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».

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^{[уточнить]}.

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.

Производство

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, Тайвань. 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.

Санкции

Из-за санкций против РФ производство российских процессоров «Эльбрус» и «Байкал», возможно, придется переносить с тайваньского завода в Китай, на это понадобится полтора-два года, заявил в интервью «Газете.Ru» исполнительный директор Консорциума отечественных разработчиков систем хранения данных РосСХД Олег Изумрудов.

До марта 2022 года процессоры «Байкал» и «Эльбрус» выпускала тайваньская компания TSMC. В 2022 году готовые партии данных процессоров не отпускались в Россию^[1].

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 2022)	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	1000	1300	1500	2000	2000	2000^[10]	2500
Производительность (32 бита), Гфлопс	4,8	8	28	50	24	250	576	192	1152	1500^[10]	3000
Производительность (64 бита), Гфлопс	2,4	4	8	25	12	125	288	96	576	750^[10]	1500
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

Ссылки

elbrus.ru — официальный сайт Эльбрус
Краткое описание архитектуры «Эльбрус» Архивная копия от 25 февраля 2020 на Wayback Machine
Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства «Эльбрус» Архивная копия от 10 января 2020 на Wayback Machine (книга, PDF, 2013)
ALT Linux — Архитектура «Эльбрус» Архивная копия от 20 октября 2021 на Wayback Machine
Зинченко Виктор Александрович. Российская платформа «Эльбрус». Решения и применение (неопр.). ineum.ru.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

Search