Байкал м процессор. Российский процессор байкал

«Байкал электроникс» протестировала процессоры Baikal-T1 для определения показателей быстродействия. Cnews сравнила показатели российского чипа с процессорами Intel и AMD. Оказалось, что характеристики Baikal-T1 находятся на уровне зарубежных чипов, выпущенных 5-10 лет назад.

Baikal-T1 частотой 1,2 ГГц построен на основе MIPS-архитектуры по 28-нм техпроцессу. Он включает контроллер памяти DDR3-1600 и кэш второго уровня объемом 1 Мб, поддерживает один порт 10Gb Ethernet, по два порта 1Gb Ethernet и SATA 3.0, контроллер PCIe Gen.3 х4 и USB 2.0.

Тестирование Baikal-T1 проводили в популярных бенчмарках: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006. Тестирование выполнялось в таких условиях:

Представитель «Байкал электроникс» Андрей Малафеев отметил, что реальные показатели быстродействия «превосходят оценочные характеристики для процессорных ядер MIPS P-класса, а те, в свою очередь очень выгодно смотрятся по сравнению архитектурой х86». Речь, в первую очередь, идёт об отношении производительности к энергопотреблению и площади кристалла.

Специалисты Cnews протестировали Baikal-T1 в бенчмарке CoreMark и сравнили результаты с процессорами Intel и AMD. Результаты оказались выше, чем ожидалось, но, конечно, рекордов Baikal-T1 не ставит:

Напомним, Baikal-T1 разрабатывали до 2014 года. В декабре 2014 года RTL-код изделия передали на фабрику TSMC, а в мае 2015 года получили первые инженерные образцы. После этого «Байкал электроникс» протестировал чипы и получил заем от Минпромторга на 500 млн рублей. Добавив к ним 288 собственных средств, компания разместила заказ на TSMC и в сентябре 2016 года получила установочную партию из 10 тыс. процессоров. Ожидается, что вскоре выйдет 100-тысячная промышленная партия чипов.

Вчера мне довелось первым из представителей прессы побывать в компании Байкал электроникс, разработавшей и производящей процессор Baikal-T1.

Этот маленький процессор потребляет всего 5 Вт и может работать даже без радиатора. В процессор встроены три порта Ethernet (два гигабитных и один 10-гигабитный), контроллер памяти DDR3-1600, поддерживающий до 8 ГБ, контроллер PCIe Gen.3, контроллер SATA 3.0 (6 Гбит), контроллер USB 2.0.
Процессор построен на 2-ядерном MIPS 32 r5 P5600 (это первая в мире реализация процессора на этом ядре), работающем на частоте до 1,2 ГГц, встроенная кэш-память 1 Мбайт, технологический процесс 28 нм.

По производительности Baikal-T1 сопоставим с процессорами Intel Atom и процессорами современных смартфонов. Он будет применяться преимущественно в телекоммуникационном оборудовании (роутерах, управляемых коммутаторах), но пригоден и для тонких клиентов.

Компания "Т-Платформа" начинает производство моноблоков Таволга Терминал TP-T22BT на процессоре Байкал Т1. Они будут использоваться для создания автоматизированных рабочих мест там, где предъявляются специальные требования безопасности.

«Таволга» работает под управлением Linux и может оснащаться любыми совместимыми с ней прикладными программами - пакетом офисных приложений LibreOffice, браузером Firefox и многими другими.

«Таволга Терминал» также работает в терминальном режиме в качестве веб-клиента, обеспечивая удаленный доступ к любым приложениям через веб-браузер или с использованием протоколов удаленного рабочего стола, таких как RDP или VNC.

«Байкал Электроникс» подписали меморандум о научно-техническом сотрудничестве с компанией Lenovo.
Lenovo уже продемонстрировали рабочий образец моноблока ThinkCentre Tiny-in-one 23, построенный на процессоре Baikal-T1.

Сегодня я впервые публикую данные о быстродействии процессора Baikal-T1, работающего на частоте 1 ГГц.

Coremark: 10342 coremarks (2 thread), Whetsnone: 1052 MWIPS (2 thread), Dhrystone: 3651 VAX MIPS (1 thread).
Результаты Coremark для большинства процессоров можно посмотреть тут.

К моменту завершения разработки процессора Байкал-Т1 компания существовала уже три года, в ней работало 70 российских "железячников" и программистов.

За основу было взято лицензированное ядро MIPS P5600, кроме того были лицензированы контроллеры Ethernet, SATA и USB. Российским разработчикам предстояло собрать эти компоненты вместе, заставить их корректно работать друг с другом и произвести разводку чипа по современной топологии 28 нм. Некоторые компоненты процессора разрабатывались с нуля.

Я попросил показать топологию процессора Байкал-Т1.

Так выглядит один маленький её кусочек.

Таких кусочков в процессоре миллионы.

Вы тоже видите странных грустных животных в топологии соединений Байкала? ;)

Это всего лишь один слой соединений.

Для процессора Байкал-Т1 была разработана и выпущена отладочная плата в стандартном формате MicroATX.

Это две самых первых платы.

Плата №0001. Кодовое имя "Лошадка". :)

В электронную лабораторию Байкал Электроникс не пускают никого, даже большинство своих сотрудников. Меня пустили. :)

Офис разработки программной части.

Идёт тестирование.

Процессор Baikal-T1 получился вполне конкурентоспособным и за счет большого количества различных интерфейсов на чипе обладает преимуществами перед конкурирующими изделиями иностранных разработчиков. При стоимости около $60 он позволит создавать телекоммуникационное и промышленное оборудование, блоки диспетчеризации и тонкие клиенты, системы автоматизации и управления. Российское происхождение гарантирует отсутствие "закладок" и позволит применять его в структурах с повышенными требованиями к информационной безопасности.

Сейчас Байкал Электроникс работает над разработкой новых процессоров на базе архитектуры ARM - Baikal-M для настольных ПК, встроенных систем, средств промышленной автоматики, смарт-камер и Baikal-MS для микросерверов и встроенных систем.

17.08.2017, Чт, 19:24, Мск , Текст: Денис Воейков

Разработчики отечественных процессоров «Байкал» провели их развернутое тестирование по ряду метрик. Одна из них выгодно демонстрирует сопоставимость характеристик российского изделия с продукцией мировых лидеров рынка.

Позитивный тест для «Байкала»

Отечественные процессоры «Байкал» по ряду параметров продемонстрировали показатели производительности, сопоставимые с продукцией признанных мировых лидеров отрасли.

В августе 2017 г. компания-разработчик «Байкал электроникс» провела полноценное тестирование быстродействия своего процессора Baikal-T1, работающего с тактовой частотой 1,2 ГГц. Для оценки его свойств применялась методика, предусматривающая возможность систематизации полученных результатов вне зависимости от типа процессорной микроархитектуры и используемой программной платформы.

Измерения проводились в шести приложениях, определяющих производительность как вычислительных модулей процессора, так и пропускную способность реализованных функциональных блоков: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006.

Условия тестирования (источник: «Байкал электроникс»)

«Бенчмаркинг показал, что реальные показатели быстродействия процессора Baikal-Т1 превосходят оценочные характеристики для процессорных ядер MIPS P-класса, а те, в свою очередь очень выгодно смотрятся по сравнению архитектурой х86», - прокомментировал CNewsитоги теста представитель «Байкал электроникс» Андрей Малафеев . Из его пояснений можно было заключить, что речь идет об отношении производительности к энергопотреблению и производительности к площади кристалла.

Результаты тестирования Baikal-T1 (источник: «Байкал электроникс»)

При этом Малафеев отдает себе отчет в том, что Baikal-T1 архитектурно ориентирован в первую очередь на рынки коммуникационных решений и встроенных систем. Однако с точки зрения Малафеева, хорошая производительность позволяет использовать рассматриваемый Baikal-T1 как универсальный процессор «в обширной экосистеме, которая развивается уже более четверти века и имеет значительный потенциал на существующих и только возникающих рынках».

Условное сравнение

Как можно было понять из общения с Малафеевым, наибольшее значение его компания придает тесту на бенчмарке CoreMark (о его сравнении с другими метриками читайте ниже), который в большей степени ориентирован на процессоры для встраиваемых систем, хотя применяется и для других процессоров самого разного назначения.

На сайте кураторов теста Baikal-T1 официально на данный момент не представлен - «Байкал электроникс» еще не подавала в него полученные на ее тесты результаты.

Выборочное условное сравнение известных процессоров с Baikal-T1 на тесте CoreMark

Разработчики из РФ начали создавать собственные микропроцессоры, которые считаются вполне конкурентоспособными в отношении продукции ведущих мировых брендов. Есть уже как серийные образцы, готовящиеся к промышленному выпуску, так и планируемые разработки. Какие российские процессоры — действующие или перспективные — заслуживают особого внимания?

Основные разработчики российских процессоров

Российская IT-индустрия активно развивается. В числе самых технологичных ее сегментов — это разработка микропроцессоров, предназначенных для использования в составе ПК, и серверов, которые принято относить к IBM-архитектуре. Сейчас на этом рынке властвуют два мировых бренда — Intel и AMD. Конкурентных им разработок в мире очень немного. Но таковые могут быть предложены российскими инженерами.

В числе перспективных микросхем из РФ, которые могут стать конкурентами Intel и AMD, принято считать процессор «Байкал». Предполагается, что данный чип будет устанавливаться на компьютеры, заказываемые госструктурами. Самый, вероятно, известный микропроцессорный вендор, создавший работающие и готовящиеся к серийному выпуску образцы микросхем, — это компания МЦСТ. Он выпускает чипы под брендом «Эльбрус» в широком спектре модификаций.

Рассмотрим подробнее, какими особенностями характеризуются перспективные и действующие процессоры российского производства.

Процессор на перспективу: «Байкал»

В июне 2014 года российские СМИ облетела новость: Министерство промышленности и торговли осуществило заказ на разработку микропроцессоров, которые предполагалось впоследствии устанавливать на ПК, приобретаемые для государственных нужд. Речь идет о чипах под брендом «Байкал». Какие примечательные факты характерны для данной микросхемы? Процессор «Байкал» начала разрабатывать компания «Байкал Электроникс». Финансируется проект центром «Т-Нано», который создан корпорацией «Т-Платформы», при участии «Роснано». В работе над процессором занята также Объединенная приборостроительная корпорация. Известно, что в проекте, возможно, будут участвовать такие бренды, как Depo Computers, «Аквариус», а также Kraftway.

Предполагается, что процессор «Байкал» будет создан в нескольких модификациях. Первыми будут, согласно некоторым данным, 8-ядерные микросхемы Baikal M, а также M/S для ПК и серверов. Они будут выпускаться на базе технологии 28 нм, а также ядер Cortex A57, работающих по 64-разрядному принципу. Производительность процессоров «Байкал» составит порядка 2 ГГц. Ожидается, что микросхемы будут совместимы с ОС Linux. Впоследствии будут выпускаться также 16-ядерные микросхемы. Они будут выполнены по технологии 16 нм. Есть сведения о том, что российский процессор «Байкал» в рамках первых партий будет производиться тайваньской компанией TSMC.

Бренд «Эльбрус»: основные факты

Другой известнейший как в РФ, так и за рубежом микропроцессорный бренд - «Эльбрус». Чипы под этой маркой уже выпущены в нескольких разновидностях. Есть двухъядерный процессор «Эльбрус». Есть чипы с 4 и даже 8 ядрами.

Есть сведения, что в ближайшее время ПК на основе данных процессоров будут выведены на рынок. Сейчас на базе чипов «Эльбрус» созданы действующие образцы компьютеров самых разных модификаций — ноутбуков, моноблоков, десктопов, серверов. Основными заказчиками ПК, в которых будет устанавливаться российский процессор, разработанный компанией МЦСТ, как ожидается, будут оборонные структуры. Также есть надежды на спрос со стороны крупных бизнесов. Чипы «Эльбрус» могут работать под основными ОС для компьютеров IBM-архитектуры — Windows, Linux.

Рассмотрим подробнее, как создавались процессоры «Эльбрус».

Процессоры «Эльбрус»: история

Первый компьютер, с которого начинается история бренда, был создан советскими учеными в 70-х годах. Им стал вычислительный комплекс «Эльбрус-1». Он был основан на микросхемах типа TTL и содержал в своей структуре 10 процессоров общей производительностью порядка 15 мегафлопс. В некоторой степени это была уникальная машина: в частности, в ней был реализован принцип параллельного выполнения команд. По некоторым данным, в мире подобных ЭВМ еще разработано тогда не было. Объем ОЗУ в «Эльбрус-1» составлял 64 МБ — более чем прилично.

Для уникального начала разрабатываться собственная операционная система и отдельные языки программирования. В 1985 году появился комплекс «Эльбрус-2», представлявший собой усовершенствованную модель Он отличался обновленной на микросхемах типа ЭСЛ. Общая производительность процессоров вычислительного комплекса была более 125 мегафлопс. В архитектуре данного компьютера был реализован модульный принцип. Комплекс «Эльбрус-2» характеризовался высоким уровнем быстродействия и устойчивостью работы. Известно, что он использовался на различных военных объектах. Всего советская промышленность выпустила 30 комплексов «Эльбрус-2».

В 1990 году был изготовлен опытный образец компьютера «Эльбрус-3». Но в то время, в связи со сложной политической обстановкой в стране, финансирование проекта было прекращено. Тем не менее, уже в 1992-м было образовано ТОО «Московский центр SPARC-технологий», вскоре переименованное в компанию МЦСТ. Фирма стала выпускать промышленные системы, которые базировались на популярной тогда технологии SPARC, созданной Sun Microsystems.

Решения на базе SPARC

Работая с решениями на базе SPARC, компания МЦСТ разрабатывала собственный продукт в виде микропроцессора. В ранних версиях его архитектура была известна под названием E2k. Первая модель процессора на ее основе, получившая название R150, была выпущена в 2001 году. Техпроцесс предполагал использование технологии 350 нм. Работал тот российский процессор на частоте в 150 МГц при производительности, составляющей порядка 150 мегафлопс.

В 2004 году появился гораздо более мощный чип — R500. Его составляла 500 МГц. Выпускался он в рамках более высоких технологичных стандартов — 130 нм. В 2007-м компания МЦСТ выпустила двухъядерный процессор R500S, включивший в себя наработки в сфере технологии SPARC. Его производительность составляла 1 гигафлопс.

Одновременно с развитием микросхем на базе SPARC компания МЦСТ занималась созданием процессора, полностью основанного на собственных разработках ее инженеров. Так, к 2007 году был создан и прошел государственные испытания российский процессор «Эльбрус». Он был изготовлен в соответствии со стандартом 130 нм и работал на частоте 300 МГц. Процессор был оснащен одним ядром и функционировал на скорости 4,8 гигафлопс. Данный чип, а также наработки по нему, положили начало целому семейству микросхем, выросших в технологичные, высокопроизводительные решения. Рассмотрим их.

«Эльбрус-S»

Первый серийный чип от МЦСТ - это процессор «Эльбрус-S», который появился в 2010 году. Он выпускался по стандарту 90 нм. Данная микросхема могла работать при частоте в 500 МГц и обеспечивать производительность порядка 8 гигафлопс.

Можно отметить, что аналогичную производительность тогда мог показывать чип AMD Athlon 64, функционирующий на частоте 2,2 ГГц.

«Эльбрус-2С+»

В 2011-м появилась следующая модификация процессора — чип «Эльбрус-2С+». Он был изготовлен также в соответствии с архитектурой 90 нм, но его производительность была намного выше — 28 гигафлопс. Можно отметить, что аналогичных показателей могли достигать такие чипы, как Intel Core 2 Duo, а также Intel Core i3. Есть сведения, что подобного прогресса разработчикам удалось достичь благодаря тому, что сопровождают процессор 4 ядра дополнительной микросхемы. Данный компонент осуществляет цифровую обработку сигнала. Однако встроенный процессор соответствующего типа, как посчитали инженеры МЦСТ, характеризовался слишком высокой ресурсоемкостью в процессе выпуска. Поэтому в следующих моделях «Эльбрус» он был заменен альтернативными решениями.

«Эльбрус-4С»

В 2014 году начался серийный выпуск очередного микропроцессорного шедевра - «Эльбрус-4С». Данный чип изготовлен по технологии 65 нм. Его ядра (всего их, соответственно, 4) функционируют на частоте 800 МГц. Каждое из них оснащено 2 МБ кэш-памяти. Это позволило добиться производительности процессора в 50 гигафлопс. Это почти столько же, как, например, у чипа Intel Core i7-975 — 53 гигафлопса. При этом мощность российского чипа — 45 Вт. В данном аспекте питание процессора «Эльбрус-4С», как считают многие эксперты, экономичнее, чем у американской разработки.

Чип с 4 ядрами от МЦСТ — один из самых универсальных. Типы компьютеров, в которые может быть установлен данный процессор, — ПК, ноутбуки, сервера, моноблоки. Собственно, в линейке вычислительных комплексов, которые также выпускает компания МЦСТ, присутствуют машины во всех отмеченных конфигурациях.

«Эльбрус-8С»

Новейший процессор от МЦСТ - обладающий 8 ядрами «Эльбрус-8С». Чип работает на базе стандарта 28 нм, что вплотную приближает его к ведущим мировым образцам микропроцессоров. Кэш-память второго уровня на ядрах микросхемы «Эльбрус-8С» — 4 МБ, третьего — 16 МБ. Процессор может работать с распространенным стандартом ОЗУ типа DDR3 1600. Производительность чипа, измеряемая на вычислениях с одинарной точностью, — 250 гигафлопс. В процессоре есть 4 контроллера памяти. Показатель для каналов межпроцессорного обмена данными — 16 ГБ/сек. Отмеченная производительность чипа — 250 гигафлопс. Как она соотносится с показателями мировых аналогов российского процессора? Можно отметить, что чип 4930K выдает порядка 130-140 гигафлопс. Специально для новейших процессоров «Эльбрус» создаются новые материнские платы, а также отдельная версия ОС. Также, возможно, будут разработаны многопроцессорные компьютеры на базе чипа.

Есть сведения, что к 2018 году компания МЦСТ выпустит процессоры типа «Эльбрус-16С». Их расчетная производительность — 1 терафлопс. Ожидается также, что чипов будет базироваться на стандартах менее 28 нм.

Перспективы чипов

Как оценивают эксперты выпускаемые российским брендом процессоры? Отзывы очень многих IT-специалистов, можно сказать, восторженные.

Причин тому несколько. Например, многие разработчики гордятся уже тем, что процессор был создан именно в России, причем в условиях, когда долгое время экономическая ситуация не способствовала активному развитию IT-индустрии в столь высокотехнологичном и наукоемком сегменте. В плане производительности процессоров оценки также в целом положительные.

Есть некоторые замечания у специалистов, которые касаются маркетинговых перспектив чипов. Чтобы сделать их рентабельными, нужны большие рынки сбыта, которые заняты мировыми лидерами. Соревноваться с ними, полагают эксперты, будет непросто.

Вместе с тем, как считают некоторые аналитики, процессоры «Эльбрус» вполне могут стать достойной альтернативой решениям от Intel и AMD внутри РФ, особенно в части военных поставок, при которых к разработчикам выдвигаются самые жесткие требования в аспекте надежности электронных компонентов и безопасности их использования. Компания МЦСТ, полагают эксперты, вполне способна обеспечить соответствие выпускаемых ею процессоров данным требованиям.

ОС «Эльбрус»

Стоит отметить, что специально для вычислительных комплексов от МЦСТ, работающих на процессоре «Эльбрус», была создана отдельная операционная система. Ее основой стало ядро Linux в версии 2.6.33, однако подвергшееся глубокой фундаментальной переработке. В результате появилась ОС «Эльбрус», характеризующаяся высочайшим уровнем безопасности и устойчивости в работе. В создании принимали активное участие специалисты ОАО ИНЭУМ им. И. С. Брука.

Думаю многие уже слышали про реализованный московскими разработчиками Байкал Электроникс процессор Байкал-Т1 - с двумя ядрами Imagination Technologies P5600 MIPS 32 r5 и набортным 10GbE. Байкал оказался первым, кто реализовал в кремнии это ядро.

Внимание, картинки кликабельны - но местами довольно тяжелы (до 100Мб).

Сами процессоры (всего их пришлось вскрыть 4 штуки):

BGA-подложка и теплораспределяющая/защитная крышка - как и у других современных процессоров (Intel и ко), чип перевернут контактами вниз (flip-chip BGA):

Сам кристалл - по всей площади имеет контакты, большая часть из которых - для подачи питания по всей площади чипа. Это необходимо не столько из-за высокого потребления энергии (оно как раз невысокое, ≤5Вт), сколько для снижения индуктивности цепей питания. Опять же, большинство современных процессоров имеют аналогичную систему питания:

В левой части - Ethernet контроллер (вероятно 10GbE KR/KX4), на кадре видна половина:

После снятия металлизации - видим автосинтезированную из стандартных ячеек логику (Мультиклет например аналогичными «волнами» синтезировался на 180нм), кучу сгенерированных инстансов памяти/регистровых файлов (их обычно поставляет фабрика), и по всей площади раскиданные идентичные блоки мониторинга (предположительно, мелкие бело-синие вертикальные прямоугольнички). Заметная часть чипа (около 25%) транзисторами не занята, и там просто заполнение пустыми ячейками.

Посмотрим чуть ближе:
Предположительно, блок мониторинга (температура/скорость генерации инверторной цепочки например). Вокруг - поле пустых ячеек:

Ряды стандартных ячеек в максимальном оптическом разрешении. Тут 1 пиксель = 28.5нм, 28 микрометров (0.03мм) на ширину кадра, но оптическое разрешение ограничено дифракцией на уровне порядка 200нм (потому кадр кажется и является нечетким). Видно, что в первом приближении тут подход тот же, что и на 180нм - те же ряды транзисторов «спина-к-спине» - … транзисторы (т.е. соседние ряды стандартных ячеек зеркально отражаются). Линия с P транзисторами чуть шире:

Один из мелких сгенерированных блоков памяти - собственно массив SRAM ячеек занимает небольшую часть блока (остальное - драйверы строк/колонок и усилители сигнала, логика внешнего интерфейса). Вокруг детальнее видно поле «пустых» ячеек (совсем ничего там рисовать нельзя - чип получится неравномерным по высоте, что недопустимо):

Напоследок - фотография Байкала в иммерсионном масле, сразу после последних кадров:

На мой взгляд Baikal-T1 - большой шаг вперед для отечественной гражданской микроэлектроники. Это современное ядро, разработанное и произведенное по современным массовым гражданским технологиям, которое решает поставленные задачи стандартными средствами - общепринятый в мировой индустрии маршрут разработки, всем понятный и открытый компилятор, всем понятная и открытая ОС. Изобретение своих велосипедов там, где без них можно обойтись - это настоящий бич отечественных разработок, и тут этого удалось избежать.

На этом пока все - надеюсь в обозримом будущем чаще выходить с публикациями. Если работы такого рода вам нравятся - теперь вы можете поддержать их на