Эльбрус процессор история создания
Обновлено: 07.07.2024
1991 стал переломным в истории нашей страны — в небытие ушла могущественная сверхдержава, именуемая СССР. Робко скрипнув, упали остатки железного занавеса, открыв жителям теперь уже России новые возможности. Меж тем СССР унес с собой и эпоху всестороннего развития науки и техники. Наибольшее финансирование в советские годы получали военные, но не оставалась без внимания и сфера высоких технологий.
Идей было много — хороших и разных, но как это часто бывает, реализация подкачала. Разработанные к 1991 году советские суперкомпьютеры использовали с одной стороны мощную архитектуру, а с другой — допотопную техническую базу. Увы, делать все и сразу, при этом одинаково хорошо невозможно. С падением железного занавеса российский рынок открылся для зарубежных разработчиков суперкомпьютеров — Sun, IBM, Hewlett-Packard.
После развала СССР лучшие советские умы собрались под знаменами «Московского центра SPARC-технологий» («МЦСТ»), где началась работа над процессором нового поколения «Эльбрус 2000», который должен был стать могильщиком заморских Itanium и PowerPC.
К 1991 году история компьютеров «Эльбрус» уже насчитывала тринадцать лет. «Эльбрус-1» (производительность 15 млн операций в секунду) появился в далеком 1978 году. Этот суперкомпьютер опередил свое время на много лет. Его наследник — «Эльбрус-2» — был разработан в первой половине 80-х годов. Мощность восьмипроцессорных монстров возросла практически в десять раз (125 млн операций в секунду), но за все нужно платить — чтобы охладить пылкий нрав этих раскаленных камней, пришлось использовать водяное охлаждение. Подобных компьютеров было выпушено всего 27, а 10-процессорных систем и того меньше — три штуки.
Обе версии «Эльбруса» использовали операционную систему «Эль-76», разработанную советскими учеными. Язык класса ассемблер отсутствовал, для программирования использовался «Автокод Эльбрус Эль-76». О совместимости с заморскими ОС не могло быть и речи, да и ни к чему она была в советские времена.
С 1985 года началась современная история высоких технологий. Именно в это время (тогда еще в СССР) началась работа над суперкомпьютером «Эльбрус-3». Разработку возглавил некто Борис Арташесович Бабаян.
Работа над «Эльбрус-3» продолжалась вплоть до 1994 года. По идее это должен был быть новаторский 16-процессорный компьютер, но наладить его производство так и не удалось. А жаль, ведь на тот момент это была самая быстрая вычислительная машина. «Эльбрус-3» превосходил Cray Y-MP (рекордсмена того времени) почти в два раза.
64-битный процессор Intel Itanium не оправдал надежд и на бумаге сильно уступал «Эльбрус-2000».
С 1994 по 1998 годы о работе команды Бориса Бабаяна ничего не было слышно — русские готовили сенсацию. В 1998 году без особой шумихи Бабаян и Ко (порядка 400 сотрудников) переименовались в компанию «Эльбрус».
Тем временем зарубежные конкуренты не спали. В 1989 году Intel и Hewlett-Packard объединили свои силы для создания процессора нового поколения — Itanium (кодовое имя — Merced). Itanium должен был вобрать в себя все самые современные наработки и стать венцом процессоростроения. Многие ожидали, что новый процессор будет доминировать на рынке серверов, рабочих станций и, возможно, настольных компьютеров, вытеснив все остальные. Проектная частота Merced равнялась 800 МГц, уровень тепловыделения — 60 Вт, а объем кэш-памяти третьего уровня — от 2 до 4 Мбайт. При этом процессор должен был стать 64-битным.
Совершенно реальный процессор R500 от МЦСТ был блеклым отголоском многообещающего «Эльбрус-2000».
День Х настал 25 февраля 1999 года, когда на конференции Microprocessor Forum к трибуне поднялся лично Борис Бабаян и громко заявил, что его компания разработала микропроцессор «Эльбрус-2000» (Е2К), сильно опережающий хваленый Merced по всем характеристикам. Вся компьютерная общественность застыла в ожидании. Вместо запланированных двух часов Бабаян выступал четыре часа. Прозвучали ответы на вопросы относительно конкуренции со стороны западных компаний и перспектив выхода на рынок микропроцессора и компьютеров на его основе. В какой-то момент Борис Бабаян шокировал публику, заявив, что сумма для выпуска пробной партии процессоров «Эльбрус-2000» нужно $60 млн. Такая цифра отпугнула всех потенциальных инвесторов. Еще бы, ведь все обещания Бабаяна были чистой теорией — никаких инженерных сэмплов и прототипов показано не было.
Заявленные характеристики, меж тем, впечатляли. Компания «Эльбрус» обещала процессор с частотой 1,2 ГГц, производительность которого равнялась 8,9 млрд операций в секунду. Кроме того, разработчики рассчитали, что Е2К должен втрое превзойти Merced в тестах SPECint95/fp95. При этом площадь кристалла составляла всего 126 мм2 при тепловыделении 35 Вт, тогда как Merced занимал 300 мм2, а тепловыделение у него было 60 Вт.
Важной чертой E2K должна была стать свобода от «закладок» — умышленно оставленных уязвимостей, способных вывести компьютер из строя по желанию разработчика. То есть случись, не дай бог, глобальная война, производитель смог сильно насолить вражеской стороне, выведя из строя компьютеры путем активации «закладок».
Все эти обещания выглядели просто невероятно. Каким образом малоизвестная в мире компания могла разработать столь мощный и совершенный процессор?
Если бы нашелся инвестор, производство пробных образцов Е2К началось бы уже в 1999 году. Но та сумма, которую назвал Бабаян, звучала слишком пугающе, поэтому никто не рискнул вложить денег в столь рисковый проект.
Гора Эльбрус, высота 5642 метра. Увы, E2K таких высот не достиг.
Настал 2001 год и процессор Itanium, претерпев множество изменений и переносов даты выхода, появился на свет. Общественность приняла его достаточно холодно — производительность обычных компьютеров к тому времени серьезно возросла, так что во всей красе он проявил себя лишь в математических расчетах. Казалось бы, вот он шанс российских разработчиков показать западу кузькину мать и выкатить «Эльбрус-2000». Но процессор все еще находился в разработке. Его характеристики каким-то образом улучшились, как, впрочем, и сумма, необходимая для начала производства. Теперь она составляла рекордные $100 млн. Это еще больше отпугнуло инвесторов.
Чтобы доморощенный титаник окончательно не пошел ко дну, компания «Эльбрус» приняла решение выпустить упрощенную версию процессора — «Эльбрус-3М». Урезанная модель обошлась без кэш-памяти третьего уровня и работала на частоте 300 МГц. По официальной версии Е3М содержал порядка 60 млн транзисторов, уровень производительности составлял 1-2 млрд операций в секунду.
Пробную партию Е3М произвели на мощностях тайваньской фабрики TSMC. Ужасающая производительность «убийцы Itanium» никого не удивила. Разработчики предложили Е3М военным — секретность всех технических характеристик могла сыграть на руку. Получив согласие, команда Бабаяна представила компьютер «Эльбрус-90Микро», но там почему-то использовался другой процессор компании — R500. Работы над ним велись второй командой инженеров. R500 работал на частоте 500 МГц и тоже не отличался высокой производительностью, зато он существовал не только на бумаге, но и в реальности. Но причем здесь тогда E3M?
Судьба «Эльбрус-2000» была предрешена. Так и не дождавшись всемогущего убийцы Itanium, компания Intel в 2004 году скупила на корню команду разработчиков со всеми наработками. По официальной версии, корпорация получила коллектив высококвалифицированных инженеров и исследователей — специалистов по разработке программ, аппаратного оборудования и инструментов разработки.
Многие до сих пор уверены, что разработка Бабаяна могла бы совершить революцию на рынке, просто никто не захотел дать денег на производство пробной партии. Вторая точка зрения сводится к тому, что компания «Эльбрус» на протяжении многих лет просто дурачила всех.
Что было на самом деле, мы вряд ли узнаем, тем более что о роли российских разработчиков в Intel ничего толком неизвестно и по сей день. Кто знает, может они приложили руку к созданию мощнейшего Core 2 Duo (Conroe).
Борис Арташесович Бабаян родился 20 декабря 1933 года в городе Баку, Грузия. В свое время поступил в Московском физико-техническом институте (МФТИ), где проявлял большие способности к конструированию и научной деятельности. В 1957 году окончил обучение по специальности инженер-физик.
В Институте точной механики и вычислительной техники имени С.А. Лебедева он прошел все ступени карьерной лестницы — от инженера до главного конструктора. Участвовал в разработке и внедрении отечественных суперкомпьютеров.
Мало кто знает, но у истоков создания самого известного в мире процессора Intel Pentium были и советские специалисты и инженеры. В свое время СССР добился достаточно серьезных достижений в создании компьютерной техники. Примером этому может служить серия советских суперкомпьютеров «Эльбрус», которые были созданы в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970-1990-х годах прошлого века, это же название носит серия микропроцессоров и систем, созданных на их основе и выпускаемых сегодня ЗАО МЦСТ (Московский центр SPARC-технологий).
При этом история «Эльбруса» достаточно обширна. Работы над первым компьютером с таким названием велись с 1973 по 1978 год в ИТМиВТ им. Лебедева, руководил этими работами Б. С. Бурцев, разработка велась при участии Бориса Бабаяна, который являлся одним из замов главного конструктора. В то время основным заказчиком данной продукции, конечно же, выступали военные.
Первый компьютер «Эльбрус» обладал модульной архитектурой и мог включать в себя от 1 до 10 процессоров на базе схем средней интеграции. Быстродействие данной машины достигало 15 миллионов операций в секунду. Объем оперативной памяти, которая была общей для всех 10 процессоров, составлял до 2 в 20 степени машинных слов или, если применять принятые сейчас обозначения, 64 Мб. Однако самым интересным в «Эльбрусе-1» была именно его архитектура. Созданный в СССР суперкомпьютер стал первой в мире коммерческой ЭВМ, которая применяла суперскалярную архитектуру. Ее массовое применение за рубежом началось только в 90-х годах прошлого века с появлением на рынке доступных процессоров Intel Pentium.
Позднее выяснилось, что подобные разработки существовали еще до «Эльбруса», ими занималась компания IBM, но работы по данным проектам не были завершены и так и не привели к созданию конечного коммерческого продукта. По словам В. С. Бурцева, являвшегося главным конструктором «Эльбруса», советские инженеры старались применять самый передовой опыт как отечественных, так и зарубежных разработчиков. На архитектуру компьютеров «Эльбрус» повлияли не только компьютеры компании Burroughs, но и разработки такой известной фирмы, как Hewlett-Packard, а также опыт разработчиков БЭСМ-6.
При этом немалая часть разработок была оригинальной, к ним относится и суперскалярная архитектура. Кроме этого для организации передачи потоков данных между периферийными устройствами и оперативной памятью в компьютере могли применяться специальные процессоры ввода-вывода. Таких процессоров в составе системы могло быть до 4-х штук, они работали параллельно с центральным процессором и обладали своей собственной памятью.
Следующим этапом работ явилось создание компьютера «Эльбрус-2». Эти ЭВМ отправились в серийное производство в 1985 году. По своей внутренней архитектуре они не сильно отличались от «Эльбрус-1», но применяли новую элементную базу, что позволило увеличить максимальную производительность до 125 млн. операций в секунду. Объем оперативной памяти компьютера увеличился до 16 млн. 72-разрядных слов или 144 Мб. Максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода «Эльбруса-2» составляла 120 Мбайт/с.
Данные компьютеры активно применялись в СССР в областях, которые требовали большого количества вычислений, в первую очередь в оборонной отрасли. ЭВМ «Эльбрус-2» эксплуатировались в ядерных исследовательских центрах в Челябинске-70 и в Арзамасе-16 в ЦУПе, наконец, именно этот комплекс, начиная с 1991 года, применялся в системе ПРО А-135, а также на других военных объектах страны.
Помимо двух перечисленных выше компьютеров, также выпускался ЭВМ общего назначения «Эльбрус 1-КБ», создание данного компьютера было окончено в 1988 году. До 1992 года было произведено 60 таких ЭВМ. Они были основаны на технологиях «Эльбруса-2» и применялись для замены устаревших машин БЭСМ-6. При этом между «Эльбрус 1-КБ» и БЭСМ-6 существовала полная обратная программная совместимость, которая была дополнена новыми режимами работы с увеличенной разрядностью чисел и адресов.
Создание компьютеров «Эльбрус» было по достоинству оценено руководством Советского Союза. За разработку «Эльбруса-1» многие инженеры были награждены орденами и медалями. Борис Бабаян был награжден Орденом Октябрьской революции, его коллега В. В. Бардиж – орденом Ленина. За разработку «Эльбруса-2» Бабаян с рядом своих коллег был удостоен Ленинской премии, а генеральный конструктор В. С. Бурцев и ряд других специалистов – Государственной премии.
После завершения работ над ЭВМ «Эльбрус-2» в ИТМиВТ взялись за разработку ЭВМ на базе принципиально новой процессорной архитектуры. Проект, который был назван достаточно просто – «Эльбрус-3», также значительно опередил аналогичные разработки на Западе. В «Эльбрусе-3» впервые был реализован подход, который Борис Бабаян называет «постсуперскалярным». Именно такой архитектурой в будущем обладали процессоры Intel Itanium, а также чипы компании Transmeta. Стоит отметить, что в СССР работы над данной технологией были начаты в 1986 году, а Intel, Transmeta и HP приступили к реализации работ в этом направлении лишь в середине 1990-х годов.
К сожалению, «Эльбрус-3» так никогда и не был запущен в серийное производство. Его единственный работающий экземпляр был построен в 1994 году, но в это время он был никому не нужен. Логическим продолжением работ над данным компьютером стало появление процессора «Эльбрус-2000», известного также как E2K. У российской компании имелись большие планы по серийному производству данного процессора, который должен был пойти в серию одновременно или даже еще раньше, чем Itanium. Но из-за отсутствия необходимого объема инвестиций, все данные планы не были реализованы и так и остались на бумаге.
Российский след в процессорах компании Intel
Владимир Пентковский – является выдающимся российско-американским ученым, доктором технических наук, который окончил факультет ФРТК МФТИ. Он принимал непосредственное участие в разработке процессоров Pentium III, Core 2 Duo, HAL9000, Matrix, является разработчиком высокоуровневого языка программирования Эль-76, который использовался в компьютерах «Эльбрус». С 1970 года он работал в Институте точной механики и вычислительной техники, где успел принять участие в создании суперкомпьютеров «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». В 1986 году Пентковский возглавил работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 для «Эльбруса-3».
К 1987 году работы над созданием архитектуры нового микропроцессора были закончены, в 1990 году были выпущены первые его прототипы. В 1991 году он приступил к работам над разработкой Эль-91С, взяв за основу предыдущую версию процессора, однако финансирование данного проект было остановлено из-за развала страны. Естественно, специалист такого уровня не мог пропасть. В 1989 году Владимир Пентковский уже ездил в США в исследовательский центр компании Intel в рамках программы по обмену опытом. С 1993 года он начинает работать в компании Intel, став одним из ведущих ее инженеров, разработка знаменитых процессоров Pentium происходила при его непосредственном участии. Презентация процессора Pentium состоялась 22 марта 1993 года, примерно через несколько месяцев начали появляться первые компьютеры, построенные на их основе.
Владимир Пентковский является одним из авторов векторного (SIMD) расширения команд SSE, которое впервые было использовано в процессорах Pentium-III. Является автором более чем 50 различных патентов, многие из которых до сих пор используются в современных процессорах. В процессорах Intel Владимир Пентковский воплощал на практике знания, которые им были получены в России, многое он додумывал уже непосредственно во время разработки моделей. В 1995 году американская компания представила более совершенный продукт Pentium Pro, который по своим характеристикам напоминал процессор Эль-90. Главным архитектором данного процессора считается именно Владимир Пентковский.
В настоящее время Пентковский продолжает работать в компании Intel. Так что процессор, на котором, возможно, работает ваш персональный компьютер или ноутбук вполне может иметь российские корни и мог бы быть даже произведен в нашей стране, если бы не печально известные события 1991 года и их последствия.
«Эльбрус» все еще жив
Хотя СССР развалился, бренд «Эльбрус» все еще жив. Процессоры и готовые решения на их базе сегодня продвигает на рынке компания МЦСТ. На сегодняшний день компьютеры компании МЦСТ в основном предназначены для: военных ведомств России, стран СНГ и БРИК; индустрии гражданского производства; РЛС гражданского назначения (наземного, морского и воздушного транспорта). Для бизнеса и гражданских лиц, которым необходимы особо надежные и защищенные компьютеры. Компьютеры компании обладают различным конструкторским исполнением, разным классом защиты в зависимости от требований. Все они обладают поддержкой или возможностью работы с GPS и ГЛОНАСС в зависимости от потребностей покупателя устройства.
В настоящее время компания продвигает на рынке 2 своих основных микропроцессора и устройства на их базе. Первый из них – это Эльбрус-2С+, который является первым гибридным высокопроизводительным процессором компании МЦСТ. Процессор содержит в себе два ядра архитектуры Эльбрус и четыре ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) компании Элвис. Основной сферой его использования являются системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, к которым относят анализаторы изображений, радары и другие подобные устройства.
Вторым продуктом является микропроцессор МЦСТ R1000 (проектное название МЦСТ-4R) – четырехядерная модель, построенная на кристалле с 64-битной архитектурой SPARC v.9. Процессор работает на частоте 1 ГГц при технологических нормах выпуска 90 нм. Каждое из его ядер в состоянии декодировать и отправлять на выполнение до 2-х команд за такт. Процессор поддерживает дополнительные инструкции для выполнения упакованных и комбинированных операций, а также векторные расширения VIS1 и VIS2. К возможным областям использования процессора МЦСТ-4R, а также ПК на его основе МВС4/С, МВС4-РС относят:
Носимые малогабаритные бытовые компьютеры для применения в качестве: компьютера для ведения работы в полевых условиях, например, для проведения оперативных расчетов, подготовки документов различного назначения, хранения справочной информации, и др.;
Компьютеры автоматизированных рабочих мест операторов для применения в роли средств отображения информации, документирования выполненной работы и др.;
Терминалы контрольно-поверочной аппаратуры на технических позициях, а также в роли устройства подготовки и хранения документов, связанных с использованием сложных комплексов;
Терминалы связных и радиоэлектронных систем, носимых и передвижных комплексов аппаратуры;
Встраиваемые управляющие компьютеры для управления работой специальных объектов и решения сложных задач обработки информации в масштабе реального времени;
Мобильные отказоустойчивые серверы для создания автоматизированных систем спецназначения, в частности, автоматизированных систем органов гражданского и военного управления.
Эта статья — простая историческая справка без аналитики и выводов. Прослеживаю историю поколений Эльбрусов от истоков до настоящего времени.
Поскольку у отдельных читателей иногда наблюдается устоявшаяся путаница с архитектурами процессоров, давайте я вначале дам определения двух разных типов архитектур процессоров и укажу, какие архитектуры относятся к этим типам и какие процессоры какой архитектуре принадлежат. Надеюсь, со вложенностью скобок разберётесь :-)
Суперскалярная архитектура [варианты: CISC (Pentium); RISC ; CISC-процессоры с RISC-ядрами (x86 начиная с Pentium Pro)] — архитектура процессора, использующая несколько декодеров команд, которые передают исполняющие инструкции одновременно множеству исполнительных блоков, то есть, происходит выполнение нескольких инструкций за такт. Планирование исполнения потока команд является динамическим и осуществляется самим процессором.
Архитектура сверхдлинного машинного слова или VLIW [варианты: EPIC (Intel Itanium); Эльбрус или E2K (вычислительный комплекс Эльбрус-3, а также процессоры линейки Эльбрус, начиная с Эльбрус-2000)] — архитектура с явно выраженным параллелизмом вычислений, заложенным в систему команд процессора, при которой используются наборы сложных инструкций большой длины, выполняющихся за один такт. При этом задача их разделения на более простые команды для параллельного выполнения вычислительными модулями процессора ложится на компилятор.
Теперь, когда я вас немного сориентировал во всех этих архитектурах, мы можем проследить движение мысли разработчиков Эльбруса в динамике хода истории.
Разработка первых Эльбрусов началась в 1973 году в Институте точной механики и вычислительной техники имени Лебедева (ИТМиВТ), ранее создавшем легендарную БЭСМ-6. Позже некоторые варианты Эльбрусов были программно совместимы с этой машиной.
Разработка Эльбрусов велась под руководством академика Всеволода Сергеевича Бурцева. При создании машины с самого начала закладывались передовые на то время технологии суперскалярности и многопроцессорности . Про сверхдлинное машинное слово речь в те времена ещё не шла, это пришло позже.
Вычислительный комплекс Эльбрус-1
Главный конструктор: Бурцев В. С.
Производительность — до 15 млн. операций в секунду в комплектации с десятью процессорами. Процессор (представляющий собой шкаф с микросхемами) выполнял до двух команд за такт ( первая реализованная суперскалярная архитектура в мире), поддерживал изменение порядка исполнения команд, переименование регистров и исполнение по предположению.
Процессоры компьютера собраны на схемах транзисторно-транзисторной логики средней интеграции.
Начало разработки — 1973 год, окончание разработки — 1978 год, начало выпуска — 1980 год.
Также к 1980 году под руководством главного конструктора М. В. Тяпкина закончена разработка модификации Эльбрус-1, имеющей командную совместимость с БЭСМ-6, и получившей название Эльбрус-1К2 (Эльбрус-1 комплектация 2), а также Эльбрус-1К4 и Эльбрус-1К6.
Производительность Эльбрус-1К2 — от 2,5 до 3 млн. операций с плавающей запятой в секунду.
Вычислительный комплекс Эльбрус-2
Главный конструктор: Бурцев В. С.
История поколений российских процессоров Эльбрус. Проход через смутное время.Производительность — до 125 млн. операций в секунду в комплектации с десятью процессорами. Усовершенствованный вариант Эльбруса-1 на новой элементной базе.
Процессоры были выполнены на интегральных схемах (ИС) серии 100 и матричных больших интегральных схемах (БИС) серии И-200М. Каждый процессор занимал три типовых шкафа 1070×425×2020 мм.
Начало разработки — 1980 год, Окончание разработки — 1984 год, начало выпуска — 1985 год.
Также к 1988 году под руководством главного конструктора М. В. Тяпкина закончена разработка модификации Эльбрус-2, имеющей командную совместимость с БЭСМ-6, и получившей название Эльбрус 1-КБ .
Производительность — от 4 до 6 млн. операций с плавающей запятой в секунду.
Вычислительный комплекс Эльбрус-3
Главный конструктор: Б.А. Бабаян.
Это был первый компьютер с VILW-архитектурой!
Задуман ещё в 1983 году. Начало разработки — 1986 год, окончание разработки — 1991 год.
По предварительным расчётам 1983 года, производительность одного процессора Эльбрус-3 должна была достигать 40 млн. операций в секунду в скалярном режиме и 80 млн. операций в секунду в векторном режиме. Компьютер должен был содержать 16 таких процессоров.
В процессорах впервые были воплощены в жизнь идеи явного управления параллелизмом операций с помощью компилятора (VLIW или архитектура сверхдлинного машинного слова), позже, кстати, частично применённые в процессоре Intel Itanium.
В 1991 году был выпущен первый и единственный компьютер «Эльбрус-3», работы по наладке которого так и не были завершены из-за прекращения финансирования. Следующий компьютер на архитектуре VLIW был выпущен только в 2007 году.
Параллельно другими коллективам в 1993-м году разработан вычислительный комплекс Эльбрус 3-1 другой архитектуры.
Производительность одного процессора была равна:
- на совмещенной скалярно-векторной обработке — до 550 млн. операций в секунду,
- на основных векторных операциях — до 500 млн. операций в секунду,
- на скалярных операциях — 60 млн. операций в секунду
Параллельно шли работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 с полноценной RISC-архитектурой (около 30 команд) для компьютера «Микро-Эльбрус». которые возглавлял Владимир Мстиславович Пентковский. Процессор мог выполнять до трёх команд за такт. К 1987 году логический дизайн будущего микропроцессора был завершен, а в 1990 году были произведены уже первые прототипы. В Эль-90 сочетались концепция RISC (упрощённый набор команд) и архитектура Эльбрус-2. Похожая архитектура была реализована в 1995 году в Pentium Pro.
В 1990 году Пентковский начал работу над процессором Эль-91С , последователем Эль-90. Но после развала страны финансирование разработки прекратилось.
В 90-х Пентковский перешёл на работу в Intel (есть информация, что с 1993 года). Он один из авторов и архитекторов векторного (SIMD) расширения команд SSE, впервые появившегося в микропроцессорах Pentium III. Пентковский принимал участие в разработке нескольких поколений процессоров Intel.
Смутное время 1991-2005 годов
В 1991 году в ИТМиВТ приезжал Питер Розенбладт (Peter Rosenbladt) из фирмы Hewlett-Packard и, предположительно, мог получить какую-то информацию по архитектуре Эльбрус-3, хотя документальных подтверждений этому нет. Но именно в то время HP начала проект, приведший к совместной с Intel разработке EPIC-процессора Merced (Intel Itanium), архитектура которого, как и в Эльбрус-3, основана на VLIW.
По словам Б.А. Бабаяна, Петер Розенбладт просто предлагал более плотное сотрудничество с HP, что вполне возможно, учитывая успехи ИТМиВТ в интересующей его архитектуре VLIW. Впрочем, какое-то сотрудничество с HP было и до этого, но в итоге Бабаян выбрал Sun Microsystems, первая встреча с руководством которой состоялась еще в 1989 году, и с которой в итоге и были заключены контракты по участию в разработке SPARC-технологий. Ведь у ИТМиВТ уже был опыт создания процессора с RISC-архитектурой (Эль-90).
В 1992 году на основе коллектива ИТМиВТ в свете тематики контрактов с Sun Microsystems было создано ТОО «Московский центр SPARC-технологий (МЦСТ)» (ныне АО «МЦСТ»).
Сутрудничество МЦСТ с Sun Microsystems продлилось до 1996 года.
В 1998 году закончена разработка и проведены госиспытания вычислительного комплекса Эльбрус-90микро для военных с процессором семейства МЦСТ-R, совместимых с архитектурой SPARC . Принят на вооружение в 2001 году. В последующие годы было произведено несколько новых моделей совместимых процессоров этой линейки: МЦСТ-R100 (в серию не пошёл), МЦСТ-R150, МЦСТ-R500, МЦСТ-R500S, МЦСТ-R1000. МЦСТ-R2000.
Возрождение VLIW
Начиная с 1999 года Бабаян периодически озвучивал планы по созданию процессора VLIW -архитектуры, ища инвесторов, но заявлял заведомо неподъёмные для любых потенциальных инвесторов суммы, необходимые для реализации проекта.
В 2004 году Бабаян вместе с частью коллектива, разрабатывавшего проект Эльбрус, перешёл в структуру корпорации Intel . Бабаян стал первым европейским учёным, удостоенным титула Intel Fellow (заслуженный инженер-исследователь Intel).
В 2005 году ЗАО «МЦСТ» остатками коллектива начинает разработку одноядерной системы на кристалле с расширенным набором контроллеров архитектуры «Эльбрус». Смутное время заканчивается.
Всем огромный привет. Вот мы уже и подошли к заключению цикла статей «Истории Советских ЭВМ». В четвертой заключительной части давайте наконец обсудим одну из самых главных разработок, созданных во времена Советского Союза и оставшуюся после его распада, о компьютерах и процессорах «Эльбрус», которые в свое время были лучше западных аналогов. А также поговорим о том, как наш ученый помог в разработке процессоров Intel Pentium.
Советский Союз, практически сразу, после завершения Великой Отечественной, начал вести активные разработки компьютерной техники, предназначавшейся для внутренних военных организаций, а также научно–исследовательских центров. О «Ранних ЭВМ» можете почитать здесь.
Итак, одной из самых популярных и мощных ЭВМ, помимо разных вариантов ЕС ЭВМ, была БЭСМ–6. Она применялась практически во всех структурах, которым требовалось проведение сложных рассчетов требующих высокой точности. Время шло, ЭВМ тех поколений понемногу устаревали, а потребности людей из научного мира и военного промысла росли в геометрической прогрессии.
«Эльбрус–1»
Всеволод Сергеевич Бурцев (1927–2005)
Для разработки проекта первой модели суперкомпьютера «Эльбрус» был выбран Институт точной механики и вычислительной техники – сокращенно «ИТМиВТ». Во главе всего процесса стоял инженер–конструктор Всеволод Сергеевич Бурцев, а одним из его замов выступал Борис Бабаян. Работа над проектом у команды заняла практически 5 лет, с 1973–го года по 1978–ой.
«Эльбрус–1»
Выражение «первый блин комом», никак не было применимо к «Эльбрус–1». ЭВМ получилась очень удачной, в особенности благодаря новой модульной архитектуре. ЭВМ могла одновременно работать с десятью процессорами среднего уровня интеграции. Объем оперативной памяти мог составлять до 64 Мб, а вычислительная мощность достигала пятнадцати миллионов операций в секунду.
К слову, «суперскалярная» вычислительная архитектура компьютера, разработанная с нуля нашими инженерами, стала применяться за рубежом лишь к 90–м, параллельно с появлением суперпопулярной линейки процессоров Pentium от Intel. Об этом чуть позже.
Да, действительно, IBM занималась разработкой такой вычислительной архитектуры задолго до наших инженеров, однако их сотрудникам не удалось достичь требуемого результата. Сам Бурцев, главный конструктор проекта, не раз признавался в том, что инженеры при создании «Эльбруса» применяли множество самых лучших технологий, разработанных такими зарубежными компаниями, как IBM и HP (Hewlett–Packard), и коллегами, работавшими в создании первых в СССР ЭВМ.
«Эльбрус–2»
Следующая модель «Эльбрус–2» появилась в 1985–м году. Оборонная отрасль, а также ядерные исследовательские центры стали основными сферами, в которых стала применяться вторая модель «Эльбруса». Этот компьютер имел ряд фундаментальных отличий от первой версии. Во-первых производительность ЭВМ возросла практически в десять раз (с 15 до 125 миллионов операций в секунду), а пропускная скорость (способность) между каналами вычислительной станции доходила пика в 120 Мбит в секунду. Во–вторых — максимальный объем ОЗУ возрос чуть больше, чем в два раза – с 64, до 144 мегабайт.
Технологии, примененные при разработке «Эльбрус–2» и «БЭСМ–6», стали платформой на которой, в 1988 году, была разработана модель ЭВМ «Эльбрус 1–КБ» общего назначения. Система производилась на заводах до 1992–го года. Всего за это время было выпущено 60 единиц этой ЭВМ. Что примечательно, «БЭСМ–6» и «Эльбрус 1–КБ» были полностью программно совместимы.
Успех модельного ряда суперкомпьютеров «Эльбрус» был колоссальным. Все инженеры, работавшие над этим проектом, были награждены множеством Государственных премий.
Следующим компьютером в этом ряду должен был стать Эльбрус 3М. Но, к сожалению, он так и не был выпущен в серийное производство. Технологии, примененные в его создании, стали базой для разработки будущей серии процессоров «Эльбрус».
«Эльбрус 3–1»
А вот, выпущенный следом за ним, «Эльбрус 3-1» (МКП) был по достоинству оценен правительством СССР. Главный конструктор Геннадий Григорьевич Рябов был награжден почетным орденом «Заслуженного Деятеля Науки». Сам суперкомпьютер (на мой взгляд именно этот термин, по-настоящему, применим к Эльбрус 3–1) был построен на МКП (модульном конвейерном процессоре), благодаря которому к ЭВМ могли подключаться вычислительные блоки, предназначенные для выполнения разных функций, в зависимости от требуемых задач. К примеру, на одном процессоре можно было быстро и точно заниматься вычислениями радиолокационных данных, а на другом выполнять задачи, для которых необходима работа алгоритма преобразования Фурье.
Так как система предназначалась для научных исследований, физических моделирований и прочих массивных вычислений, для надежности каждая из больших интегральных схем (БИС) имела водяное охлаждение, а ко всем блокам (шкафам) была применена система диагностики ошибок.
ЭВМ имела возможность подключения множества периферийных устройств, таких как принтеры, магнитные диски и ленты. Коммутаторная система позволяла подключать к «Эльбрусу» другие ЭВМ, тем самым можно было создать одну огромную вычислительную сеть.
Затем наступил период развала СССР, а вместе с ним экономический, политический и социальный кризис. Практически, как и все разработки Советского Союза, у проекта «Эльбрус» начались не самые лучшие времена. Но, несмотря на все трудности, инженеры смогли сохранить технологии, появившиеся при разработке этих вычислительных систем. Итак, с началом 2000–х у «Эльбрус» начался новый путь развития.
Советские корни процессоров Intel
Владимир Пентковский
Давайте немного вернемся назад, к началу разработки «Эльбрус–1», «Эльбрус–2» и «Эльбрус–3». Помимо общего названия, все эти модели объединяет то, что в их создании участвовал выдающийся российский ученый Владимир Пентковский. Владимир начал работать в ИТМиВТ с 70–х годов прошлого столетия. За все время своей работы он сделал многое для развития вычислительных систем «Эльбрус». Одним из его важных достижений являлась разработка архитектуры 32–битного процессора «Эль–90», который должен был использоваться в так и не вышедшей ЭВМ «Эльбрус–3».
«Эль–90»
После развала Советского Союза прекратилось финансирование множества разработок. Это же коснулось и Владимира с его проектом обновленного процессора «Эль–91С», построенного на базе предшественника «Эль–90». В поисках способов самореализации, Владимир переезжает в США, где устраивается в Intel, и практически сразу становится одним из ведущих инженеров компании.
Под его легкой рукой велась разработка знаменитейших процессоров Intel Pentium, которые по своим характеристикам и архитектуре были схожи с Советскими «Эль–90». Так что практически в каждом из компьютеров у нас дома есть очень условные «Российские корни». А то, что наш соотечественник смог, хоть и в другом государстве, целиком и полностью применить свои знания и реализовать свои задумки, вызывает у меня гордость. Но давайте вернемся обратно в историю «Эльбрусов».
Настоящее проекта «Эльбрус»
Как вы уже могли понять, проект «Эльбрус» прошел тернистый путь кризиса и стагнации, вернувшись в начале 2000–х к своему нормальному «жизненному» циклу. Компания МЦСТ (Московский центр SPARC-технологий), возникшая благодаря инициативной команде, работавшей над «Эльбрус–3», возобновляет разработки процессоров и готовых вычислительных станций «Эльбрус», ориентируясь на рынок госструктур, бизнеса и рядовых гражданских лиц, у которых есть потребность в надежном компьютере, обладающим невероятной степенью защиты.
Поймите, эти компьютеры и процессоры разрабатываются совсем не для тех задач, о которых многие говорят. Их главная особенность — это обеспечение безопасности в государственно важных институтах, и не только в военных, но и научных. Ведь шанс утечки данных при использовании процессоров от зарубежных компаний, в которых могут быть всяческие бэкдоры (например, вот новость о найденных уязвимостях процессоров Intel) невероятно велик. И это может поставить под очень серьезную угрозу безопасность государственно важных данных
И нет, я не агитирую за какие-то определенные провластные взгляды, а лишь даю понять, что те требования для выполнения задач сотрудниками условного НИИ куда выше наших гражданских, общепользовательских. Ну и в конце–концов, разве не здорово, если когда–нибудь при определенных обстоятельствах у «Эльбрус» появится возможность реализации процессоров для массовых нужд? И что вместо монополии на рынке России со стороны Intel и AMD, начнется настоящая конкуренция, в ходе которой компании будут улучшать свои продукты.
Особенно это может коснуться «Эльбрус». Ведь для того, чтобы компания вывела свои продукты на мировой рынок, помимо финансирования требуется грамотное дифференцирование своей разработки уникальными технологиями, которые бы стали для всего рынка процессоров в новинку. Ведь мы с вами, как пользователи, будем только в плюсе. К слову, о цене процессоров — почему она такая?
Ответ простой, чипы Intel и AMD производятся миллионными тиражами на специально оснащенных фабриках. А «Эльбрусы» же собираются практически в единичных экземплярах и чуть ли не вручную. При условии малой стоимости ЦП «Эльбрус», МЦСТ просто не могла бы вывозить производство и выплачивать зарплаты инженерам, работающим над проектом. Отсюда и такая стоимость продукции. Теперь давайте вернемся обратно, к истории «Эльбрус» после перехода проекта в руки объединения МЦСТ.
Первой по-настоящему удачной разработкой можно считать процессор «Эльбрус-4С», обладающий оригинальной архитектурой, обеспечивающей полную независимость от Intel и AMD. Частота всех четырех вычислительных ядер процессора составляла 800 МГц, а объем кэша второго уровня составлял 2 Мб.
Технологический процесс, по которому создавался процессор, на фоне конкурентов выглядит исключительно архаичным – 65 нм. Но не смотря на кажущуюся аутентичность разработки, чип обеспечивает вычислительную мощность до 50 Гфлопс, при энергопотреблении 45 Вт, что сопоставимо с максимальными конфигурациями процессора Intel Core I7 2009-го года.
Процессор был представлен компанией в 2014 году, успешно прошел все нужные испытания и запущен в серийное производство.
Чип был предназначен для профессиональных целей, а большинство софта было выпущено под работу с архитектурой х86. В чипах «Эльбрус» разработчики не отказались от поддержки платформы х86 и реализовали её при помощи использования и поддержки скрытых динамических трансляций и защищенных вычислений, которые применяются в модульном программировании. Более того, процессор поддерживал и продолжает поддерживать установку и работу в операционных системах Windows и Linux.
Сотрудники МЦСТ решили не останавливаться на достигнутом. И спустя два года, в 2015–м, представили по-настоящему революционный «Эльбрус 8С», выполненный на сей раз по 28–нанометровому технологическому процессу, а также обладающий восемью вычислительными ядрами, работающими на частоте 1.3 Ггц. Благодаря оригинальной архитектуре, процессор обрел вычислительную мощность 250 Гфлопс.
На данный момент в МЦСТ ведутся разработки нового чипа «Эльбрус 16–С». Он будет построен по 16 нм техпроцессу, а также обладать 8–16 вычислительными ядрами, в зависимости от конфигурации. Общая производительность такого «малыша» будет равна 750 Гфлопс. К 2022 году планируется наладить разработку «Эльбрус–32С», построенного по 10 нм технологии, состоящим из 32 вычислительных ядер и мощностью в 4 Тфлопс.
Заключение
На этом все. Спасибо, что дочитали до конца. Говорить о перспективах отечественных технологий и разработок, о том насколько они полезны можно бесконечно долго. В любом случае они есть, а значит есть фундамент для вступления в технологическое будущее.
Читайте также: