Байкал процессор где используется

Обновлено: 07.07.2024

О компании «Baikal Electronics»

Инновационные разработки популярного производителя в странах бывшего СНГ предназначены для использования эргономичных и мощных компьютерах и производственных системах с широким выбором производительности и функционала. Компания байкал занимается реализацией своей продукции и современных микропроцессоров в странах СНГ и Евросоюза.

Процессоры «Baikal» собирают в компании «TSMC». Это известный во всем мире — производитель микропроцессоров и компонентов. Успешное сотрудничество с мировыми лидерами в сфере микроэлектроники. Подробные характеристики электронных компонентов, позволяют всем партнерам Байкал производить современные инструменты и эффективные решения в сфере ИТ.

Где используются процессоры Байкал?

Продукты коммуникации
Сетевые накопители информации
ИТ безопасность
Автоматика управление производства
Офисные и промышленные рабочие станции

Полное описание CPU Байкал «Т»

Процессор: CPU Байкал T (BE-T1000) – микросхема собранная на базе МIPS "Warrior" P-класса (P5600) - очень эффективна для интеграции устройств B2B и B2C.

Характеристики CPU модель (BE-T1000)

Процессор: 2 ядра P5600 MIPS 32 r5 (Частота 1,2 GHz)
Cache L2 (1 Мбайт);
Memory controller RAM DDR3-1600 Мгц
Энергозатраты: до 5 W;

Преимущества модели Серии "Т"

Набор современных интерфейсов коммуникации
Поддержка протокола: S.I.M.D.
Low Power Usage (Низкая мощность)
High Speed RAM ECC (error-correcting code)
High capacity пропускная способность для жестких дисков
Отдельные DMA каналы (для каждого интерфейса)

Полное описание CPU Байкал «М»

Характеристики модели BE-M1000

Фирменное ПО Baikal и среда разработки

В стандартную SDK комплектацию входит: полноценный набор программ и системных модулей:

SCP по – в двоичном коде
ПО ARM Trusted Firmware-A (TF-A) – с открытым исходным кодом
Поддержка UEFI-драйвера "TianoCore" (EDK II) - с открытым исходником
Linux kernel - с открытым исходным кодом

Описание: Платы Байкал (BFK3.1)

BFK 3.1 - это плата для отладки (debug board) спроектирована на основе кристалла "BE-Т1000" и используется для настройки системного и прикладного ПО для устройств конечного пользования. BFK3.1 также используется для оценки производительности CPU/

Применение Байкал БФК 3.1 на практике выполнить точную настройку аппаратных и программных решений, на основе процессора CPU BE-T1000. С помощью системной платы можно значительно уменьшить скорость загрузки электронных агрегатов в массовое производство.

Лет 25-30 назад рынок персональных компьютеров был в разы меньше, чем сейчас, зато вариантов персональных компьютеров было куда больше. Типовые «писишки» и тогда уже были самыми массовыми, но во многом потому, что в нижних ценовых сегментах у них не было конкурентов. А вот на верхних этажах «паслись» и топовые PC, и «маки», и разнообразные рабочие станции, работающие на самых разных центральных процессорах под управлением той или иной версии Unix. В общем, компьютерным журналам того времени не составляло большого труда устроить тестирование штук пяти несовместимых друг с другом компьютеров — о такой роскоши в мире современной унификации можно только мечтать.

А еще одной любимой темой прессы того времени были рассуждения о тупиковости CISC-процессоров (к которым традиционно относили х86) и о светлых перспективах RISC-систем. Дело в том, что крупнейшие клиенты либо ничего другого и не выпускали (например, Sun Microsystems мигрировала с процессоров Motorola 68к на собственные SPARC’и еще в 1987 году), либо как раз отказывались от старых разработок в пользу новых архитектур (та же Motorola сначала попробовала выпустить на рынок 88к, а потом вместе с Apple и IBM занялась PowerPC). Собственно, и в Intel тогда придерживались мнения, что запас модернизации х86 исчерпан, все равно придется переходить на что-то другое. На что конкретно — тогда еще ясности не было, поэтому Intel одновременно разрабатывала Itanium (совместно с Hewlett Packard), дорабатывала х86 (все дальше и дальше уходя от «классической» микроархитектуры) и даже собственные ARM-процессоры развивала (в 1997 году ей достались DEC StrongARM, позднее превратившиеся в Intel XScale). Производителям программного обеспечения эту неопределенность тоже приходилось учитывать, и именно тогда стала заметной тенденция на отделение операционных систем от конкретных аппаратных решений. В Microsoft, например, сразу делали Windows NT портируемой, поэтому версия NT 3.1 работала не только на х86, но и на DEC Alpha и на процессорах MIPS, а начиная с версии NT 4.0 добавилась поддержка PowerPC.

Сложно сказать, чем бы все это кончилось, не случись в 2000 году «краха доткомов». Лопнувший пузырь больнее всего ударил по технологическим компаниям, многие из которых так после этого и не восстановились. Часть тогдашних претендентов на лидерство потом доедали по кустам до самого начала «десятых», хотя поворотным моментом в какой-то степени можно считать переход Apple и Sun на х86 в середине «нулевых» (2005-й и 2004-й соответственно). Еще до этого основной целевой архитектурой для Windows стала х86-64 — начиная с Windows XP, вышедшей в 2001 году. Чуть позже (уже в 2006 году) Intel продала ARM-бизнес компании Marvell и решила полностью сконцентрироваться на х86, причем для более полного охвата разных сегментов рынка (в том числе и тех, где ранее использовался XScale) была придумана концепция «малых ядер» — линейка Atom. От разнообразия операционных систем тоже не осталось и следа: что-то ушло к «Wintel», что-то досталось бесплатному Linux, со временем покончившему со всеми коммерческими реализациями Unix.

В перспективе ситуация снова может измениться — благодаря тому, что подрос ARM. Началось это с мобильного рынка, сейчас дошло уже и до ПК с ноутбуками, и ничего неожиданного в этом нет. Как говорили в Intel лет пять назад: «Рано или поздно мы где-то встретимся — но считаем, что наше положение в этот момент будет лучше благодаря лидерству в техпроцессах». Однако позднее как раз с техпроцессами не все оказалось гладко, так что в какой-то степени именно ARM пришел на встречу более подготовленным.

В общем, изменится ли что-то глобально в ближайшее время — только время и покажет. Главный момент: существуют ниши, для которых в принципе не требуются процессоры с топовыми характеристиками, а также нет необходимости в глобальной совместимости программного обеспечения. Например, идущий во многих странах (в том числе и в России) процесс импортозамещения ПО, используемого в государственных органах, по понятным причинам ориентирован на местные разработки, включая и операционные системы. Разработать ОС с нуля непросто, однако и не обязательно: в реестре отечественного ПО есть уже несколько [условно] «местных» ОС на базе Linux. Прикладное программное обеспечение может делаться под такой Linux, причем приложения общего назначения (типа офисных) — на базе существующего СПО, а уж разворачивание сложных информационных систем можно осуществлять и с нуля.

Да, нужно понимать, что ПО-то может быть полностью российским, а вот с полностью российским оборудованием все на данный момент гораздо сложнее. Но, опять же, проблему выпуска готовых продуктов имеет смысл решать только в том случае, когда вообще есть что выпускать. А оно есть — и даже работает.

Байкал-M — интегральная схема отечественного производства

О начале разработки этих процессоров стало известно в середине 2010-х, хотя сама компания стала известна широкой публике чуть позднее — вместе с анонсом Байкал-Т1. Этот процессор основывался на MIPS-архитектуре, имел всего пару ядер и во многом оказался пробным камнем. Но все-таки он использовался в некоторых проектах — например, первым продуктом на его основе оказалась система управления станками с ЧПУ. Моноблоки на Байкал-Т1 тоже демонстрировались, но для такого применения чип все-таки был слабоват уже на момент выхода. Да и лучшие годы MIPS кончились еще в упомянутые 90-е — сейчас уже сложно ожидать для этой архитектуры нормальную поддержку со стороны производителей софта.

Так что сразу после сертификации компания объявила о том, что готовятся еще три новых чипа. Два из них представляют собой упрощенные модификации Байкал-М, в котором периферии оказалось. несколько избыточно для типового рабочего места, например. В итоге под нож частично пошла сетевая поддержка, линии PCIe, а в младшей модели — и часть процессорных ядер. Последнее тоже не страшно: все равно в интерактивной работе загрузить их все нечем, а бо́льшую часть времени система ждет действий пользователя. Зато тот же Байкал-М/2 компактнее, а стало быть — и дешевле в производстве.

Первоначальная модель Байкал-М не пропадет: она может оказаться отличной основой для микросервера или NAS, которые отечественным компаниям тоже нужны. Не сказать, что это очень большой рынок, но с учетом его специфики тут есть возможность даже на глобальный рынок выйти: все равно основную стоимость составляет программное обеспечение (которое можно писать на месте), а в бюджетных моделях обычным делом является использование процессоров с парой ARM-ядер и с одним гигабитным сетевым интерфейсом. Что-нибудь подобное Байкал Электроникс недавно пообещал разработать на замену Байкал-Т1, поскольку на перспективу лучше все-таки ограничиться одной архитектурой процессоров для всех сегментов — от тех же станков до серверов. Кстати, на серверное применение ориентирован также анонсированный прошлой осенью Байкал-S: уже 16-нанометровый процессор на 48 ядрах ARM-Cortex A75 и с кучей периферийных контроллеров. И с тремя межпроцессорными интерконнектами — что позволяет на одной плате совместно работать и четырем таким устройствам с соответствующим масштабированием производительности. Энергопотребление получается более серьезным, до 120 Вт, но по меркам серверного рынка это немного.

В общем, в планах компании полный охват всего необходимого спектра микропроцессоров: от простых и компактных встраиваемых двухъядерных моделей через персональные компьютеры и до серверов. Наработки для всего этого есть. Они базируются на импортных лицензиях, да и производство локализовать пока невозможно, но, как уже говорилось, с чего-то начинать все равно нужно. Байкал-S, Байкал-М/2 и Байкал-М/2+ «в железе» должны появиться в следующем квартале этого года. А вот Байкал-М уже доступен заказчикам. Равно как и прототипы систем на нем — с одним из которых нам удалось близко познакомиться.

Персональный компьютер на базе Байкал-М

Скажем сразу: выбор корпуса нас несколько удивил: Thermaltake Suppressor F1 — достаточно пафосное (и недешевое) решение для сборки мощных ПК со всякими излишествами типа дискретных видеокарт. Впрочем, на выставках смотреться будет достаточно эффектно, а для реальных проектов, естественно, будет взято нечто покомпактнее и попроще.

И без такого количества пустого места, разумеется.

Главная идея: это абсолютно стандартная плата Mini-ITX, полностью подходящая ко всей существующей инфраструктуре. Ничего придумывать не нужно — достаточно установить ее в корпус, в слоты вставить 1-2 абсолютно стандартных DDR4 DIMM и найти какой-нибудь SATA-накопитель (можно и NVMe). Из «внешней» периферии потребуются мышь, клавиатура и монитор — но и для них используются стандартные интерфейсы. То есть вполне сравнимо с разнообразными игрушками для рынка «сделай сам», которые недороги, но со стандартными форм-факторами и со стандартной же периферией там не все так уж гладко. Скажем, у них может быть ограничен объем оперативной памяти, обычно просто напаянной на плату — в отличие от обычных DIMM, суммарной емкостью до 64 ГБ, у компьютера на Байкал-М.

Во всяком случае, это верно для существующих на данный момент системных плат линейки TF307 — появившейся в прошлом году TF307-MB-S-C или попавшей к нам в руки TF307-MB-S-D (внешне они практически не различаются, хотя внутренних коннекторов на второй ревизии чуть больше). Отличий от других плат данного форм-фактора с интегрированными процессорами внешне практически никаких — даже аудиотракт по современной моде изолирован.

Производится плата, как и положено, в России, но пока мелкими сериями — в итоге даже заглушку для портов задней панели оказалось проще распечатать на 3D-принтере, нежели заказывать штамповку.

Единственный компонент, производство которого пока невозможно локализовать полностью — сам процессор в BGA-исполнении. Но это не его особенность, а общее положение дел на полупроводниковом рынке: даже такие (уже не слишком новые) техпроцессы доступны на данный момент немногим. С этим тоже со временем придется что-то делать, причем даже безотносительно вопросов обороноспособности и прочего — но пока так: «узким местом» стало именно производство.

Изначально предполагалось «погонять» на системе тесты. В конечном итоге мы от этой идеи отказались. Во-первых, потому, что разработчики, в общем-то, ничего и сами не скрывают — публикуя подробные отчеты. Скорее всего, что-то подобное и пришлось бы повторить, поскольку специальной методики тестирования для Linux-систем у нас все равно нет, равно как нет и какой-то базы результатов для сравнения, так что проделывать такую работу «с нуля» разово уже не слишком интересно. Каких-либо открытий ожидать сложно, а на получение максимальной производительности сам по себе Байкал-М не слишком ориентирован: такую задачу будут решать новые продукты. Имеющийся процессор предназначен в первую очередь для «обычных» рабочих мест с интерактивным программным обеспечением, которому длительные нагрузки несвойственны, так что большую часть времени любой современный процессор находится в энергосберегающем режиме, поскольку система «ждет» оператора. Не слишком современный — тоже; из-за чего в этой сфере до сих пор трудится огромное количество давно закупленных ПК, производительность которых к общему знаменателю приводится очень плохо. Хотя бы потому, что «отзывчивость» системы в большей степени зависит от объема оперативной памяти и типа системного накопителя — так что пожилые ПК зачастую проще поменять, чем модернизировать или продолжать использовать «как есть». А в случае реализации крупных ИТ-проектов большая часть программ вообще может писаться совсем на месте: не просто в стране, а вообще в конкретной крупной организации. Причем делать это в любом случае придется независимо от выбранного оборудования, так что даже проще все изначально оптимизируя под него — с учетом всех особенностей, включая и производительность. Но сравнивать разные системы в данном случае вообще смысла не имеет.

Комментарий представителя Baikal Electronics: «Если смотреть на цифры, то логично сравнивать производительность Baikal-M с близким по времени релиза и со схожей производительностью процессором - Intel Core i3 7300T. В тесте HP Linpack Baikal-M превосходит Intel Core i3 7300T, а в тесте Coremark незначительно ему уступает. Еще один бенчмарк — это 7-Zip, и здесь результаты по обоим процессорам сравнимы. На операциях сжатия, скорость которых сильно зависит от быстродействия операция с памятью и кэшами, Intel Core i3 7300T чуть быстрее, а вот в случае с распаковкой данных уже быстрее Baikal-M. Есть блок задач, где Intel быстрее — это операции с памятью и кэшэм, а также при работе JavaScript-движков и при работе PHP-интерпретатора. Несмотря на то, что для обычных повседневных нагрузок можно найти более привычные конечному пользователю варианты, в случае, когда требуется сертификация аппаратной и программной составляющей и повышенная защищенность, например, для работы в госорганах, Baikal-M — рабочий вариант, справляющийся со всем необходимым спектром задач».

Программная составляющая

Посмотреть на то, что работает и доступно из коробки, тем не менее, было интересно. По умолчанию нас встретила Astra Linux Special Edition — действительно специфическая система, рассчитанная на обеспечение защиты обрабатываемой информации вплоть до уровня гостайны включительно. То есть основные потенциальные потребители — объекты КИИ, силовые ведомства (Минобороны, например, или ФСБ), которыми данный релиз полностью сертифицирован. При этом системой давно уже заинтересовались в «Газпроме», Росатоме, РЖД и не только.

В 2014 году компания Байкал Электроникс приобрела лицензию на самое передовое на тот момент процессорное ядро. После череды инцидентов, повлиявших на дальнейший исход событий, в октябре 2019-го года компания официально представила широкой общественности первый российский процессор общего назначения, реализованный на архитектуре ARM. Создатели решают назвать своё уникальное отечественное детище «Baikal-М».

Байкал М

Воплотивший в себя труд около 50 инженеров и три года разработки в октябре 2020 года был признан Минпромторгом микросхемой второго уровня, произведённой на территории Российской Федерации.

В соответствии с действующей нормативной базой, разработчик российской микросхемы второго уровня обязан обладать правами на его конструкторскую документацию, а проектирование, разработка и испытания микросхем должны происходить в границах нашей страны. От микросхем первого уровня они принципиально отличаются только тем, что их непосредственное производство осуществляется за рубежом. Сегодняшнее положение дел в России таково, что ни одна процессорная разработка малой топологии получить статус первого уровня не может по определению — у нас просто нет соответствующих производственных мощностей.

В 2017 году Михаил Сваричевский осуществлял вскрытие микропроцессора Байкал Т - предыдущей разработки Байкал Электроникс на архитектуре MIPS. Сейчас у нас появилась уникальная возможность взглянуть в полной мере на свеженький Байкал-М, - одну из самых значимых процессорных разработок в России за последние годы.

Итак… Байкал М1000 – микропроцессор общего назначения, изготовленный по 28 нанометровым технологическим нормам на заводах тайваньской компании TSMC с использованием десяти металлических слоёв и включающий в себя более двух миллиардов транзисторов. Максимальный TDP Байкал М составляет 35 Ватт.

Кристалл микропроцессора Байкал М

Процессор выполнен в форм-факторе BGA с размерами подложки 40 на 40 миллиметров. Каждый BGA-контакт отвечает за питание и функционирование конкретного элемента на кристалле. У Байкал Электроникс есть достаточно подробный даташит на официальном сайте. Посмотрев карту BGA-контактов, можно без труда определить расположение функциональных блоков.

Сняв теплораспределительную крышку, мы видим кристалл с нанесенной на него термопастой.

Площадь кристалла процессора составляет 248,78 квадратных миллиметров. Размер чипа без, так называемых «scribes lines», - областе́й по периметру чипа, являющихся «мусором» - 239,97 квадратных миллиметров.

Когда на кремниевой пластине уже «напечатаны» будущие чипы, её необходимо разрезать на отдельные составные части. Между топологией каждого кристалла есть специальные разделительные дорожки, по которым осуществляется резка. После разделения остатки разделительных дорожек остаются на кристалле, их размер настолько мал, что производители, указывая площадь микросхемы, зачастую пренебрегают этими значениями.

Кристалл, как и большинство современных микропроцессоров, имеет по всей площади контакты, часть которых отвечает за подачу питания по всей поверхности чипа, часть за высокоскоростные и низкоскоростные интерфейсы и тд…

Если приблизить микросхему к нижнему левому углу – можно увидеть логотип компании Байкал и год изготовления микросхемы.

После снятия металлизации мы подобрались к самому интересному – структурным элементам.

Бесстыдная красота всех его внутренностей

Структурные элементы Байкал М

По всему периметру чипа расположены блоки мониторинга, полюбоваться строением которых мы можем чуть ближе.

Один из блоков мониторинга

В центральной части чипа расположена когере́нтная сеть кэша CoreLink Cache Coherent Network (CCN), использующаяся с восемью мегабайтами системного кэша третьего уровня (L3). Байкал М использует CCN 504, которая может обеспечить размещение до четырёх процессорных кластеров, (в каждом по 4 ядра) и максимальную поддержку до шестнадцати мегабайт кэша третьего уровня. CCN организовывает согласованную работу всех интерфейсов на кристалле, своего рода Infinity Fabric от AMD.

Два контроллера памяти, работающих в 72 битном режиме (8 бит из которых составляет память с коррекцией ошибок, ECC), поддерживают работу со стандартами DDR3-1600 и DDR4-2400.

В правой нижней части чипа расположен комплекс из 16 линий PCI-e 3.0 вместе с контроллером, система управления различными интерфейсами.

В верхней правой части чипа находятся остальные периферийные блоки: два десяти-гигабитных Ethernet интерфейса, а также USB 2.0 и 3.0, интерфейсы SATA с сопутствующими им контроллерами.

Слева от системного кэша между двумя процессорными кластерами расположен блок аппаратного декодирования видео HDMI/LVDS. Этот интерфейс позволяет воспроизводить видео в разрешении 2560 на 1440 при 60 Гц.

Ммдаа… процессор сложная штука. Действительно на грани возможного. Это полезно вспомнить, когда в запале очередного спора возникает желание назвать сотрудников Байкал или МЦСТ придурками. Подумайте, какой интеллектуальный труд стоит за разработкой даже не самого быстрого процессора.

Полупроводниковая индустрия – самая сложноустроенная инфраструктура в мире. Мы привыкли думать, что самая сложная индустрия – это космос, но космическую ракету одна страна самостоятельно сделать может, а современный чип – нет. Сейчас на TSMC стоят самые высокотехнологичные степперы по полупроводниковой литографии в мире уже по технологии 5 нанометров и всё идёт к тому, что 3 и даже 2 нанометра тоже будут. Помимо всего прочего у одной такой фабрики есть целая сеть поставщиков ресурсов, необходимых для производства микросхем. Плюс там есть специализированное программное обеспечение, роботы, высококвалифицированные специалисты. Есть голландская ASML, есть американская Applied Materials, есть французская Air Liquide, японские производители фоторезистов… И всё это собирается воедино в сложном огромном производстве. Учитывая это, можно ответить на вопрос: "Возможна ли технологическая авта́ркия?" Нет, невозможна. Сделать полностью обособленное производство внутри страны нельзя.

В 60-х годах каждая компания должна была сама себе обеспечить производство. Потом появились разработчики софта, выделились производители IP-блоков. Постепенно количество фабрик стало сокращаться. Каждый следующий этап становился на порядки дороже, чем предыдущий. Помимо всего прочего, инвестиции TSMC в семь нанометров измеряются в десятках миллиардов долларов. И все понимают, что окупить инвестиции можно только при огромном объеме, что нужно всем делать этот объем в одном месте и тогда получить лучшую цену.

В мире есть долгоживущие технологии, например, 90 нанометров. Многие компании разворачивают производство на старых техпроцессах, поскольку в рамках того производства, которым они занимаются, использование экстремально тонких технологических норм нецелесообразно по многим аспектам.

Если мы понимаем, что будем производить на этой фабрике сотни тысяч пластин в месяц (а сотни тысяч пластин по семь нанометров – это миллионы или даже десятки миллионов чипов), если мы понимаем, кто будет к нам приходить, чтобы там производиться, наверное, об этом есть смысл говорить. Семь нанометров вы не отправите в космос, семь нанометров вы не поставите в автомобиль, семь нанометров не будете использовать в бытовой технике. Семь нанометров необходимы там, где нужна максимально низкая норма энергопотребления и экстремально высокая производительность.

Фотографии кристалла процессора Байкал М, сделанные Fritzchens Fritz в полном качестве:

Благодарю Locuza за опознание функциональных блоков на чипе.

Предыстория

Первый процессор Baikal-T1000 был создан в 2015 году на архитектуре MIPS. Данную архитектуру применяют к ЦП с упрощенным набором команд. На этом желание компании разрабатывать новые модели отечественных процессоров не пропало, поэтому «Байкал Электроникс» заявило о разработке следующего поколения ЦП Baikal-M на 2016 год.

Чуда не случилось, так как компания хотела разработать ЦП на архитектуре ARM, но не смогла прийти к общему соглашению с той компанией по причинам, к которым простой читатель доступа не имеет.

Разработка затянулась, и только в ноябре 2019 года на форуме «Открытые инновации» был представлен Байкал-М на ARM-архитектуре в едином своей виде.

Описание

Плата для Байкал М реализована собственная. Форм-фактор материнки ATX. Есть 4 слота под ОЗУ UDIMM DDR4-2400. Интерфейсов немного, но это наиболее доверенные и предсказуемые решения для быстрого запуска платы.

Сферы применения

телекоммуникационного и промышленного оборудования;
блоков диспетчеризации;
тонкие клиенты;
системы автоматизации и управления.

В целом, часть аппаратуры уже было реализовано на ЦП Байкал-Т1. А вот Байкал-М может после выхода в серийное производство стать сердцем для рабочих ПК в промышленной автоматизации.

Конечно, мир электроники сегодня построен таким образом, что невозможно от начала и до конца создать процессор, выполненный из собственных наработок. Тем не менее российское происхождение Байкал-М позволит тщательно проверить созданный продукт и в дальнейшем применять его в структурах с высокими требованиями к информационной безопасности.

Проводить сравнение с процессорами Intel процессора Байкал пока что не целесообразно, потому как продукт еще не прошел все стадии обкатки.

Технические характеристики

Состав ЦП

Применяемое ПО

Версия – 0.1.
Обновление – регулярно.
Ядро Linux – 4.9.xx
Компилятор – GCC.
Исходные коды доступны.
ATF, лицензия BSD.
UEFI tianocore с лицензией BSD.
Библиотеки OpenGL ES1-3.1 И OpenCL 1.1.

Содержащаяся в SDK информация позволяет создать единую файловую систему.

Также, в скором времени будет реализована одна плата в общем доступе в виртуальную лабораторию Electronik ВМК МГУ. Через сетевой протокол SSH к ней можно будет получить доступ, чтобы протестировать свое программное обеспечение.

Заключение

Вторая модель представленных процессоров Байкал-М в скором времени могут побороться за рынок промышленной автоматизации. После тестирования, поднятия ядра Linux, массового производства систем на кристалле Байкал-М и необходимых для них материнских плат российский продукт может сыскать популярность среди промышленности, бизнеса и обычных пользователей. Но до этого нужно сделать еще несколько важных и сложных шагов по реализации устройства производителем «Байкал Электроникс».

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, представила 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.

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.

Микропроцессор КР1810ВМ86, советский аналог Intel 8086

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.

Микропроцессор Эльбрус-2СМ (проектное название Эльбрус-1С)

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.

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.

Моноблочный компьютер КМ4-Эльбрус, разработанный на базе микропроцессора Эльбрус-2С+.

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.

Защищенный ноутбук на базе микропроцессора МЦСТ R1000

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 неудачной — 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.

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.

Материалы по теме

От "Микрона" до "Эльбруса"

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.

Читайте также: