Эльбрус (процессорная архитектура)

У этого термина существуют и другие значения, см. Эльбрус (значения).

Не следует путать с семейством суперкомпьютеров «Эльбрус».

«Эльбрус» — процессорная архитектура и одноимённое семейство универсальных VLIW-микропроцессоров, разрабатываемых российской компанией МЦСТ при участии ИНЭУМ, продолжая развитие процессорных технологий советских вычислительных комплексов «Эльбрус».

Логотип процессоров «Эльбрус»

Наименование

Наименование «Elbrus» — акроним от англ. ExpLicit Basic Resources Utilization Scheduling — «явное планирование использования основных ресурсов».

Особенности

«Эльбрус» на выставке «Армия-2022»

Основные особенности:

• длинное командное слово — способность выполнять несколько операций за один такт операций, что обеспечивает высокую производительность при умеренной тактовой частоте;
• динамическая двоичная трансляция — эмуляция работы процессора на архитектуре x86, используемая для выполнения x86-программ (требует 2 ядра для работы);
• защищённый режим — аппаратный контроль целостности структуры памяти, обеспечивающий информационную безопасность;
• отсутствие микрокода — компилятор переводит исходный код сразу в двоичный код, минуя микрокод, как это реализовано на x86^{[уточнить]}.

Работа с периферией в процессоре обеспечивается через контроллеры серии КПИ (контролер периферийных устройств) — название серии южных мостов, разработанных компанией МЦСТ для компьютеров на процессорах Эльбрус и МЦСТ R. Серия КПИ (2010) предназначена для процессоров 4С, 2СМ, 2С+ и МЦСТ R1000В, серия КПИ-2 — для 8С, 1С+, МЦСТ R1000, в последующих моделях процессора южный мост встроен, однако сохранена возможность подключать дополнительно контроллер КПИ-2 для расширения набора периферии.

Производство

В связи с ограниченным спросом процессоры «Эльбрус» производят малыми сериями под заказ, используются две площадки — завод Микрон в Зеленограде (техпроцесс до 90 нм) и фабрика TSMC в Синьчжу, Китай. В 2017 году планировалось наладить выпуск Эльбрус-4СМ — адаптированную версию Эльбрус-4С под мощности завода «Микрон», но предприятие не смогло перейти на необходимый для этого техпроцесс 65 нм.

Санкции

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

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

Совместимые операционные системы

Операционные системы, поддерживающие процессоры архитектуры «Эльбрус»: QNX (российская сборка ЗОСРВ «Нейтрино-Э» КПДА.10965-01), ОСРВ «БагрОС-4000»^[2], также выпущен ряд дистрибутивов Linux — ОС Эльбрус, МСВС, ALT Linux, Astra Linux Special Edition «Ленинград», Лотос^[3][4].

Сотрудничество

В июле 2024 компания МЦСТ (разработчик процессоров "Эльбрус"), объявила об открытии исходных кодов ядра Linux и других компонентов, необходимых для работы с архитектурой процессора. Этот шаг направлен на привлечение разработчиков и превращение «Эльбруса» в экосистему с открытым ПО.^[5]

Список процессоров

Наименование процессора[6]	Эльбрус 2000	Эльбрус-S	Эльбрус-2С+	Эльбрус-4С	Эльбрус-1С+	Эльбрус-8С[7]	Эльбрус-8СВ[8]	Эльбрус-2С3[9]	Эльбрус-12С[10]	Эльбрус-16С	Эльбрус-32C
Год выпуска	2005	2010	2011	2014	2016 1 квартал	2015 (серийно с 2016)	(серийно с 2020)	(в планах 2021)	(в планах 2022)	(в планах 2022)	по плану в 2025 инж. образец
Техпроцесс, нм	130	90	90	65	40	28	28	16	16	16[11]	7
Архитектура	Эльбрус 1 поколение	Эльбрус 2 поколение	Эльбрус 2 поколение[12], ElCore9 (DSP)	Эльбрус 3 поколение[13]	Эльбрус 4 поколение[14], MGA2, Vivante GC2500 (3D-ускоритель)	Эльбрус 4 поколение[15][16]	Эльбрус 5 поколение[17][18]	Эльбрус 6 поколение[11], PowerVR GC6650[9]	Эльбрус 6 поколение[11]	Эльбрус 6 поколение[11]	Эльбрус 7 поколение
Версия системы команд	1	2	2	3	4	4	5	6	6	6	7
Количество ядер	1	1	2 (+4 DSP)	4	1 (+1 3D, +1 2D)	8	8	2 (+1 3D, +2 2D, +4 видео)[9]	12	16[11]	32
Тактовая частота, МГц	300	500	500	800	1000	1300	1500	2000	2000	2000[11]	2500
Производительность (32 бита), Гфлопс	4,8	8	28	50	24	250	576	192	1152	1500[11]	3000
Производительность (64 бита), Гфлопс	2,4	4	8	25	12	125	288	96	576	750[11]	1500
Потребляемая мощность, Вт	6	20	25	45	10	80	90	10	95	130
Команд на 1 такт	23	23	23	23	25	25 (41 в векторном режиме)	50	50	50	50
Кеш уровня 1, КБ (данные + команды)					64 + 128	(64 + 128) / ядро	(64 + 128) / ядро	(64 + 128) / ядро	(64 + 128) / ядро	(64 + 128) / ядро
Кеш уровня 2, МБ	0,25	2	2	8	2	4 0,5 / ядро	4 0,5 / ядро	4 2 / ядро	12 1 / ядро	16 1 / ядро
Кеш уровня 3, МБ						16	16		24	32	64 суммарно 1+2+3
Тип встроенного контроллера памяти	-	DDR2-500	DDR2-800	DDR3-1600	DDR3-1600	DDR3-1600	DDR4-2400	DDR4-3200 ECC[9]	DDR4-3200 ECC	DDR4-3200 ECC[11]	DDR5 ECC
Количество каналов обмена с памятью	-	1	1	3	2	4	4	2[9]	2	8[11]	6
Пропускная способность шины памяти, Гбайт/с	4,8	8	12,8	38,4	25,6	51,2	68,3	51,2	51,2	200	170
Площадь кристалла, мм²	189	142	289	380	122	321	350	222	300	618
Число транзисторов, млн	75,8	218	368	986	375	2730	3500			6000
Число слоёв металла	8	9	9	9
Тип корпуса	HFCBGA 900	HFCBGA 1156	HFCBGA 1296	HFCBGA 1600	HFCBGA 1156	FCBGA 2028	FCBGA 2028	FCBGA 1903		HFCBGA 4804
Максимальное число ядер в системе с общей памятью (прямое соединение)	2	4	8	16		32	32	2	24	64	128
Максимальное число ядер в системе с общей памятью (через чип-коммутатор)	-	16	32	64
Каналы межпроцессорного обмена ccLVDS	-	3	3	3	0	3	3	0	1	3
Пропускная способность одного канала ccLVDS, Гбайт/с	-	4	4	12		16
Пропускная способность канала ioLVDS, Гбайт/с	-	2	2	4	8	8	8	9,6
Комплексирование машин через каналы RDMA	до 2	до 4	до 4	до 4
Пропускная способность канала ввода-вывода/RemoteDMA, Гбайт/с	2	2	2	4
Южный мост	на базе FPGA	КПИ	КПИ	КПИ	КПИ2	КПИ2	КПИ2	встроен	встроен	встроен	встроен

Примечания

1. Тайвань взял «Байкалы» и «Эльбрусы» в заложники и не хочет отпускать  (неопр.). Дата обращения: 24 декабря 2022. Архивировано 22 декабря 2022 года.
2. Техническое описание ОС РВ «БагрОС-4000»  (неопр.). Дата обращения: 28 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
3. ОС Лотос для платформы Эльбрус  (неопр.). Дата обращения: 28 октября 2020. Архивировано 4 ноября 2020 года.
4. ОС «Лотос» поддерживается на отечественной аппаратной платформе Эльбрус  (неопр.). Дата обращения: 28 октября 2020. Архивировано 31 октября 2020 года.
5. Российская компания МЦСТ открывает разработчикам доступ к ПО процессоров «Эльбрус»  (рус.). 3DNews - Daily Digital Digest. Дата обращения: 2 сентября 2024.
6. Владимир Иванов (07.05.2014). "Первый в мире обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С". ZOOM.CNews. Архивировано 14 мая 2014. Дата обращения: 13 мая 2014. {{cite news}}: Проверьте значение даты: |date= (справка)
7. Микропроцессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.016)  (неопр.). www.mcst.ru. МЦСТ (2016). Дата обращения: 24 февраля 2020. Архивировано 30 марта 2018 года.
8. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ»  (неопр.). Дата обращения: 24 февраля 2020. Архивировано 27 декабря 2019 года.
9. Трушкин Константин Александрович. [http://mcst.ru/files/60365c/d5dece/615775/90a70b/mtsst_trushkin_16_3.pdf Линейка процессоров Эльбрус и основные компоненты аппаратно-программной платформы "Эльбрус"] // mcst.ru. — 2021. Архивировано 27 февраля 2021 года.
10. Создатели «Эльбруса» представили новый процессор — в 300 раз мощнее 16.02.2021  (неопр.). Дата обращения: 20 апреля 2021. Архивировано 9 июля 2021 года.
11. Первый во многом. В России показали 16-ядерный процессор Эльбрус-16С  (неопр.). Дата обращения: 20 ноября 2020. Архивировано 5 декабря 2020 года.
12. Каталог продукции МЦСТ — 2017  (неопр.). Дата обращения: 3 марта 2022. Архивировано 3 марта 2022 года.
13. «Рэйдикс» представила управляющее ПО для российской аппаратной платформы «Эльбрус-8С»  (неопр.). Дата обращения: 3 марта 2022. Архивировано 3 марта 2022 года.
14. Центральный процессор «Эльбрус-1С+» (ТВГИ.431281.017)  (неопр.). Дата обращения: 3 марта 2022. Архивировано 19 сентября 2018 года.
15. Центральный процессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.025)  (неопр.). Дата обращения: 24 февраля 2020. Архивировано 30 марта 2018 года.
16. МЦСТ. Центральный процессор «Эльбрус-8С» (ТВГИ.431281.016) (рус.). www.mcst.ru. Дата обращения: 24 февраля 2020. Архивировано 30 марта 2018 года.
17. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ» (ТВГИ.431281.023)  (неопр.). Дата обращения: 3 марта 2022. Архивировано 3 марта 2022 года.
18. МЦСТ. Центральный процессор «Эльбрус-8СВ» (ТВГИ.431281.023) (рус.). www.mcst.ru. Дата обращения: 24 февраля 2020. Архивировано 27 декабря 2019 года.

Ссылки

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