ИСКАТЬ:
Главная  >  Наука


Увидим ли мы конкурентоспособный отечественный микропроцессор?

11 октября 2007, 683

В мае этого года ЗАО «Эльбрус МЦСТ» объявило о том, что первая опытная партия современных универсальных отечественных микропроцессоров получена и сейчас проходит испытания.


Технология производства микропроцессоров является одним из наиболее важных составляющих современной экономики, структурированной вокруг обработки и передачи информации. Как у нас обстоят дела на этом фронте?
Это очень важный вопрос, ведь, безусловно, сегодня трудно найти такой род деятельности, который не связан с компьютерной техникой и вычислениями. Особенно выделяются в этой области военные и научные приложения. США, например, тратят на разработки высокопроизводительной компьютерной техники миллиарды долларов в год только на уровне федерального правительства.
Центральным звеном современной материальной культуры выступают главные вычислители – микропроцессоры. Надо заметить, что под микропроцессорами понимаются целый ряд различных по назначению устройств, технологические особенности производства которых сильно варьируются.
Во-первых, процессоры различаются по своему назначению. Это могут быть различные индустриальные устройства, использующиеся, например, при автоматизации производства, узкоспециальные процессоры, работающие в военной и космической технике, а также разнообразные микрочипы для таких устройств, как мобильные телефоны. Но наиболее известным типом процессоров является, конечно, универсальный центральный процессор, применяющийся в настольных компьютерах, серверах и других вычислительных системах общего назначения. Они же являются наиболее сложными в технологическом плане и наиболее высокопроизводительными. Если говорить о таких процессорах, то на сегодняшний день львиную долю мирового рынка контролируют корпорации Intel и AMD, которые обладают наиболее совершенными технологиями. Так называемые RISC-процессоры (о них будет сказано ниже) производят и другие компании, но в общем объеме мирового производства их доля не столь значительна. Современные процессоры Intel имеют тактовую частоту около 3 ГГц и изготавливаются по 0,9 – 0,13-микронному технологическому процессу. В последнем случае, чем меньше цифра, тем современнее процессор, способный нести на борту большее число транзисторов. Согласно так называемому закону Мура, число транзисторов на кристалле процессора удваивается примерно раз в два года вместе с развитием технологий производства.
Во-вторых, существует достаточно большое количество типов различных процессорных архитектур, среди которых принято выделять следующие: классические процессоры CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд; RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд; MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием. Большинство процессоров Intel и AMD работают по классической схеме, а вот, например, современные процессоры корпорации IBM используют более прогрессивную RISC-модель (которая, однако, несовместима с архитектурой, использующейся в традиционных персональных ЭВМ на процессорах Intel). RISC-процессоры содержат набор только простых, чаше всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка.
Процессоры применяются не только в рабочих станциях и серверах, но и при создании СуперЭВМ: сложных аппаратно-программных комплексов, развивающих огромную вычислительную мощность. Основное применение таких машин связано с научными и военными приложениями, такими как, например, квантовые вычисления, эмуляция ядерных взрывов и т.п.
Два раза в год составляется всемирный рейтинг наиболее производительных СуперЭВМ. По состоянию на ноябрь 2004 года первое место в этом списке занимал суперкомпьютер корпорации IBM BlueGene, построенный на основе 32768 RISC-процессорах этой корпорации частотой 0,7 ГГц, пиковая производительность которого составляет более 91 терафлоп (единица измерения скорости компьютера, равная одному триллиону операций в секунду). 98-ое место в списке занимает белорусская СуперЭВМ, принадлежащая минскому Объединенному Институту Проблем информатики, созданная на основе 576 процессоров AMD Opteron частотой 2,2 ГГц, с производительностью 2,5 терафлоп. 210-ое место занимает суперкомпьютер московского межведомственного суперкомпьютерного центра РАН, являющийся разработкой IBM, созданный из 336 процессоров этой корпорации частотой 1,6 ГГц. Производительность лучшей нашей СуперЭВМ составляет 2,1 терафлоп. Что же, тут явно есть, куда расти!
Что же мы имеем на сегодняшний день относительно перспектив создания собственного процессора? Начнем с производственного комплекса. Известно, что еще в советское время, наша электроника, предлагая ряд революционных решений в архитектурном и идеологическом плане, существенно уступала зарубежным конкурентам в отношении развития элементарной базы. Сохраняется эта ситуация и сейчас. Информация о наличии соответствующих производственных мощностей довольно туманна, но очевидно, что центры производства электроники, оставшиеся с советских времен, нуждаются в огромных инвестициях для того, чтобы развить современное производство. К производству процессоров предъявляются самые высокие требования, в чем легко можно убедиться, например, посетив футуристический завод AMD в Дрездене, где инженеры в некоторых цехах работают в специальных скафандрах.
На сегодняшний день отечественная электронная промышленность способна в качестве коммерческого продукта производить лишь специализированные индустриальные микросхемы. И надо заметить, что это направление является весьма перспективным.
Например, в НПЦ «ЭЛВИС» созданы двухпроцессорные микросхемы «Мультикор-11хх» (МС-11хх) на основе 0,54-мкм библиотеки отечественного изготовителя ОАО «Ангстрем». Опытные образцы МС-11Т получены в конце 2002 года, причем серийные образцы «Мультикоров» содержат уже 15 млн. транзисторов. Кристаллы изготавливаются по технологии 0,25 мкм.
Разработкой индустриальных микропроцессоров занималась в последние годы и компания «Эльбрус». В частности, в прошлом году появился вполне современная разработка этого типа: серия SPARC-совместимых процессоров серии "МЦСТ-R". Тактовая частота опытных образцов составляет 500 МГц. На основе этих процессоров компания предполагает разработку комплексов "Эльбрус 90-микро", работающих под управлением ОС Solaris, Linux и MC BC, и имеющих различные типы исполнения: для использования в перебазируемых системах управления и обработки информации, в настольном исполнении, на базе упрощенного системного блока, в стационарном исполнении.
И все же «Эльбрус» известен в первую очередь не как разработчик подобных небольших проектов, а благодаря той смелости, с которой компания в трудные для страны годы боролась за реализацию универсальных микропроцессоров для ЭВМ, предлагая радикально новые решения, которые, очевидно, являются необходимыми для возрождения отечественного производства в этой сфере на конкурентноспособном уровне. Уникальные разработки, появившиеся в нашей стране в конце 70-ых годов, привели к созданию машин трех поколений, аналогов которым по определенным параметрам в мировой электронике нет до сих пор. Отличались эти ЭВМ прежде всего совершенно новой архитектурой процессоров. «Эльбрус-1» представлявший собой суперскалярный RISC-процессор, увидел свет в 1978 году. Он обладал такими характеристиками, как перестановка последовательности выполнения операций, спекулятивное исполнение и переименование регистров, тегированная аппаратная защита и динамическая проверка типов. Это была 10-процессорная система с разделяемой памятью. И все эти черты присутствовали в серийной, коммерческой машине за 15 лет до того момента, как они появились в западных аналогах. 10-процессорный суперкомпьютер «Эльбрус-2», разработанный по заказу Советского правительства для противоракетных систем, создавался в 1977-84 гг. В середине 80-х начались работы по двоичной компиляции. Этот способ компиляции позволяет обеспечить совместимость процессора с другими архитектурами и заключается в том, что двоичный код одной архитектуры скрыто транслируется в двоичный код другой архитектуры. Именно это решение отличает современные разработки «Эльбруса» от всех остальных модификаций RISC-процессоров. «Эльбрус-3» появился в 1985-91 годах. Это был 16-процессорный комплекс с разделяемой памятью. Быстродействие этого компьютера в два раза выше, чем у американского аналога CRAY Y-MP, и это несмотря на значительное отставание в технологии изготовления кристалла процессора, наметившееся в то время.
В 90-ые годы все работы по проекту оригинального отечественного микропроцессора были практически заморожены. И вот дело, вроде бы, сдвинулось наконец с мертвой точки. В мае этого года ЗАО «Эльбрус МЦСТ» довольно громко объявило о том, что первая опытная партия современных универсальных отечественных микропроцессоров получена и сейчас проходит испытания. Процессор, получивший название «Эльбрус», изготовлен по 0,13-микронному технологическому процессу, насчитывает 50 миллионов транзисторов, заявленная производительность составляет 1-2 млрд. операций в секунду при пиковой производительности до 6 млрд. операций в секунду. Рабочая частота процессора пока официально не указывается, однако ясно, что она должна составлять более 1 ГГц. Но главное преимущество процессора состоит в том, что он реализует новейшую процессорную архитектуру, которая должна прийти на смену RISC и MISC процессорам. Это так называемый метод широкой команды, который позволяет реализовать параллелизм на уровне операций для повышения быстродействия. При этом достигается теоретический предел логической скорости для данного объема оборудования. Введение явного параллелизма в машинный язык позволяет большую часть трудной работы по планированию вычислений передать от аппаратуры оптимизирующему компилятору. Это позволяет достичь высокой логической скорости благодаря возможности реализовать более сложные оптимизации и, в то же время, упрощает аппаратуру.
Сам по себе это факт, безусловно, очень важный, хотя из него, конечно же, еще не следует, что скоро в компьютерных магазинах появится настоящий отечественный конкурент Intel. Во-первых, процессор вряд ли будет использоваться в бытовых компьютерах или рабочих станциях, а во-вторых, что важнее, трудно сейчас предсказать рыночную судьбу этого «русского пентиума». Несмотря на высокую заявленную производительность, остается еще очень много вопросов. Найдутся ли мощности для подобного производства в России? Достаточным ли будет финансирование, осуществляющееся в основном на деньги зарубежных инвесторов? Не останется ли вообще этот проект очередным бумажным чудом, как и десятки подобных начинаний в России за последние годы? Огромной проблемой остается и нехватка квалифицированных кадров на всех стадиях разработки и внедрения этого проекта. Да и традиционная российская бюрократия, загубившая немало перспективных разработок, в том числе и по просьбе иностранных друзей, безусловно, скажет свое веское слово. Хорошо еще, что вся интеллектуальная собственность «Эльбруса» защищена международными патентами.
Теоретически, инновационная архитектура процессора должна компенсировать наше отставание в развитии технологического процесса, а для определенных задач новый «Эльбрус» потенциально должен дать существенный прирост в производительности. Разработки «Эльбруса» всегда славились своими показателями при работе в многопроцессорных конфигурациях, и компания уже объявила о начале работы над новым суперкомпьютером - 128-процессорным «Эльбрусом-3м», который сможет войти в первую сотню Top-500. Увидеть отечественное «железо» в списке Top-500 – эта мечта, которая, возможно, ближе к реальности, чем тот день, когда на наших столах будут стоять русские «персоналки».
В любом случае, надо надеяться на лучшее. И не забывать, что способность автономного производства мощных современных универсальных микропроцессоров является одним из залогов экономической и военной автономности государства в современном мире. Создание отечественного конкурентоспособного процессора такого класса будет означать не только значительный рост наукоемких исследований и производства в России, но может стать началом возрождения отечественной школы разработки ЭВМ, что вызовет цепную реакцию и в других областях образования, науки и экономики.

Читайте также:



©  Фонд "Русская Цивилизация", 2004