Когда мы слышим такие названия, как «Эльбрус», «Байкал», мы относим их к самой высокой горной вершине и самому глубокому озеру. Однако такие наименования были также даны процессорной архитектуре и процессору, разработанным в России. О преимуществах отечественных продуктов и сферах их применения расскажем в этой статье.
Предмет обсуждения
Процессорная архитектура — это система команд, которую поддерживает процессор. Не только в компьютере, но и в любом устройстве. От архитектуры зависит, какие программы будут совместимы с процессором, какой набор кодов он сможет исполнять. Программы, созданные для процессоров с одной архитектурой, будут работать практически на всех процессорах подобной архитектуры, но не будут выполняться на процессорах другой архитектуры.
Архитектура важна для создания микропроцессоров, которые используются не только в быту, но и в стратегически важных отраслях: военной и космической промышленности.
Поэтому отечественные разработчики усердно трудятся над созданием уникальных продуктов, превосходящих по характеристикам иностранных конкурентов.
«Эльбрус»
Работа над этой архитектурой началась в 1986 г. Последняя версия отличается высокой производительностью, достигаемой за счет параллельного выполнения операций.
При работе процессора на его вход поступает поток инструкций. Процессор детектирует независимые операции, оптимизирует их порядок и в соответствии с ним запускает параллельные операции. Но большинство архитектур разработано таким образом, что за такт анализируются и запускаются до 4 команд. При этом блоки процессора потребляют большое количество энергии.
В «Эльбрусе» основную работу по анализу и оптимизации порядка операций выполняет компилятор. После этого на вход процессора поступают «широкие команды». В каждой из них закодированы инструкции для всех исполнительных устройств процессора, которые должны быть запущены на данном такте. Процессору не нужно анализировать зависимость между операциями и переставлять их, поэтому его аппаратура может быть проще и экономичнее.
«Эльбрус» имеет больше параллельно работающих исполнительных устройств, чем традиционные архитектуры. За счет этого он превосходит их по скорости выполнения многих алгоритмов. На этой платформе успешно запущены сотни приложений и более 20 операционных систем.
Другим преимуществом «Эльбруса» является защищенное исполнение программ. Это значит, что все данные проверяются на совместимость и принадлежность к подходящему диапазону адресов.
Можно запилить эту таблицу красивой картинкой?
Основные преимущества и сферы применения архитектуры «Эльбрус»
Преимущества
- Расширенный температурный диапазон, возможность локализации производства
- Повышенная защищенность от вирусных атак
- Высокая производительность на криптографических алгоритмах
- Высокая производительность при вычислениях с действительными числами (float, double)
- Работа под управлением бинарного компилятора в режиме совместимости с архитектурой х86
- Защищенный режим
Сферы применения
- Государственный заказ, промышленные компьютеры, автомобильная электроника
- Платежные терминалы, сетевые экраны, взломоустойчивые серверы
- Модули шифрования, защищенные тонкие клиенты, прочие системы безопасности
- Робототехника, авионика, промышленные контроллеры, системы обработки изображений, суперкомпьютеры
- Интернет-терминалы, маломощные рабочие станции, малогабаритные настольные и встраиваемые компьютеры
- Особо ответственные операции, отладочные стенды
«Байкал»
Иногда создатели процессора не разрабатывают оригинальную архитектуру полностью, а берут за основу чужую и подстраивают ее под себя. По принципу лицензирования был собран отечественный процессор «Байкал». Россияне покупают иностранные ядра и добавляют нужные вспомогательные блоки. Изначально «Байкал» выпускался на архитектуре MIPS, а в 2019 году был представлен «Байкал-М» на ARM-архитектуре.
Данный продукт может использоваться в:
- телекоммуникационном и промышленном оборудовании;
- блоках диспетчеризации;
- моноблоках, ноутбуках, тонких клиентах (устройствах, не имеющих собственных вычислительных мощностей, но подключенных к серверу и способных отображать информацию);
- системах автоматизации и управления.
Baikal-M — система на кристалле, выпускаемая на основе процессора 28 нм. Она состоит из восьми 64-битных ядер ARM Cortex-A57 (ARMv8-A; четыре кластера по два ядра) с частотой до 1,5 ГГц и восьмиядерного графического процессора Mali-T628 с частотой до 700 МГц.
Новый отечественный чип отличается от конкурентов рядом преимуществ:
- содержит широкий набор интегрированных коммуникационных интерфейсов;
- поддерживает суперскалярные инструкции SIMD;
- имеет высокую производительность в пересчете на каждый ватт потребляемой мощности;
- обеспечивает быстрый доступ к оперативной памяти с системой исправления ошибок (ECC);
- имеет дисковую подсистему с высокой пропускной способностью;
- предоставляет выделенные каналы DMA для каждого интерфейса.
На данный момент разработка доступна для заказа. Специалисты предсказывают ей большое будущее в сфере промышленной автоматизации.
Новые технологии
В конце октября 2020 года успешно прошла тестирование другая уникальная российская разработка. Это IVA TPU — архитектура ускорителя расчета нейронных сетей. К 2021 году планируется начать выпуск чипов на ее основе.
По результатам испытаний стало ясно, что для одной из самых распространенных нейронных сетей Resnet-50 архитектура IVA TPU дает задержку в три раза меньше, чем современные аналоги. Кроме того, новый процессор будет полностью собран на оригинальной российской архитектуре. Большинство мировых разработчиков только компилируют ядра со сторонней архитектурой.
Предполагается, что новый чип будет востребован не только в России, но и за рубежом. Он должен успешно применяться для ускоренного расчета нейронных сетей. Его потребителями станут производители смарт-устройств и оборудования для промышленной и городской безопасности, разработчики автономных машин и роботов, крупные операторы сервисов, центры обработки фото- и видеоданных, текста и голоса. Кроме того, разработчики планируют выпускать вычислительные ресурсы для решения задач с помощью нейронных сетей через облачный сервис.
IVA TPU является особенным продуктом и не станет конкурировать с «Эльбрусом» и «Байкалом», так как у них совершенно разные функции и сферы применения. Отечественные архитектуры и процессоры на их основе развиваются активно и параллельно друг другу, чтобы обеспечивать различные сегменты мирового рынка высоких технологий.
А на российском рынке IT-продуктов стремительно развивается платформа приложений SFERA. Она объединяет десятки полезных и функциональных подприложений. При их создании были учтены реальные потребности и пожелания пользователей. Каждое приложение станет вашим незаменимым помощником. SFERA — экосреда для быстрого и комфортного решения задач в любой сфере жизни.
Читайте так же:
Материал создан при поддержке проекта SFERA
