соответствие выпускаемых ею процессоров данным требованиям.
ОС «Эльбрус»
Стоит отметить, что специально для вычислительных комплексов от МЦСТ, работающих на процессоре «Эльбрус», была создана отдельная операционная система. Ее основой стало ядро Linux в версии 2.6.33, однако подвергшееся глубокой фундаментальной переработке. В результате появилась ОС «Эльбрус», характеризующаяся высочайшим уровнем безопасности и устойчивости в работе. В создании принимали активное участие специалисты ОАО ИНЭУМ им. И. С. Брука.
Этот маленький процессор потребляет всего 5 Вт и может работать даже без радиатора. В процессор встроены три контроллера Ethernet (два гигабитных и один 10-гигабитный), контроллер памяти DDR3-1600, поддерживающий до 8 ГБ, контроллер PCIe Gen.3, контроллер SATA 3.0 (6 Гбит), контроллер USB 2.0.
Процессор построен на 2-ядерном MIPS 32 r5 P5600 (это первая в мире реализация процессора на этом ядре), работающем на частоте до 1,2 ГГц, встроенная кэш-память 1 Мбайт, технологический процесс 28 нм.
По производительности Baikal-T1 сопоставим с процессорами Intel Atom и процессорами современных смартфонов. Он будет применяться преимущественно в мощном телекоммуникационном оборудовании (роутерах, управляемых коммутаторах), но пригоден и для тонких клиентов.
Компания «Т-Платформа» начинает производство моноблоков Таволга Терминал TP-T22BT на процессоре Байкал Т1. Они будут использоваться для создания автоматизированных рабочих мест там, где предъявляются специальные требования безопасности.
«Таволга» работает под управлением Linux и может оснащаться любыми совместимыми с ней прикладными программами - пакетом офисных приложений LibreOffice, браузером Firefox и многими другими.
«Таволга Терминал» также работает в терминальном режиме в качестве веб-клиента, обеспечивая удаленный доступ к любым приложениям через веб-браузер или с использованием протоколов удаленного рабочего стола, таких как RDP или VNC.
«Байкал Электроникс» подписали меморандум о научно-техническом сотрудничестве с компанией Lenovo.
Lenovo уже продемонстрировали рабочий образец моноблока ThinkCentre Tiny-in-one 23, построенный на процессоре Baikal-T1.
Сегодня я впервые публикую данные о быстродействии процессора Baikal-T1, работающего на частоте 1 ГГц.
Coremark: 10342 coremarks (2 thread), Whetsnone: 1052 MWIPS (2 thread), Dhrystone: 3651 VAX MIPS (1 thread).
Результаты Coremark для большинства процессоров можно посмотреть .
К моменту завершения разработки процессора Байкал-Т1 компания существовала уже три года, в ней работало 70 российских «железячников» и программистов.
За основу было взято лицензированное ядро MIPS P5600, кроме того были лицензированы контроллеры Ethernet, SATA и USB. Российским разработчикам предстояло собрать эти компоненты вместе, заставить их корректно работать друг с другом и произвести разводку чипа по современной топологии 28 нм. Некоторые компоненты процессора разрабатывались с нуля.
Я попросил показать топологию процессора Байкал-Т1.
Так выглядит один маленький её кусочек.
Таких кусочков в процессоре миллионы.
Вы тоже видите странных грустных животных в топологии соединений Байкала? ;)
Это всего лишь один слой соединений.
Для процессора Байкал-Т1 была разработана и выпущена отладочная плата в стандартном формате MicroATX.
Это две самых первых платы.
Плата №0001. Кодовое имя «Лошадка». :)
В электронную лабораторию Байкал Электроникс не пускают никого, даже большинство своих сотрудников. Меня пустили. :)
Офис разработки программной части.
Идёт тестирование.
Процессор Baikal-T1 получился вполне конкурентоспособным и за счет большого количества различных интерфейсов на чипе обладает преимуществами перед конкурирующими изделиями иностранных разработчиков. При стоимости около $60 он позволит создавать телекоммуникационное и промышленное оборудование, блоки диспетчеризации и тонкие клиенты, системы автоматизации и управления. Российское происхождение гарантирует отсутствие «закладок» и позволит применять его в структурах с повышенными требованиями к информационной безопасности.
Сейчас Байкал Электроникс работает над разработкой новых процессоров на базе архитектуры ARM - Baikal-M для настольных ПК, встроенных систем, средств промышленной автоматики, смарт-камер и Baikal-MS для микросерверов и встроенных систем.
2016, Алексей Надёжин
Несколько недель назад в новостных сюжетах в очередной раз всплыла тема импортозамещения в самой, пожалуй, современной отрасли микроэлектроники - процессорах. Новый российский процессор Baikal-T1, построенный на ядре MIPS P5600, компания «Байкал Электроникс», дочерняя структура известного российского разработчика суперкомпьютеров «Т-Платформы». «Лента.ру» попробовала разобраться, какой процессор можно считать российским и зачем вообще нужен отечественный процессор.
Российская микроэлектронная промышленность - достаточно традиционный объект для шуток (чтобы не сказать издевок) еще с советских времен: выбранный в СССР в 1980-х годах курс на копирование западных образцов фактически привел к краху советской микроэлектроники. Анекдот про микропроцессор, отправленный в адрес заказчика тремя железнодорожными платформами, родился как раз в те годы.
Буквально за день до анонса Baikal-T1 рунет с упоением обсуждал, казалось бы, продолжение анекдота - ноутбук HT-ЭльбрусS , выпускаемый другим отечественным разработчиком процессоров, компанией МЦСТ: эта десятикилограммовая машина при цене 150 тысяч рублей способна работать на одной зарядке аккумулятора «не менее 1 часа». Правда, вскоре выяснилось и то, что модель эта - 2012 года и, главное, относится к классу защищенных ноутбуков, то есть способна выдержать падение на бетон, работу под дождем и другие неприятности. В качестве примера конкурентов HT-ЭльбрусS можно привести 15-дюймовый Getac X500, стоящий более 300 тысяч рублей и способный выдержать электромагнитный импульс ядерного взрыва, и «портативные ПК» немецкой Bit Tradition, одна из моделей которой - Bit-RPC 1522-MIL - весит около 20 килограммов и может похвастаться батареей на 30 минут работы.
Впрочем, наличие конкурентов - еще не ответ на вопрос, нужны ли вообще отечественные процессоры и компьютеры, а также можно ли считать существующие продукты отечественными.
Свои комментарии по российской составляющей устройств дали компании «Байкал Электроникс», МЦСТ и КМ211, а также один из мировых лидеров по разработке современных процессоров - британская компания Imagination Technologies, владеющая процессорной архитектурой MIPS. Все три российские компании занимаются разработкой современных процессоров, хотя и в разных направлениях: МЦСТ целится на рынок рабочих станций и серверов, КМ211 больше ориентирована на применение в системах безопасности и автоматизации, а «Байкал Электроникс» заняла промежуточное положение, представив чип для производительного сетевого оборудования.
Большой путь к маленькому процессору
Разработка современного процессора - длинный и сложный процесс. Начинается он с выбора архитектуры - набора команд, которые данный процессор сможет исполнять. От архитектуры зависит не только производительность процессора, но и его совместимость с программным обеспечением: ПО, выпущенное для одной архитектуры, на другой чаще всего работать не будет.
Последнее обстоятельство обусловило то, что распространенных процессорных архитектур в мире не так много; почти весь рынок поделен между тремя лидерами - Intel x86, ARM и MIPS. Первая уже не одно десятилетие доминирует в настольных ПК и ноутбуках, а две оставшиеся нашли свое призвание в мобильных устройствах и встраиваемых промышленных компьютерах. Интересно, что компании ARM Holdings и Imagination Technologies - разработчики архитектур ARM и MIPS - не выпускают процессоры сами, предпочитая продавать лицензии.
Говоря об архитектурах процессоров, необходимо понимать, что их нельзя напрямую сопоставлять друг с другом - каждая из них обладает своими сильными и слабыми сторонами, определяющими сферу ее применения. Например, на рынок ПК среди разрабатываемых сейчас российских процессоров претендуют только «Эльбрусы», но и они очень сильно отличаются от привычных пользователям процессоров архитектуры x86. Основное назначение «Эльбрусов» - это работа в компьютерах на промышленных и государственных объектах, то есть там, где Windows и Microsoft Office стараются не использовать в любом случае, а потому совместимость с этим ПО не является критичным моментом. Baikal-T1 и вовсе предназначен для сетевого оборудования и систем автоматизации, - сравнивать его с процессорами для ПК столь же нелепо, как грузовой КамАЗ с легковым Mercedes: аудиосистема у второго намного лучше, но в тех задачах, для которых предназначен первый, это роли не играет.
Исполняются команды на ядре процессора - схеме, обеспечивающей все необходимые вычислительные ресурсы. Хотя ядро, поддерживающее конкретную архитектуру, можно создать самостоятельно, чаще всего его тоже покупают у разработчика архитектуры. Но такое ядро - это еще не готовый чип, а всего лишь исходные коды, внешне похожие на исходные коды компьютерной программы.
На следующем этапе ядро «обвешивают» дополнительными периферийными модулями - например, контроллерами USB или Ethernet, если это требуется - добавляют ядро графического процессора, отвечающего за вывод картинки на монитор, и так далее. Часть модулей разрабатывается самостоятельно, часть может быть лицензирована у других компаний - опять в виде исходных кодов.
Предпоследний этап разработки - переход от абстрактных кодов к чертежам конкретного чипа. Для современных процессоров, работающих на частотах до единиц гигагерц, он также весьма нетривиален - в процессе необходимо учитывать огромное количество нюансов и ограничений. По словам Тони Кинг-Смита, исполнительного вице-президента Imagination Technologies, «срок от получения лицензии на ядро до воплощения его в кремнии постоянно сокращается, но все равно в среднем составляет от 9 до 18 месяцев», а сам процесс требует усилий группы высококвалифицированных разработчиков.
И лишь после прохождения всех этих этапов запускается конвейер полупроводниковой фабрики, на выходе которого мы и видим знакомые чипы.
Пятый пункт
Дискуссии о национальной принадлежности процессоров традиционно крутятся вокруг двух фактов. Во-первых, на данный момент в России нет современного полупроводникового производства, а потому выпускаются отечественные процессоры, как правило, на мощностях тайваньской TSMC - одного из крупнейших производителей чипов в мире, не занимающегося собственной разработкой микросхем, а лишь предоставляющего услуги по их выпуску. Во-вторых, многие из процессоров построены на базе архитектуры и ядер, разработанных западными компаниями - например, Baikal-T1 использует ядро MIPS P5600.
Впрочем, в случае с МЦСТ и КМ211 происхождение архитектуры уже не вызывает сомнений - обе компании используют собственные разработки, «Эльбрус» и «Кварк». В случае с МЦСТ иногда возникает небольшая путаница - ей приписывают использование в «Эльбрусах» довольно старой архитектуры SPARC v9, разработанной компанией Sun Microsystems еще в середине 90-х годов; МЦСТ действительно делает и SPARC-процессоры, но это - модели R500 и R1000, а не «Эльбрус».
В противовес подходу МЦСТ, «Байкал Электроникс» предпочитает использовать готовые процессорные ядра: у компании заключены соглашения как с Imagination, так и с ARM Holdings. Такой подход позволяет сконцентрировать ресурсы на выпуске финального продукта - и мировая практика показывает, что он весьма эффективен: ни один из крупных производителей процессоров не пренебрегает лицензированием чужих разработок, и многие из них используют ядра ARM или MIPS.
Однако лицензия на готовое ядро, как уже отмечалось выше, не избавляет компанию от серьезных трудозатрат. В обоих случаях для реализации проекта нужен интеллектуальный ресурс - группа разработчиков с глубоким пониманием архитектуры современных процессоров и принципов проектирования интегральных схем. И в случае с отечественными компаниями этот ресурс создается и поддерживается в России.
При этом необходимо признать, что производство самих чипов в России хоть и присутствует, но по своим возможностям радикально отстает от зарубежных мощностей. Однако в современном мире «бесфабричные компании», занимающиеся только проектированием и продажей микросхем, уже давно составляют подавляющее большинство - так, среди основных производителей процессоров только Intel и Samsung производят свою продукцию сами. Среди их конкурентов одни никогда своими фабриками не обладали, а другие - например, AMD - сознательно перешли к бесфабричной модели, выделив производство в отдельную компанию в рамках оптимизации своей структуры.
Разделение разработки и производства чипов - общемировая тенденция, и ставить их в жесткую зависимость друг от друга неправильно. Хотя хочется надеяться на появление и отечественного современного полупроводникового производства, заслуги разработчиков чипов его отсутствие никак не умаляет.
Вопросы безопасности
Востребованность отечественной замены импортного аналога можно рассматривать с двух точек зрения - с чисто коммерческой и с точки зрения обеспечения безопасности. Если коммерческая составляющая понятна и неспециалисту, то второй аспект является менее очевидным.
С одной стороны, тот факт, что цифровые войны в мире уже идут, оспорить трудно: после откровений Сноудена и информации об успешной атаке на иранскую ядерную инфраструктуру с помощью червя Stuxnet (и - на КНДР). С другой стороны, до сих пор в основном обсуждается роль в этих атаках программного, но не аппаратного обеспечения.
Для хакеров, в том числе работающих на государство, уязвимости ПО остаются наиболее привлекательными - они обеспечивают максимум возможностей и по проникновению в нужную систему, и по действиям в ней. Тем не менее, современные процессоры настолько сложны и многофункциональны, что в них тоже может найтись место для «закладок», облегчающих работу спецслужб.
Скажем, многие процессоры оснащены генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), который часто используется различными системами шифрования - и надежность этого кодирования зависит от степени случайности выдаваемой генератором последовательности. Технически возможно внести в чип процессора изменения, делающие последовательность на выходе ГПСЧ предсказуемой, а значит, зашифрованные с его помощью данные - сравнительно легко декодируемыми третьей стороной, знающей про эту особенность конкретного ГПСЧ.
При этом изменения в работу ГПСЧ могут быть внесены как на этапе производства конкретной партии процессоров, так и программно - с помощью недокументированных команд, которые могут быть выполнены, например, невинно выглядящим штатным обновлением какой-либо программы.
Обнаружить подобную закладку в готовом изделии практически невозможно - современный процессор содержит в себе миллиарды транзисторов, и даже просвечивая чип рентгеном, точно определить функции каждого из блоков нереально. Более того, первый тип закладки в некоторых случаях может быть внедрен таким образом, что обнаружить его не удастся даже при рентгеновском анализе блока ГПСЧ.
Это - лишь один пример, но и из него очевидно, что игнорировать возможность аппаратных закладок в тех или иных изделиях электроники было бы наивно. Причем касаться этот вопрос может и государств, и крупных коммерческих компаний - так, недавно выяснилось , что Агентство национальной безопасности США несколько лет следило за Siemens и другими европейскими компаниями.
Конечно, зарубежное производство чипов также представляет определенный фактор риска - однако настолько малый, что им можно пренебречь. Во-первых, как подчеркнули в «Байкал Электроникс», соответствие заказа и финального изделия строго контролируется, а потому внесение изменений на этом этапе невозможно. Во-вторых, внедрение «закладки» осложняется тем, что фабрика не обладает полной документацией на процессор - так что даже поиск в нем нужного блока может оказаться нетривиальной задачей. В-третьих, как отмечают в Imagination Technologies, для контрактного производителя чипов допуск посторонних лиц к данным клиентов - колоссальный репутационный риск.
Планы на будущее
Безопасность на государственном уровне - вопрос, конечно, важный, но в конечном успехе на судьбу разработчика намного сильнее влияет успех его продукции на открытом рынке. На данный момент российские компании представлены на нем крайне слабо - основными потребителями их продукции являются государственные структуры. Впрочем, многие из них надеются, что в ближайшие годы ситуация может поменяться.
Константин Трушкин, представитель компании МЦСТ, видит препятствие в малой серийности изделий и ограниченной поддержке со стороны ПО, однако считает, что компании удастся его преодолеть: «при выходе на объем порядка десяти тысяч изделий можно будет снизить стоимость решений до уровня, доступного не только для организаций, но и для частных лиц». При этом, по его словам, МЦСТ в значительной степени надеется на федеральные целевые программы, которые позволят отечественным разработчикам успешнее конкурировать с иностранными.
Дмитрий Пустов, сотрудник компании КМ211, во многом соглашается с Трушкиным, также считая, что основное препятствие для российских разработчиков - ориентация на мелкосерийное производство вместо массового рынка, в том числе и зарубежного. При этом у КМ211 уже на данный момент основные клиенты - это коммерческие компании, занимающиеся разработкой решений в области промышленной автоматизации и обеспечения безопасности.
Андрей Малафеев, работающий в «Байкал Электроникс», также поддерживает точку зрения о необходимости выхода на мировой рынок - по его словам, производство современной микроэлектроники просто невозможно замкнуть в одной стране. Для Baikal-T1 в качестве приоритетных рассматриваются более полудесятка стран - от ОАЭ до Германии; в дальнейшем для расширения своего присутствия на рынке компания планирует представить процессоры для ПК и мобильных устройств.
В Imagination Technologies дополняют, что для успеха российских разработчиков ключевым является не только факт выхода на мировой рынок, но и подготовка квалифицированных кадров в России. По словам Тони Кинг-Смита, пока в России всего несколько университетов преподают полноценные курсы по разработке интегральных схем, в то время как эти знания должны быть доступны во всех вузах, готовящих специалистов по информатике. Чтобы помочь наладить учебный процесс, недавно Imagination Technologies перевела на русский язык и обеспечила бесплатный доступ к учебнику «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» Дэвида Харриса и Сары Харрис, фактически покрывающему значительную часть университетского курса.
Очевидно, что до безоблачного существования разработчикам российских процессоров пока далеко, - фактически большинство из них лишь в начале пути, выпускают продукцию небольшими партиями для госсектора или под узкоспециализированные коммерческие проекты. Тем не менее рост числа компаний, работающих в этой отрасли, равно как и их стремление выйти на массовый рынок, в том числе международный, позволяет надеяться, что уже через несколько лет об отечественных процессорах будут говорить с куда меньшим скепсисом.
Разработчики отечественных процессоров «Байкал» провели их развернутое тестирование по ряду метрик. Одна из них выгодно демонстрирует сопоставимость характеристик российского изделия с продукцией мировых лидеров рынка.
Позитивный тест для «Байкала»
Отечественные процессоры «Байкал» по ряду параметров продемонстрировали показатели производительности, сопоставимые с продукцией признанных мировых лидеров отрасли.
В августе 2017 г. компания-разработчик «Байкал электроникс» провела полноценное тестирование быстродействия своего процессора Baikal-T1, работающего с тактовой частотой 1,2 ГГц. Для оценки его свойств применялась методика, предусматривающая возможность систематизации полученных результатов вне зависимости от типа процессорной микроархитектуры и используемой программной платформы.
Измерения проводились в шести приложениях, определяющих производительность как вычислительных модулей процессора, так и пропускную способность реализованных функциональных блоков: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006.
Условия тестирования (источник: «Байкал электроникс»)
«Бенчмаркинг показал, что реальные показатели быстродействия процессора Baikal-Т1 превосходят оценочные характеристики для процессорных ядер MIPS P-класса, а те, в свою очередь очень выгодно смотрятся по сравнению архитектурой х86», — прокомментировал CNewsитоги теста представитель «Байкал электроникс» Андрей Малафеев. Из его пояснений можно было заключить, что речь идет об отношении производительности к энергопотреблению и производительности к площади кристалла.
Результаты тестирования Baikal-T1 (источник: «Байкал электроникс»)
При этом Малафеев отдает себе отчет в том, что Baikal-T1 архитектурно ориентирован в первую очередь на рынки коммуникационных решений и встроенных систем. Однако с точки зрения Малафеева, хорошая производительность позволяет использовать рассматриваемый Baikal-T1 как универсальный процессор «в обширной экосистеме, которая развивается уже более четверти века и имеет значительный потенциал на существующих и только возникающих рынках».
Условное сравнение
Как можно было понять из общения с Малафеевым, наибольшее значение его компания придает тесту на бенчмарке CoreMark (о его сравнении с другими метриками читайте ниже), который в большей степени ориентирован на процессоры для встраиваемых систем, хотя применяется и для других процессоров самого разного назначения.
На сайте кураторов теста Baikal-T1 официально на данный момент не представлен — «Байкал электроникс» еще не подавала в него полученные на ее тесты результаты.
Выборочное условное сравнение известных процессоров с Baikal-T1 на тесте CoreMark
Источник: CNews Analytics
* тестировался сервер на базе двух одноядерных процессоров
В этой связи CNews Analytics для наглядности отобрал результаты тестирования нескольких актуальных процессоров известных марок и указал среди них предполагаемое место Baikal-T1 (см. таблицу).
На чем тестировался «Байкал»
По словам Малафеева, приведенные шесть бенчмарков представляют собой наборы синтетических тестов с определенной смесью инструкций, характерной для тех или иных приложений.
«Традиционные бенчмарки Dhrystone и Whetstone предназначены для оценки производительности центрального процессора на вычислениях в целочисленной арифметике и арифметике с плавающей запятой соответственно, — говорит Малафеев. - Они универсальны, и могут быть написаны на разных языках программирования (например, первые версии Dhrystone и Whetstone, вышедшие в 1960-1970 годах прошлого века, были написаны еще на языках Fortran и Algol 60). В то же время, они могут использовать разные библиотеки и, будучи собраны разными компиляторами, дают существенно различающиеся исполнительные коды, что в определенной степени обесценивает полученные с их помощью оценки быстродействия. В какой-то мере эти недостатки преодолеваются стандартизацией некоторых скомпилированных кодов (имеются ввиду версии для DOS, OS/2, Windows)».
Бенчмарк CoreMark, по заверению эксперта, ориентирован на встраиваемые системы и включает такие функции как обработка списков, манипуляции с матрицами, реализация автомата состояний и вычисление контрольного кода CRC (Check Redundancy Code). Он написан на стандартном языке «Си», и в отличие от других бенчмарков не включает никаких дополнительных библиотек и выдает одинаковый результат.
«Эти преимущества делают данный бенчмарк все более популярным, и он постепенно вытесняет конкурентов, — говорит Малафеев. - Тем не менее, Dhrystone и Whetstone по-прежнему достаточно широко используются».
Тест Stream, говорит эксперт, представляет собой простую синтетическую тестовую программу, которая измеряет устойчивую пропускную способность памяти (в МБ/с) и соответствующую скорость вычислений для простых векторных ядер.
IPERF — это инструмент с открытым исходным кодом, который можно использовать для тестирования производительности сети. SPEC CPU2006 содержит два набора тестов: CINT2006 для измерения и сравнения вычислительной интенсивности целочисленной производительности и CFP2006 для измерения и сравнения вычислительной интенсивности с плавающей запятой.
Baikal-T1, тиражи выпусков, стоимость разработки, потребители
Baikal-T1 представляет собой процессор с архитектурой MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), созданной в соответствии с концепцией RISC, то есть для процессоров с сокращенным набором команд.
Разработка процессора была завершена в конце 2014 г., и в декабре «Байкал электроникс» передал на фабрику TSMC так называемый RTL-код изделия для его выпуска. В мае 2015 г. компания объявила о выходе инженерных образцов.
Тогда сообщалось, что разработка была реализована при поддержке Минпромторга с привлечением средств самого ведомства и федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 гг.», а также инвестиций компаний «Т-нано» и «Т-платформы» (материнская структура «Байкал электроникс»). Конкретной суммы вложений в проект в «Байкал» тогда не раскрыл.
Далее образцы были вручную протестированы, и в «Байкале» убедились в их работоспособности. После этого компания в конце лета 2015 г. подала заявку в экспертный совет Фонда развития промышленности (ФРП) при Минпромторге на получение тематического займа для продолжения проекта — запуска серийного производства.
В октябре 2015 г. льготный займ был одобрен. При уровне собственных вложений компании в 288 млн руб. объем этого займа составил 500 млн руб. На эти деньги «Байкал» в декабре 2015 г. разместили заказ на TSMC. В сентябре 2016 г. свет увидела так называемая установочная партия примерно в 10 тыс. процессоров.
В марте 2017 г. в «Байкал электроникс» объявили о скором выходе 100-тысячной промышленной партии.
Основными потребителями Baikal-T1 выступают производители телекоммуникационного оборудования (роутеры, IP-телефоны, накопители данных и т. д), вычислительной техники, оборудования для встраиваемых систем (промышленная автоматика, терминалы, автомобильные системы и т. д.). Объем потребления процессоров на этих рынках, по оценка ФРП, растет в пределах 7-15% в год.
31.05.2018, Чт, 16:03, Мск , Текст: Денис Воейков
«Байкалы» начинают продаваться в рознице в голом виде - без «обвесов» в виде оценочных плат. За счет этого цена процессоров для покупателя снижается ровно в 10 раз.
Продажи «Байкалов» в чистом виде
Как стало известно CNews, российские процессоры «Байкал» впервые поступают в розничную продажу в качестве самостоятельных товарных единиц, а не в составе оценочных плат (одноплатных компьютеров). О появлении своей продукции в ассортименте магазинов электронных компонентов «Чип и дип» с 1 июня 2018 г. «в количествах, необходимых для прототипирования и производства тестовых образцов электроники» редакции сообщили в отечественной компании «Байкал электроникс» - разработчике «Байкалов».
К реализации был подготовлен первый и пока единственно серийно выпускаемый чип организации Baikal-T1 (новое официальное название - BE-T1000).
Розничная цена одного процессора составит 3990 руб. По сравнению с платами на «Байкалах» семейства БФК 3.1 (аббревиатура: блок функционального контроля), которые в середине апреля 2018 г. по 39,9 тыс. руб., чип в голом виде стоит ровно в 10 раз дешевле.
«Байкалы» стало возможным купить в рознице без нагрузки в виде плат
Разработчики добавляют, что ценовая политика в отношении оптовых партий определяется в индивидуальном порядке. Поставки продукции в этом случае осуществляются «Байкал электроникс» напрямую заказчику.
Качественно-ценовое позиционирование
На вопрос CNews, как с точки зрения сочетания предложенной цены и существующих характеристик процессора компания оценивает новое торговое предложение по сравнению с другими чипами на российском рынке, в «Байкал электроникс» ограничились формальным ответом. «Мы сделали очень выгодное ценовое предложение - в парадигме производительность/функциональность/энергопотребление у нашего продукта хорошие позиции», - отметили собеседники CNews.
Характеристики процессора
Baikal-T1 представляет собой так называемую систему на кристалле с размерами 25 на 25 мм и заявленным энергопотреблением менее 5 Вт. Она имеет два суперскалярных ядра P5600 MIPS 32 r5 с рабочей частотой 1,2 ГГц. Обладает кэшем L2 на 1 Мбайт и контроллером памяти DDR3-1600.
В чип присутствует один порт 10Gb Ethernet, два порта 1Gb Ethernet, контроллер PCIe Gen.3 х4, два порта SATA 3.0, USB 2.0.
Чипы производятся по технологическому процессу в 28 нанометров - непосредственно на фабрике тайваньской компании TSMC. Последнее обстоятельство определяет тот факт, что Baikal-T1 классифицируется Минпромторгом в качестве российской интегральной микросхемы второго уровня, а не первого, как это было в случае с местной фабрикой.
Завершение формирования процессорной экосистемы
Напомним, что в начале января 2018 г. - еще до начала поступления в продажу «Байкалов» в составе тестировочных плат - стало известно, что усилиями «Байкал электроникс» и факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) МГУ имени М. В. Ломоносова на базе ЦОДа ВМК лаборатория отечественной электроники, доступ к которой открыт для всех заинтересованных лиц.
Используя ресурсы новой структуры, получившей название Лаборатория электроники «Байкал» (ЛЭБ), можно проводить оценку производительности центрального процессора и решений на его основе, а также отладку прикладного и системного ПО.
«Сейчас наша основная цель - снизить для разработчиков стоимость вхождения в проекты, - говорит директор департамента маркетинга и продаж «Байкал электроникс» Константин Щербаков. - Мы сделаем это за счет улучшения качества документации, создания набора ПО, актуализации и распространения указаний по применению (application notes) и эскизных проектов (reference designs)».
Щербаков уверен, что на данный момент с точки зрения экосистемы у его компании уже все готово для поддержки проектирования клиентами конечной продукции на «Байкалах»: от лаборатории на базе ВМК МГУ, до простой покупки процессора и отладочной платы для создания прототипов устройств.
Baikal-T1, тиражи выпусков, стоимость разработки, потребители
Baikal-T1 представляет собой процессор с архитектурой MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), созданной в соответствии с концепцией RISC, то есть для процессоров с сокращенным набором команд.
Разработка процессора была завершена в конце 2014 г., и в декабре «Байкал электроникс» передал на фабрику TSMC так называемый GDS-код изделия для его выпуска. В мае 2015 г. компания о выходе инженерных образцов.
Тогда сообщалось, что разработка была реализована при поддержке Минпромторга с привлечением средств самого ведомства и федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 гг.», а также инвестиций компаний «Т-нано» и «Т-платформы» (материнская структура «Байкал электроникс»). Конкретной суммы вложений в проект в «Байкал» тогда не раскрыл.
Далее образцы были вручную протестированы, и в «Байкале» убедились в их работоспособности. После этого компания в конце лета 2015 г. подала заявку в экспертный совет Фонда развития промышленности (ФРП) при Минпромторге на получение тематического займа для продолжения проекта - запуска серийного производства.
В октябре 2015 г. льготный займ на подготовку промышленного выпуска процессора был одобрен. При уровне собственных вложений компании в 288 млн руб. объем этого займа составил 500 млн руб. На эти деньги «Байкал» в декабре 2015 г. разместили заказ на TSMC. В сентябре 2016 г. свет увидела так называемая установочная партия примерно в 10 тыс. процессоров.
В марте 2017 г. в «Байкал электроникс» о скором выходе 100-тысячной промышленной партии. После этого компания заказывала и другие тиражи, но раскрывать информацию об их объемах пока не готова.
Основными потребителями Baikal-T1 выступают производители телекоммуникационного оборудования (роутеры, IP-телефоны, накопители данных и т. д), вычислительной техники, оборудования для встраиваемых систем (промышленная автоматика, терминалы, автомобильные системы и т. д.). Объем потребления процессоров на этих рынках, по оценкам «Байкал электроникс», растет в пределах 7-15% в год.
