Се повести времяньных лет, откуду есть пошёл Российский процессор Эльбрус, кто в МЦСТ нача первее княжити, и откуду Российский процессор Эльбрус стал есть.
Эта статья — простая историческая справка без аналитики и выводов. Прослеживаю историю поколений Эльбрусов от истоков до настоящего времени.
Поскольку у отдельных читателей иногда наблюдается устоявшаяся путаница с архитектурами процессоров, давайте я вначале дам определения двух разных типов архитектур процессоров и укажу, какие архитектуры относятся к этим типам и какие процессоры какой архитектуре принадлежат. Надеюсь, со вложенностью скобок разберётесь :-)
Суперскалярная архитектура [варианты: CISC (Pentium); RISC {SPARC (МЦСТ-R), ARM (Байкал-M), MIPS (Байкал-T, Комдив-64)}; CISC-процессоры с RISC-ядрами (x86 начиная с Pentium Pro)] — архитектура процессора, использующая несколько декодеров команд, которые передают исполняющие инструкции одновременно множеству исполнительных блоков, то есть, происходит выполнение нескольких инструкций за такт. Планирование исполнения потока команд является динамическим и осуществляется самим процессором.
Архитектура сверхдлинного машинного слова или VLIW [варианты: EPIC (Intel Itanium); Эльбрус или E2K (вычислительный комплекс Эльбрус-3, а также процессоры линейки Эльбрус, начиная с Эльбрус-2000)] — архитектура с явно выраженным параллелизмом вычислений, заложенным в систему команд процессора, при которой используются наборы сложных инструкций большой длины, выполняющихся за один такт. При этом задача их разделения на более простые команды для параллельного выполнения вычислительными модулями процессора ложится на компилятор.
Теперь, когда я вас немного сориентировал во всех этих архитектурах, мы можем проследить движение мысли разработчиков Эльбруса в динамике хода истории.
Разработка первых Эльбрусов началась в 1973 году в Институте точной механики и вычислительной техники имени Лебедева (ИТМиВТ), ранее создавшем легендарную БЭСМ-6. Позже некоторые варианты Эльбрусов были программно совместимы с этой машиной.
Разработка Эльбрусов велась под руководством академика Всеволода Сергеевича Бурцева. При создании машины с самого начала закладывались передовые на то время технологии суперскалярности и многопроцессорности. Про сверхдлинное машинное слово речь в те времена ещё не шла, это пришло позже.
Вычислительный комплекс Эльбрус-1
Главный конструктор: Бурцев В. С.
Производительность — до 15 млн. операций в секунду в комплектации с десятью процессорами. Процессор (представляющий собой шкаф с микросхемами) выполнял до двух команд за такт (первая реализованная суперскалярная архитектура в мире), поддерживал изменение порядка исполнения команд, переименование регистров и исполнение по предположению.
Процессоры компьютера собраны на схемах транзисторно-транзисторной логики средней интеграции.
Начало разработки — 1973 год, окончание разработки — 1978 год, начало выпуска — 1980 год.
Также к 1980 году под руководством главного конструктора М. В. Тяпкина закончена разработка модификации Эльбрус-1, имеющей командную совместимость с БЭСМ-6, и получившей название Эльбрус-1К2 (Эльбрус-1 комплектация 2), а также Эльбрус-1К4 и Эльбрус-1К6.
Производительность Эльбрус-1К2 — от 2,5 до 3 млн. операций с плавающей запятой в секунду.
Вычислительный комплекс Эльбрус-2
Главный конструктор: Бурцев В. С.
Производительность — до 125 млн. операций в секунду в комплектации с десятью процессорами. Усовершенствованный вариант Эльбруса-1 на новой элементной базе.
Процессоры были выполнены на интегральных схемах (ИС) серии 100 и матричных больших интегральных схемах (БИС) серии И-200М. Каждый процессор занимал три типовых шкафа 1070×425×2020 мм.
Начало разработки — 1980 год, Окончание разработки — 1984 год, начало выпуска — 1985 год.
Также к 1988 году под руководством главного конструктора М. В. Тяпкина закончена разработка модификации Эльбрус-2, имеющей командную совместимость с БЭСМ-6, и получившей название Эльбрус 1-КБ.
Производительность — от 4 до 6 млн. операций с плавающей запятой в секунду.
Вычислительный комплекс Эльбрус-3
Главный конструктор: Б.А. Бабаян.
Это был первый компьютер с VILW-архитектурой!
Задуман ещё в 1983 году. Начало разработки — 1986 год, окончание разработки — 1991 год.
По предварительным расчётам 1983 года, производительность одного процессора Эльбрус-3 должна была достигать 40 млн. операций в секунду в скалярном режиме и 80 млн. операций в секунду в векторном режиме. Компьютер должен был содержать 16 таких процессоров.
В процессорах впервые были воплощены в жизнь идеи явного управления параллелизмом операций с помощью компилятора (VLIW или архитектура сверхдлинного машинного слова), позже, кстати, частично применённые в процессоре Intel Itanium.
В 1991 году был выпущен первый и единственный компьютер «Эльбрус-3», работы по наладке которого так и не были завершены из-за прекращения финансирования. Следующий компьютер на архитектуре VLIW был выпущен только в 2007 году.
Параллельно другими коллективам в 1993-м году разработан вычислительный комплекс Эльбрус 3-1 другой архитектуры.
Главный конструктор: Рябов Г.Г.
Производительность одного процессора была равна:
- на совмещенной скалярно-векторной обработке — до 550 млн. операций в секунду,
- на основных векторных операциях — до 500 млн. операций в секунду,
- на скалярных операциях — 60 млн. операций в секунду
Параллельно шли работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 с полноценной RISC-архитектурой (около 30 команд) для компьютера «Микро-Эльбрус». которые возглавлял Владимир Мстиславович Пентковский. Процессор мог выполнять до трёх команд за такт. К 1987 году логический дизайн будущего микропроцессора был завершен, а в 1990 году были произведены уже первые прототипы. В Эль-90 сочетались концепция RISC (упрощённый набор команд) и архитектура Эльбрус-2. Похожая архитектура была реализована в 1995 году в Pentium Pro.
В 1990 году Пентковский начал работу над процессором Эль-91С , последователем Эль-90. Но после развала страны финансирование разработки прекратилось.
В 90-х Пентковский перешёл на работу в Intel (есть информация, что с 1993 года). Он один из авторов и архитекторов векторного (SIMD) расширения команд SSE, впервые появившегося в микропроцессорах Pentium III. Пентковский принимал участие в разработке нескольких поколений процессоров Intel.
Смутное время 1991-2005 годов
В 1991 году в ИТМиВТ приезжал Питер Розенбладт (Peter Rosenbladt) из фирмы Hewlett-Packard и, предположительно, мог получить какую-то информацию по архитектуре Эльбрус-3, хотя документальных подтверждений этому нет. Но именно в то время HP начала проект, приведший к совместной с Intel разработке EPIC-процессора Merced (Intel Itanium), архитектура которого, как и в Эльбрус-3, основана на VLIW.
По словам Б.А. Бабаяна, Петер Розенбладт просто предлагал более плотное сотрудничество с HP, что вполне возможно, учитывая успехи ИТМиВТ в интересующей его архитектуре VLIW. Впрочем, какое-то сотрудничество с HP было и до этого, но в итоге Бабаян выбрал Sun Microsystems, первая встреча с руководством которой состоялась еще в 1989 году, и с которой в итоге и были заключены контракты по участию в разработке SPARC-технологий. Ведь у ИТМиВТ уже был опыт создания процессора с RISC-архитектурой (Эль-90).
В 1992 году на основе коллектива ИТМиВТ в свете тематики контрактов с Sun Microsystems было создано ТОО «Московский центр SPARC-технологий (МЦСТ)» (ныне АО «МЦСТ»).
Сутрудничество МЦСТ с Sun Microsystems продлилось до 1996 года.
В 1998 году закончена разработка и проведены госиспытания вычислительного комплекса Эльбрус-90микро для военных с процессором семейства МЦСТ-R, совместимых с архитектурой SPARC. Принят на вооружение в 2001 году. В последующие годы было произведено несколько новых моделей совместимых процессоров этой линейки: МЦСТ-R100 (в серию не пошёл), МЦСТ-R150, МЦСТ-R500, МЦСТ-R500S, МЦСТ-R1000. МЦСТ-R2000.
Возрождение VLIW
Начиная с 1999 года Бабаян периодически озвучивал планы по созданию процессора VLIW-архитектуры, ища инвесторов, но заявлял заведомо неподъёмные для любых потенциальных инвесторов суммы, необходимые для реализации проекта.
В 2004 году Бабаян вместе с частью коллектива, разрабатывавшего проект Эльбрус, перешёл в структуру корпорации Intel. Бабаян стал первым европейским учёным, удостоенным титула Intel Fellow (заслуженный инженер-исследователь Intel).
В 2005 году ЗАО «МЦСТ» остатками коллектива начинает разработку одноядерной системы на кристалле с расширенным набором контроллеров архитектуры «Эльбрус». Смутное время заканчивается.
Поколение 1
Эльбрус или Эльбрус-2000 (1891ВМ4Я)
Задумывался как дальнейшее развитие архитектуры Эльбрус-3 в микропроцессорном исполнении. Использовался в компьютере для военных Эльбрус-3М1.
2007 год — серийный выпуск, 130 нм, 300 МГц, 1 ядро.
Поколение 2
Является дальнейшим развитием линейки процессоров с архитектурой Эльбрус.
Эльбрус-S (1891ВМ5Я)
2010 год, 90 нм, 500 МГц, 1 ядро.
Эльбрус-2С+
2011 год, 80 нм, 500 МГц, 2 ядра.
Поколение 3
Эльбрус-4С
2014 год, 65 нм, 800 МГц, 4 ядра.
Начиная с этого поколения процессоров, начинается их современный этап. Продолжение можно увидеть в моей чуть ранее написанной статье «Российские процессоры Эльбрус. Что есть сейчас и что ожидается в недалёком будущем?».
На этом пока всё. Если у вас возникнут какие-либо уточнения или дополнительная интересная информация, излагайте её в комментариях. Также пишите свои мысли на эту тему. Подписывайтесь на канал, ставьте лайки. Удачи!
