Изучение микропроцессоров комплектов отечественного производства. Современные отечественные процессоры как они есть. Современные российские микропроцессоры
21.07.2016, ЧТ, 17:52, Мск, Текст: Денис Воейков
Три года назад, в номере 66, редакция подробно изучила специфику отечественного микропроцессора «Эльбрус» и пришла к выводу, что сравнивать его с изделиями Intel настолько же корректно, как сравнивать броневик с седаном BMW. По скорости и комфортабельности немецкий автомобиль, безусловно, превзойдет боевую машину, но сухими из болота и живыми из-под огня выйдут только пассажиры бронированного транспортного средства.
В разговоре с CNews о российском процессорном рынке «автомобильную» метафору склонен был использовать и гендиректор НПЦ «Элвис» (разработчик процессоров «Мультикор») Ярослав Петричкович , считающий, что «микропроцессор» сегодня - слишком общее название. «Нельзя сделать просто автомобиль, - говорит он. - Чтобы быть успешным на рынке, надо создавать хорошие карьерные грузовики, суперкары, люксовые внедорожники, кареты скорой помощи. Так же и с микропроцессорами. Они могут быть принципиально разными: для серверов, смартфонов, стиральных машин и космических аппаратов. Поэтому странно читать в нашей прессе о разработке каких-то сказочных изделий, которые решают абсолютно все задачи российской экономики».
Классическая архитектура и ее рынок
Назначение процессора (его сферу применения) во многом определяет его архитектура. Это понятие несколько размыто из-за разного его определения программистами и разработчиками железа, но, не углубляясь в технологические дебри, ее можно описать просто как внутреннее устройство, организацию.
Российские создатели процессоров используют либо собственную оригинальную архитектуру, зачастую унаследованную с советских времен, либо лицензируют всемирно распространенные стандарты. В последнем случае речь преимущественно идет о разработанных в соответствии с концепцией RISC (то есть для процессоров с сокращенным набором команд) архитектурах ARM (от англ. Advanced RISC Machine) и MIPS (отангл. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages).
Современные российские микропроцессоры
Если не принимать в расчет редких и явно специфических потребителей российских изделий, то мейнстримом для серверного («классического») рынка была и остается не нуждающаяся в дополнительном представлении архитектура Intel x86, реализованная также в продукции ее партнера по обмену технологиями - AMD.
После общения с российскими разработчиками редакция пришла к выводу, что тягаться в ближайшее время с Intel и AMD в нашей стране на серверном рынке если и возможно, то лишь с помощью тотальной господдержки (граничащей с «геноцидом» в отношении всего зарубежного), при этом предлагая изделия с использованием какой-либо другой архитектуры, потому что лицензии на x86 фактически не распространяются.
Если же на господдержку не рассчитывать (точнее, будем объективными, рассчитывать можно лишь на умеренный ее вариант) и ориентироваться не только на нужды военных и космонавтов, то гораздо перспективнее создавать решения для других потребительских и промышленных рынков, благо в последние годы они не просто зародились, а развиваются очень быстрыми темпами.
Архитектуры для новых рынков
В «Байкал Электроникс» (разработчик процессоров «Байкал») выбор архитектур для своих процессоров объясняют показателями динамики мирового рынка портативной техники - гаджетов, «умных» телевизоров и пр. По оценкам компании, его рост составляет около 20% в год, по сравнению с 5% рынка персональных компьютеров. «При этом имеются предпосылки дальнейшего увеличения этого разрыва», - считают в организации.
Выбор архитектур для процессоров «Байкал» основывается на показателях динамики мирового рынка портативной техники
Для портативных устройств основными потребительскими характеристиками являются энергопотребление и производительность. И по сравнению с x86 наилучшее соотношение этих показателей достигается на процессорах с архитектурой ARM и MIPS. «Это является основной причиной неуспеха Intel в данном сегменте, - говорят в компании. - В ближайшее десятилетие можно ожидать существенного роста инвестиций в ARM и MIPS и быстрого роста соответствующих ИТ-экосистем, который повлияет и на рынок ПК - в связи с растущими требованиями к их программно-аппаратной совместимости с портативными устройствами».
Характеристики наиболее распространенных архитектур
| Архитектура | 64-битная версия ядра | Поддержка ОС MS Windows | Основные направления использования | Характеристика ИT-экосистемы | Возможность лицензирования | Перспективы архитектуры |
|---|---|---|---|---|---|---|
| x86 | Есть | Есть (все версии Windows, кроме Windows RT) | ПК, серверы, вычислительные комплексы | Колоссальная развитость, огромный выбор разрабатываемого ПО для конечных потребителей | Практически отсутствуют | Необходимо решить проблему высокого энергопотребления портативных устройств |
| ARM | Есть | Есть (Windows RT) | Портативная электроника, смартфоны, встраиваемые системы | Быстро развивается, значительный выбор ПО | Возможно приобретение лицензии на ядра на 3 года, на периферию - неограниченно | Значительные - в связи с высокой востребованностью на растущем рынке портативных устройств |
| MIPS | Есть | Нет (была до 1999 г.) | Встраиваемые системы (коммуникационное оборудование) | Активно развивается. С учетом поддержки ОС Linux имеется серьезный выбор ПО | Возможно приобретение лицензий | В 2014 г. архитектура MIPS была приобретена компанией Imagination Technologies, которая имеет большие планы по ее развитию |
Источник: «Байкал Электроникс», 2016
Таким образом, в «Байкал Электроникс» уверены, что, невзирая на распространенность на рынке x86, потенциал технологического развития у архитектур ARM и MIPS существенно выше. С этой оценкой во многом согласен и Ярослав Петричкович, считающий, что основным вектором развития и главным «полем битвы» всей хайтековской индустрии сейчас является комплекс базовых информационных технологий для систем автовождения, робототехники, дополненной реальности. «У нас на глазах формируется практически новая экономика будущего, - говорит он. - Так как использовать и поддерживать в отечественных разработках все существующие на мировом рынке архитектуры просто бессмысленно, то надо поддержать «победителей», прежде всего ARM и MIPS».
Что считать российским процессором
Данный вопрос, как это ни странно, до сих пор остается открытым. Летом 2015 г. Минпромторг разработал проект правительственного постановления, в котором описал критерии интегральных микросхем российского производства двух уровней. Первый подразумевает производство радиоэлектроники налоговыми резидентами РФ, более 50% которых принадлежит российскому государству или гражданам без двойного гражданства. У производителей должны быть права на конструкторскую документацию, и они не могут использовать готовые схемотехнические решения иностранного происхождения. При этом второй уровень с определенными оговорками допускал привлечение к производству партнеров за пределами России.
Данный законопроект до сих пор находится в стадии разработки. Поэтому, как отмечает гендиректор компании «Мультиклет» (разработчик одноименных чипов) Борис Зырянов , госведомства, заинтересованные в незарубежных решениях, пока ориентируются сугубо на собственные стандарты отбора. По его данным, наиболее жесткие требования к «национальной» чистоте предъявляет ФСБ. Чуть менее строги в этом вопросе «Росатом» и МВД, далее по списку.
Сам Зырянов склоняется к мысли, что критерии «отечественности» не должны быть чрезмерно жесткими. «Нюансы места производства кристаллов и корпусов рассматривать не стоит - это вопрос технологических возможностей государства и требований заказчиков, - говорит он. - Например, сегодня кристаллы «Мультиклетов» производятся в Малайзии, а корпуса - в России и Индонезии. Но нет никаких принципиальных проблем для локализации производства пластин на «Микроне» в Зеленограде».
В свою очередь, Ярослав Петричкович уверен, что микропроцессор можно назвать отечественным, если права на его производство принадлежат российской компании и вся проектная и конструкторская документация находится в ее собственности. «Просто современная система на кристалле - это плод огромной международной кооперации, - отмечает он. - Представители некоторых российских компаний просто лукавят, когда утверждают, что полностью отечественным их разработку делает наличие собственного процессорного ядра. В масштабах проекта и на фоне десятков других покупных блоков и технологий говорить об этом не имеет особого смысла».
Эффективно ли госрегулирование
Несмотря на отсутствие четкого определения «российскости», на поприще нормативного регулирования отрасли наше государство за последнее время выпустило и спроектировало достаточно много различных законов, приказов и постановлений, призванных оказать отечественной микроэлектронной отрасли преференции при госзакупках.
Мы не будем подробно разбирать смысл всех принятых документов по вполне простой причине - отрасль очевидного эффекта от них пока не почувствовала. По заверению Бориса Зырянова, каких-либо реально работающих законов, обязывающих госсектор в приоритетном порядке покупать отечественные процессоры, сейчас нет. Зырянов убежден, что последнее слово при выборе того или иного решения всегда остается за главным конструктором конкретной госсистемы. И если тот посчитает, что западное «железо» для него удобнее, дешевле, эффективнее и т.д., он всегда сможет его закупку как-то обосновать или прибегнуть к ухищрениям, не выходя при этом за рамки правового поля.
В небезосновательности данного убеждения редакция могла убедиться совсем недавно. В объявленном МВД в апреле 2016 г. 119-миллионном тендере на создание облачной инфраструктуры ведомство несколько раз в условиях прописало запрет на предложение зарубежного «железа», ссылаясь на нормы первого из приведенных нами во врезке постановлений. Однако в номенклатуре поставки фигурировали серверы на процессорах, чья маркировка и характеристики однозначно были истолкованы экспертами как описание продукции Intel или AMD архитектуры x86 (опровергать эту трактовку МВД не стало, не ответив на запрос CNews).
Необходимость господдержки
И все же именно на господдержку уповают сегодня все российские разработчики процессоров без исключения. Об этом ранее в беседе с CNews говорил гендиректор создателя «Эльбрусов», компании МЦСТ Александр Ким , заверявший, что в России уже сейчас можно обеспечить качество выпускаемой продукции не хуже западного. «Однако разработка микропроцессоров - крайне сложная и затратная деятельность. Зарубежные фирмы-монополисты имеют в своем распоряжении мировой рынок и могут финансировать свои R&D из прибыли, хотя влияние государственных контрактов и поддержки велико и там», - рассуждал он.
МЦСТ, как и другие российские разработчики процессоров, зависел и будет зависеть от господдержки
Отечественная продукция пока объективно может претендовать лишь на локальные рынки. «Поэтому МЦСТ зависел и будет зависеть от господдержки разработок новых процессоров», - резюмировал Александр Ким.
Борис Зырянов уверен, что сейчас отрасли требуются все меры поддержки, какие только можно придумать. «Дело находится в настолько плохом, запущенном еще с 1980-х гг. состоянии, что переборщить просто не получится, - рассуждает он. - Проблема должна решаться государством на таком же уровне, как известные проекты по первому пилотируемому космическому полету и созданию атомной бомбы, - масштаб сопоставимый».
Ярослав Петричкович, в свою очередь, считает, что государство уже давно оказывает отрасли огромную помощь. «Минпромторг, «Роснано» и многие институты развития серьезно вкладываются в микропроцессорные команды, - говорит он. - Еще недавно практически все, кто мог хотя бы выговорить слово «микропроцессор», получал деньги на разработку. Когда дым рассеялся, то оказалось, что только три-четыре дизайн-центра добрались до мелкосерийного производства для областей специального применения внутри страны, а выход на внутренний гражданский рынок даже не произошел».
СССР/Россия
Производители
Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы программирования, сходные с используемыми в процессорах компании Intel.
Среди процессоров от Intel: 8086, i286, i386, i486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Quad, Core i7, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров для встраиваемой техники) и др. AMD имеет в своей линейке процессоры архитектуры x86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 - Athlon, Duron, Sempron) и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.). Процессоры IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) используются в суперкомпьютерах, в видеоприставках 7-го поколения, встраиваемой технике; ранее использовались в компьютерах фирмы Apple. По данным компании IDC, по итогам 2009 г.на рынке микропроцессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов доля корпорации Intel составила 79,7 %, доля AMD - 20,1 %.
Доли по годам:
| Год | Intel | AMD | Другие |
| 78,9 % | 13,1 % | 8,0 % | |
| 80,4 % | 19,3 % | 0,3 % | |
| 79,7 % | 20,1 % | 0,2 % | |
| 80,8% | 18,9% | 0,3% | |
В советское время одним из самых востребованных из-за его непосредственной простоты и понятности, стал задействованный в учебных целях МПК КР580 - набор микросхем, копия набора микросхем Intel 82xx. Использовался в отечественных компьютерах, таких как Радио 86РК, ЮТ-88, Микроша, и т. д.
Разработкой микропроцессоров в России занимаются ЗАО «МЦСТ», НИИСИ РАН и ЗАО «ПКК Миландр». Также разработку специализированных микропроцессоров, ориентированных на создание нейронных систем и цифровую обработку сигналов, ведут НТЦ «Модуль» и ГУП НПЦ «ЭЛВИС». Ряд серий микропроцессоров также производит ОАО «Ангстрем».
НИИСИ разрабатывает процессоры серии Комдив на основе архитектуры MIPS. Техпроцесс - 0.5 мкм, 0.3 мкм; КНИ.
- КОМДИВ32 (en:KOMDIV-32), 1890ВМ1Т, в том числе в варианте КОМДИВ32-С (5890ВЕ1Т), стойком к воздействию факторов космического пространства (ионизирующему излучению)
- КОМДИВ64 (en:KOMDIV-64), КОМДИВ64-СМП
- Арифметический сопроцессор КОМДИВ128
ЗАО ПКК Миландр разрабатывает 16-разрядный процессор цифровой обработки сигналов и 2-х ядерный процессор:
- 2011 год, 1967ВЦ1Т - 16-разрядный процессор цифровой обработки сигналов, частота 50 МГц, КМОП 0.35 мкм
- 2011 год, 1901ВЦ1Т - 2-х ядерный процессор, DSP (100 МГц) и RISC (100 МГц), КМОП 0.18 мкм
НТЦ «Модуль» разработал и предлагает микропроцессоры семейства NeuroMatrix:
- 1998 год, 1879ВМ1 (NM6403) - высокопроизводительный специализированный микропроцессор цифровой обработки сигналов с векторно-конвейерной VLIW/SIMD архитектурой. Технология изготовления - КМОП 0.5 мкм, частота 40 МГц.
- 2007 год, 1879ВМ2 (NM6404) - модификация 1879ВМ1 с увеличенной до 80 МГц тактовой частотой и 2Мбитным ОЗУ, размещённым на кристалле процессора. Технология изготовления - 0.25 мкм КМОП.
- 2009 год, 1879ВМ4 (NM6405) - высокопроизводительный процессор цифровой обработки сигналов с векторно-конвейерной VLIW/SIMD архитектурой на базе запатентованного 64-разрядного процессорного ядра NeuroMatrix. Технология изготовления - 0.25 мкм КМОП, тактовая частота 150 МГц.
- СБИС 1879ВМ3 - программируемый микроконтроллер с ЦАП и АЦП. Частота выборок до 600 МГц (АЦП) и до 300 МГц (ЦАП). Максимальная тактовая частота 150 МГц.
ГУП НПЦ ЭЛВИС разрабатывает и производит микропроцессоры серии «Мультикор» , отличительной особенностью которых является несимметричная многоядерность. При этом физически в одной микросхеме содержатся одно CPU RISC-ядро с архитектурой MIPS32, выполняющее функции центрального процессора системы, и одно или более ядер специализированного процессора-акселератора для цифровой обработки сигналов с плавающей/фиксированной точкой ELcore-xx (ELcore = Elvees’s core), основанного на «гарвардской» архитектуре. CPU-ядро является ведущим в конфигурации микросхемы и выполняет основную программу. Для CPU-ядра обеспечен доступ к ресурсам DSP-ядра, являющегося ведомым по отношению к CPU-ядру. CPU микросхемы поддерживает ядро ОС Linux 2.6.19 или ОС жесткого реального времени QNX 6.3 (Neutrino).
- 2004 год, 1892ВМ3Т (MC-12) - однокристальная микропроцессорная система с двумя ядрами. Центральный процессор - MIPS32, сигнальный сопроцессор - SISD ядро ELcore-14. Технология изготовления - КМОП 250 нм, частота 80 МГц. Пиковая производительность 240 MFLOPs (32 бита).
- 2004 год, 1892ВМ2Я (MC-24) - однокристальная микропроцессорная система с двумя ядрами. Центральный процессор - MIPS32, сигнальный сопроцессор - SIMD ядро ELcore-24. Технология изготовления - КМОП 250 нм, частота 80 МГц. Пиковая производительность 480 MFLOPs (32 бита).
- 2006 год, 1892ВМ5Я (MC-0226) - однокристальная микропроцессорная система с тремя ядрами. Центральный процессор - MIPS32, 2 сигнальных сопроцессора - MIMD ядро ELcore-26. Технология изготовления - КМОП 250 нм, частота 100 МГц. Пиковая производительность 1200 MFLOPs (32 бита).
- 2008 год, NVCom-01 («Навиком») - однокристальная микропроцессорная система с тремя ядрами. Центральный процессор - MIPS32, 2 сигнальных сопроцессора - MIMD DSP-кластер DELCore-30 (Dual ELVEES Core). Технология изготовления - КМОП 130 нм, частота 300 МГц. Пиковая производительность 3600 MFLOPs (32 бита). Разработан в качестве телекоммуникационного микропроцессора, содержит встроенную функцию 48-канальной ГЛОНАСС/GPS навигации.
В качестве перспективного проекта НПЦ ЭЛВИС представлен MC-0428 - процессор MultiForce - однокристальная микропроцессорная система с одним центральным процессором и четырьмя специализированными ядрами. Технология изготовления - КМОП 130 нм, частота до 340 МГц. Пиковая производительность ожидается не менее 8000 MFLOPs (32 бита).
ОАО «Ангстрем» производит (не разрабатывает) следующие серии микропроцессоров:
- 1839 - 32-разрядный VAX-11/750-совместимый микропроцессорный комплект из 6 микросхем. Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 10 МГц.
- 1836ВМ3 - 16-разрядный LSI-11/23-совместимый микропроцессор. Программно совместим с PDP-11 фирмы DEC. Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 16 МГц.
- 1806ВМ2 - 16-разрядный LSI/2-совместимый микропроцессор. Программно совместим с LCI-11 фирмы DEC.Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 5 МГц.
- Л1876ВМ1 32-разрядный RISC микропроцессор. Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 25 МГц.
Из собственных разработок Ангстрема можно отметить однокристальную 8-разрядную RISC микроЭВМ Тесей.
Компанией МЦСТ разработано и внедрено в производство семейство универсальных SPARC-совместимых RISC-микропроцессоров с проектными нормами 130 и 350 нм и частотами от 150 до 500 МГц (подробнее см. статью о серии - МЦСТ-R и о вычислительных комплексах на их основе Эльбрус-90микро). Также разработан VLIW-процессор Эльбрус с оригинальной архитектурой ELBRUS, используется в комплексах Эльбрус-3М1). Основные потребители российских микропроцессоров - предприятия ВПК.
В России, помимо процессоров МЦСТ, разработаны и производятся
ещё куча хороших и добротных
процессоров: есть Элвис, есть Модуль, есть НИИСИ РАН, есть Миландр, есть Кварк, есть Мультиклет…
КВАРК
Микропроцессор KVARC, собственная разработка компании КМ211, представляет собой 32-разрядный RISC микропроцессор общего назначения для встраиваемых применений. В основе
лежит полностью российская, лицензионно чистая разработка на высокопроизводительном
ядре с малым
количеством логических вентилей и низким
энергопотреблением.
Классическая архитектура
RISC, гарвардская архитектура
32-разрядные операнды
4Гб адресное пространство
5-ти стадийный конвейер
Большинство инструкций выполняются за 1 процессорный
цикл
Статическое предсказание переходов
Диспетчер памяти (MMU) с аппаратной
подкачкой страниц
32-разрядная системная шина
Быстродействие-энергопотребление на уровне
процессоров ARM9/ARM11
> 600 МГц
по технологии 90нм.
1,1 DMIPS/МГц
Высокая энергоэффективность 8,5 DMIPS/мВт (для сравнения ARM946E-E:
1,19 DMIPS/МГц и 8,6 DMIPS/мВт)
Умножение с накоплением
16×16, 2 такта
DSP расширение набора команд
32/16-разрядный набор команд, высокая плотность кода
FPU SP/DP опциональный модуль плавающей арифметики с одинарной
и двойной
точностью
Опциональный аппаратный кодек (видео MPEG2/MPEG4 кодирование-декодирование, аудио MP3)
Спящий режим с низким
потреблением
Портированный FreeRTOS, Linux 2.6
Cи-компилятор GNU (GCC версии 3.4.3, 4.6.0), SDK на базе
Eclipse
JTAG, отладчик GDB
МультиКлет
Микропроцессор MCp0411100101 имеет в своем
составе мультиклеточное процессорное ядро – первое процессорное ядро с принципиально
новой (пост-неймановской) мультиклеточной архитектурой российской разработки. Мультиклеточный процессор предназначен для решения широкого круга задач управления и цифровой
обработки сигналов в приложениях,
требующих минимального энергопотребления и высокой
производительности.
Данный мультиклеточный процессор состоит из 4 клеток
(когерентных процессорных блоков), объединенных интеллектуальной коммутационной средой.
НИИСИ
Разрабатывает процессоры серии Комдив на основе
архитектуры MIPS. Техпроцесс - 0.5 мкм, 0.3 мкм; КНИ.
КОМДИВ32, 1890ВМ1Т, в том
числе в варианте
КОМДИВ32-С (5890ВЕ1Т), стойком к воздействию
факторов космического пространства (ионизирующему излучению)
НТЦ Модуль
1879ВМ4Разработал и предлагает
микропроцессоры семейства NeuroMatrix:
1998 год,
1879ВМ1 (NM6403) - высокопроизводительный специализированный микропроцессор цифровой обработки сигналов с векторно-конвейерной
VLIW/SIMD архитектурой. Технология изготовления - КМОП 500 нм,
частота 40 МГц.
2007 год,
1879ВМ2 (NM6404) - модификация 1879ВМ1 с увеличенной
до 80 МГц
тактовой частотой и 2Мбитным ОЗУ, размещённым на кристалле
процессора. Технология изготовления - 250 нм
КМОП.
2009 год,
1879ВМ4 (NM6405) - высокопроизводительный процессор цифровой обработки сигналов с векторно-конвейерной
VLIW/SIMD архитектурой на базе
запатентованного 64-разрядного процессорного ядра NeuroMatrix. Технология изготовления - 250 нм
КМОП, тактовая частота 150 МГц.
Благодаря ряду аппаратных особенностей микропроцессоры этой серии могут быть использованы не только
в качестве
специализированных процессоров цифровой обработки сигналов, но и для
создания нейронных сетей.
КОМДИВ64, КОМДИВ64-СМП
Арифметический сопроцессор КОМДИВ12
ГУП НПЦ ЭЛВИС
Разрабатывает и производит
микропроцессоры серии «Мультикор», отличительной особенностью которых является несимметричная многоядерность. При этом
физически в одной
микросхеме содержатся одно CPU RISC-ядро
с архитектурой
MIPS32, выполняющее функции центрального процессора системы, и одно
или более ядер специализированного процессора-акселератора для цифровой обработки сигналов с плавающей/фиксированной
точкой ELcore-xx
(ELcore=Elvees’s core), основанного на «гарвардской» архитектуре. CPU-ядро
является ведущим в конфигурации
микросхемы и выполняет
основную программу. Для CPU-ядра
обеспечен доступ к ресурсам
DSP-ядра,
являющегося ведомым по отношению к CPU-ядру.
CPU микросхемы
поддерживает ядро ОС Linux 2.6.19 или ОС жесткого реального времени QNX 6.3 (Neutrino).
2004 год,
1892ВМ3Т (MC-12) - однокристальная микропроцессорная система с двумя
ядрами. Центральный процессор - MIPS32, сигнальный сопроцессор - SISD ядро ELcore-14. Технология изготовления - КМОП 250 нм,
частота 80 МГц.
Пиковая производительность 240 MFLOPs
(32 бита).
2004 год,
1892ВМ2Я (MC-24) - однокристальная микропроцессорная система с двумя
ядрами. Центральный процессор - MIPS32, сигнальный сопроцессор - SIMD ядро ELcore-24. Технология изготовления - КМОП 250 нм,
частота 80 МГц.
Пиковая производительность 480 MFLOPs
(32 бита).
2006 год,
1892ВМ5Я (MC-0226) - однокристальная микропроцессорная система с тремя
ядрами. Центральный процессор - MIPS32, 2 сигнальных
сопроцессора - MIMD ядро
ELcore-26. Технология изготовления - КМОП 250 нм,
частота 100 МГц.
Пиковая производительность 1200 MFLOPs
(32 бита).
2008 год,
NVCom-01 («Навиком») - однокристальная микропроцессорная система с тремя
ядрами. Центральный процессор - MIPS32, 2 сигнальных
сопроцессора - MIMD DSP-кластер
DELCore-30 (Dual ELVEES Core). Технология изготовления - КМОП 130 нм,
частота 300 МГц.
Пиковая производительность 3600 MFLOPs
(32 бита). Разработан в качестве
телекоммуникационного микропроцессора, содержит встроенную функцию 48-канальной ГЛОНАСС/GPS навигации.
В качестве перспективного проекта НПЦ ЭЛВИС представлен MC-0428 - процессор MultiForce - однокристальная микропроцессорная система с одним
центральным процессором и четырьмя
специализированными ядрами. Технология изготовления - КМОП 130 нм,
частота до 340 МГц.
Пиковая производительность ожидается не менее
8000 MFLOPs
(32 бита)
ОАО Ангстрем
Производит (не разрабатывает)
следующие серии микропроцессоров:
1839 -
32-разрядный VAX-11/750-совместимый микропроцессорный комплект из 6 микросхем.
Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 10 МГц.
1836ВМ3 - 16-разрядный LSI-11/23-совместимый микропроцессор. Программно совместим с PDP-11
фирмы DEC. Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 16 МГц.
1806ВМ2 - 16-разрядный LSI/2-совместимый микропроцессор. Программно совместим с LCI-11
фирмы DEC.Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 5 МГц.
Л1876ВМ1 32-разрядный
RISC микропроцессор. Технология изготовления - КМОП, тактовая частота 25 МГц.
Из собственных разработок Ангстрема можно отметить однокристальную 8-разрядную RISC микроЭВМ Тесей.
МЦСТ
Разработано и внедрено
в производство
семейство универсальных SPARC-совместимых RISC-микропроцессоры с проектными
нормами 130 и
350 нм
и частотами
от 150 до
500 МГц
(серия - МЦСТ-R
и вычислительные
комплексы на их основе
Эльбрус-90 микро). Также разработан VLIW-процессор Эльбрус с оригинальной
архитектурой ELBRUS, используется в комплексах
Эльбрус-3М1).
Основные потребители российских микропроцессоров - предприятия ВПК.
Газета «ЧЕСТНОЕ СЛОВО» продолжает в рамках проекта «Инновации: достижения и проблемы» разговор о злободневных вопросах развития российских высокотехнологических отраслей. Можно ли что-то сделать для воссоздания элементной базы отечественной микроэлектроники? Мы собрали и проанализировали материалы из десятков источников, собрали мнения специалистов профильных институтов СО РАН для того, чтобы попытаться создать цельную картину проблемы. Слишком уж болезненно воспринимается технологическое отставание отечественной микроэлектронной отрасли, слишком большую цену приходится платить стране за это отставание в условиях санкций и экономической войны, объявленной США и Евросоюзом.
Новые российские микропроцессоры
Попытки создать отечественные микропроцессоры в последние годы были - появились процессоры «Байкал-Т1» и семейство процессоров ЗАО «МЦСТ» «Эльбрус», включая «Эльбрус-2СМ» производства завода «Микрон». Однако в России существует производство только по технологическому процессу 90 нм (нанометров). Процессоры «Эльбрус-8С» и «Байкал-Т1» по технологии 28 нм только разрабатывались в России, а производятся они на Тайване. Выпускаются у нас и процессоры военного применения «КОМДИВ» - это семейство микропроцессоров, разработанных в Научно-исследовательском институте системных исследований Российской академии наук (НИ РАН) в 2000-х годах. Изготавливаются они по технологическому процессу 350 нм, обладают высокой радиационной стойкостью, тройной системой резервирования, отличаются абсолютным отсутствием шпионских «закладок» (в отличие от импортных процессоров) и применяются в бортовых вычислительных комплексах военной и космической техники. Отказоустойчивость схем, производимых в НИ РАН, одна из лучших в Европе. Что важно, это производство собрано и налажено самостоятельно. Зеленоградские заводы «Микрон» и «Ангстрем» используют оборудование, закупленное у международных компаний ST, AMD и IBM. Белорусское предприятие «Интеграл» выпускает микропроцессоры и СБИС (сверхбольшие интегральные схемы) по технологическому процессу 350 нм.
Однако возможности получать передовое фотолитографическое оборудование для производства процессоров по технологическому процессу менее 30 нм вследствие экспортных ограничений США и Евросоюза для России сегодня нет. США специально накладывают ограничения на трансфер технологии для постройки полупроводниковых производств в России по самым последним нормам. А тайваньских производителей процессоров по российским заказам американцы в любой момент могут одернуть, пригрозив суровыми экономическими последствиями. Это реальность, ее необходимо учитывать при планах создания отечественной элементной базы микроэлектроники. Как и тот факт, что создание завода по производству современных отечественных микропроцессоров будет стоить порядка 7-10 миллиардов долларов.
Сейчас же российские производители делают процессоры по технологиям, отстающим от ведущих зарубежных производителей микроэлектроники как минимум на 10 лет. Наши процессоры стабильно работают, не с очень большими частотами, и их характеристики тяжело сравнить с современными западными образцами. Слишком малочисленны группы разработчиков, слишком много утеряно опыта в проектировании архитектуры процессоров, слишком медленно создавались российские технологические линии по производству чипов.
Четверть века недофинансирования отрасли
За прошедшие 25 лет значительная часть отечественного научно-производственного потенциала микроэлектроники была утрачена - по причине хронического недофинансирования, по причине распродажи и перепрофилирования многих предприятий отрасли, распада научных коллективов и отъезда разработчиков за границу. На берегу Бердского залива стоит многоэтажное здание с синим остеклением - это бывшее СКТБ «Микроэлектроника», а ныне бизнес-центр. В свое время Министерство электронной промышленности СССР планировало организовать там производство гибридных интегральных микросхем. Теперь там банк и офисы коммерческих фирм. А за рубежом работа по усложнению и специализации гибридных схем велась непрерывно, и сегодня сердцем большинства мобильных телефонов и смартфонов являются именно гибридные СБИС, нередко включающие в себя довольно мощный процессор.
Немногочисленные российские проектные бюро сегодня заказывают производство своих процессоров на Тайване по технологии 28 нм, а полностью российские процессоры выпускаются несколькими предприятиями по технологии 90 нм, они только начинают нащупывать подходы к процессу 65 нм. Это тоже хорошо, это пригодится при полноценном воссоздании отрасли. В то же время мировой лидер технологической гонки Intel уже подходит к процессу 14 нм. Отставание таково, что его не сократить за несколько лет, вбухивая в отрасль миллиарды долларов для покупки устаревших технологических линий. Требуются прорывные, нестандартные решения, исходящие прежде всего от отечественных ученых. Требуется воля таких руководителей, как вице-премьер Дмитрий Рогозин, чтобы осуществить стратегический проект производства элементной базы отечественной микроэлектроники.
Например, в 1980-х почти в каждой лаборатории появились компьютеры ДВК и персональные рабочие места ЭВМ линейки ЕС, созданные исключительно на оте-чественной элементной базе. Планировалось создание производства аналогов «персоналок» PC XT в Белоруссии. К сожалению, стихийный переход к рынку и хлынувшие в Россию потоки импортной микроэлектроники и компьютеров обрушили российскую микроэлектронную отрасль. Сегодня приходится говорить о производстве отечественных микросхем и процессоров только для военной и космической техники и для государственных нужд, таких как обеспечение МЧС, спутникового мониторинга, защита правительственной и ведомственной информации. Когда появятся конкурентоспособные российские процессоры для массового потребителя, приходится только гадать. Вкладывать в их производство деньги - бизнес высокого риска. Но для стратегических отраслей и для армии Россия может производить собственные микросхемы и процессоры на российской территории.
Уроки истории
Если вернуться к истории мировой микроэлектроники, то для нее знаковым был год 1980-й, год создания первого массового и удачного процессора Intel 8080. Отечественные процессоры в то время по своим характеристикам не сильно отставали от зарубежных. Соблюдался даже паритет по финансированию развития микроэлектроники в СССР и США, примерно по 15 миллиардов долларов за 1985-1989 годы. Однако результаты были разные. Американские компании микроэлектронной отрасли получили прибыль от 150 до 200 миллиардов долларов, десятикратно окупив вложения в разработки новых технологий. И надо помнить, что в США были и остаются совершенно секретными не столько технологические линии производства электронных компонентов, сколько оборудование по созданию этих самых линий. По некоторым оценкам, СССР получил убыток 100-150 миллиардов долларов за счет чудовищно малого выхода годных изделий. Именно в 1980-е годы был выработан экономический стандарт для микроэлектроники - выход годных изделий должен быть более 95 процентов, в идеале он должен превышать 99 процентов. В условиях советской плановой экономики это требование не являлось обязательным. Так, на одном из предприятий по одному виду изделий, производство которых находилось в стадии освоения, выход годных составлял около 1,5 процента. В США в первый год по аналогичному изделию выход годных составлял 16 процентов. В 1985 году сотрудник завода «Ангстрем» так оценивал качество выпускаемых микросхем: «Процент годных микросхем от общего числа изготовленных не достиг общемирового показателя. Он намного ниже. На разных типах изделий и на разных установках он колеблется от 1 до 25 процентов. В США выход годных составляет более 70 процентов, в Японии 90-100 процентов. Причина - низкий уровень технической базы, отсталое оборудование». Главная беда советской микроэлектроники заключалась в низком качестве отработки технологии и в нарушении технологических режимов. Даже хорошее оборудование не давало высоких производственных результатов, потому что результаты зависели от качества технологии. В итоге само качество отладки технологии, как правило, оставалось очень низким, и предприятия работали «на свалку».
Эта болезнь отечественной полупроводниковой отрасли, по-видимому, продолжает преследовать наши предприятия и сегодня. Несколько лет назад было громко объявлено о программе «Силовая электроника Сибири», в реализации которой главную роль играл бы кластер новосибирских электронных предприятий. Однако при реализации программы возникли трудности технического и технологического характера. Оказалось, что за годы реформ и стагнации оте-
чественной отрасли зарубежные конкуренты далеко продвинулись в области интегральной силовой электроники, производя приборы по нормам 180-350 нанометров. А сибирские производители силовой электроники располагали базой для производства приборов по норме 1000-2000 нм. Попытка выпуска пробных партий силовых приборов с современными характеристиками привела к выходу годных изделий в 5-20 процентов. То есть более грубая технология не обеспечила выполнение строгих требований повторяемости требуемых характеристик. А на покупку импортного оборудования для производства современной силовой электроники в условиях жестких технологических санкций рассчитывать не приходится. Проблему придется решать своими силами.
Комментарий Владимира Павловича Попова, доктора физико-математических наук, заведующего лабораторией физических основ материаловедения кремния им. академика А. В. Ржанова СО РАН:
"О проблеме импортозамещения в микроэлектронике"
Более 120 тысяч наименований импортной электронной продукции заместить приборами отечественного производства трудно. Если не сказать - невозможно. Но именно такая номенклатура потребляется российскими производителями электронной продукции стратегического назначения, и кроме мировой промышленности, такую номенклатуру никакая отечественная отрасль обеспечить не может! По-видимому, будет нужна унификация, тем более, что основная часть импортных микросхем похожа по функциональности друг на друга. Реально необходимо замещать 1 - 5 процентов от импортных микросхем. Если идти по пути унификации, то решить проблему импортозамещения в течение 5 - 6 лет возможно. Часть микроэлектроники необходимо делать у себя, это наиболее стратегически важные полупроводниковые приборы и микросхемы, а часть продолжать закупать за рубежом. Пытаться заместить абсолютно все собственным производством - бессмыслица! Например, в советское время из 400 материалов, необходимых для микроэлектронной промышленности, у нас производилось всего 38, а все остальное импортировалось. Ситуация сейчас не изменилась, в каких-то аспектах стала намного хуже. Большая часть материалов, приборов и технологического оборудования остается все-таки импортируемой. Наладить производство всего самим трудно. Тем более, мир не стоит на месте, развитие мировой микроэлектроники идет достаточно быстро. Догонять необходимо только в стратегически важных областях и пытаться именно там достигать прорывных результатов. Для России эти направления определены Правительством РФ - это оборона, транспорт, космос, атомная отрасль. Для них необходимо наладить собственное производство оборудования, в том числе микроэлектроники, чтобы удовлетворить потребности стратегических отраслей в любых, самых неблагоприятных ситуациях.
Алексей Степанов,
"ЧЕСТНОЕ СЛОВО"
Новосибирская область имеет все, чтобы стать одним из флагманов в развитии России.
Уникальные возможности Новосибирской области позволят стать ей одним из флагманов в развитии России. Программа реиндустриализации экономики Новосибирской области призвана не просто возродить промышленность, но найти новые прорывные технологии, которые выведут регион в лидеры экономического роста.
Кто лучше считает - ученые или чиновники?
«ЧС» уже писало о том, что Институт математики СО РАН неожиданно оказался перед необходимостью уволить до 20% научных сотрудников. Чтобы понять, почему так получилось, редакция обратилась в правительство РФ.
Подведены итоги оценки результативности научных организаций
Академик Сергей Алексеенко: надо повышать эффективность использования и переработки органического сырья
Будущее человечества - в развитии экологически чистых и эффективных технологий переработки органического сырья, использовании возобновляемых источников энергии. Насколько мировая, в том числе и сибирская, наука продвинулась вперед в этих вопросах? На этот и другие вопросы отвечает научный руководитель Института теплофизики СО РАН Сергей Владимирович Алексеенко.
Покорение «Эльбрусом»: процессор по-русски
В Интернете разошлась новость о том, что выпущен первый настольный компьютер с российским процессором «Эльбрус-4С» – и понеслось: «Вы можете поиграть в пасьянс, не закрывая блокнот, всего за 200000 рублей, гы-гы, а уже есть компьютеры размером с брелок менее чем за сто баксов, хе-хе…»
Для чтения таких новостей необходимо постоянно держать в голове два постулата: во-первых, подавляющее большинство журналистов понятия не имеет о том, о чём пишет; во-вторых, современный формат подачи новостей – это именно «А-а-а, какой кошмар!». Не говоря уж о том, что большинство СМИ в той или иной степени либеральны, и всегда готовы попытаться охаять Россию .
Что ж, давайте разберёмся с фактами , не кидаясь ни в либерализм, ни в ура-патриотизм. Что при этом ненавязчиво так «забывается»?
Во-первых , это – опытное производство. Штучное, практически предназначенное для окончательного тестирования. Стоимость ручного/лабораторного производства с промышленным оптовым сравнивать в принципе недопустимо: «5 мая СМИ сообщили о том, что российская компания МЦСТ объявила о начале продаж первых персональных компьютеров “АРМ Эльбрус-401” и серверов “Эльбрус-4.4” на базе российского процессора “Эльбрус-4С”… пока для заказа доступен только персональный компьютер “АРМ Эльбрус-401”. Сервер “Эльбрус-4.4” появится летом 2015 года. “АРМ Эльбрус-401” из первой тестовой партии обойдётся заказчикам по цене порядка 200 тысяч рублей. Однако к концу года, когда устройство планируется запустить в серийное производство, его стоимость “существенно снизится”…»
Во-вторых , большинство журналистов и читателей в меру своей недоразвитости автоматом считают, что компьютер оценивается по тому, как тянет графику последних игр, образно говоря. Но читаем: «Эльбрус-401 разработан на базе микропроцессора Эльбрус-4С и предназначен для оборудования автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, организации микросерверов и информационных терминалов, применения в промышленной автоматизации и в системах с повышенными требованиями к информационной безопасности ». Это – не домашний компьютер, а промышленный. Совсем другие требования! Погуглите сами цены на промышленные компьютеры и их характеристики, удивитесь, если ранее не были в теме. Для них важны три параметра: надёжность, надёжность и ещё раз надёжность , и на её алтарь спокойно приносятся в жертву гигагерцы, гигабайты, бантики сбоку и новомодные разъёмы. При этом, как правило, требуется работа в реальном времени – что существенно отличается от «просто быстрой работы». Даже та «мелочь», что наш процессор не требует специального охлаждения – важна.
Обратили внимание, что продажи объявлены лишь для юридических лиц? Обычному пользователю такой компьютер не нужен – по сути, это тестовое железо для промышленных программистов, просто «то же самое железо» на столе куда удобнее, чем уже вмонтированное в промышленное устройство. Со временем «Эльбрус » (точнее, его потомки) станут трудиться на всех стратегически важных местах, где применение импортных комплектующих попросту опасно по соображениям безопасности.
В-третьих , рукопожатные журналисты исполнили хоровую оду «Вой по Бабаяну»: мол, он «Эльбрус» создал, а в «этой стране» его не оценили, и он эмигрировал в Intel со всеми своими супергениальными наработками. Не буду здесь пересказывать все легенды на эту тему, просто ознакомьтесь с давней статьёй «Ф-центра» про эту, можно честно сказать, афёру . Говоря своими словами, имел место грандиозный попил, увод в Intel команды разработчиков и намеренная работа против репутации России в области разработки процессоров, при этом «Эльбрус» Бабаяна и тот, о котором мы говорим сегодня – просто «однофамильцы». При этом в МЦСТ работал не только Бабаян, и вот этот «не только Бабаян» сейчас и достиг уровня производства и практического применения.
В-четвёртых , производительность. Опять же, если читатель хоть как-то интересовался темой производительности, то должен помнить, как Intel и AMD соревновались, кто в каком тесте побеждает – включая написание новых, которые использовали новые особенности моделей, но ещё долгое время не используемых разработчиками программного обеспечения. А тут – принципиально различные архитектуры, и сравнивать производительность «в лоб" просто некорректно. Вот короткое видео на тему с пояснениями:
Да, ко времени выпуска в 1991 году МС 1504 устарел напрочь.
Однако тут нельзя забывать, что отставание по микроэлектронике было – и тут оно начало по факту сокращаться. К Горбачёвской «перестройке» СССР вообще имел очень крупный экономическо-технологический задел: экономика потихоньку росла в целом, в плане космоса мы были впереди всех, и на этом можно было очень некисло зарабатывать, были уникальные разработки и в других областях – от ускорителей и до экранопланов, вот и в компьютерном плане подтягивались на мировой уровень. Более того, и в плане обороны и международной ситуации было всё устойчиво. Внутри страны можно было уже заняться и лёгкой промышленностью на потребном уровне, освободив часть ресурсов. Другими словами, к концу XX века Советский Союз осуществил бы «переход от количества к качеству» в области высоких технологий, а в плане быта решил бы проблему «джинсов и жвачек». После чего «парадная витрина капитализма» сдулась бы сама собой.
Более подробную и разнообразную информацию о событиях, происходящих в России, на Украине и в других странах нашей прекрасной планеты, можно получить на Интернет-Конференциях , постоянно проводящихся на сайте «Ключи познания» . Все Конференции – открытые и совершенно безплатные . Приглашаем всех просыпающихся и интересующихся…