За годы экономических проблем Россия проиграла гонку за изготовление полупроводников по современным нормам. Но это не касается разработки дизайна микросхем процессоров. В свое время СССР сосредоточил большие ресурсы на разработке и внедрении архитектур процессоров и развитии системы команд CISC.
Эта работа вылилась в создание архитектуры E2K, которая получила развитие в процессорах «Эльбрус». Однако она не подходит для использования в носимой электронике. А тем временем перспектива восстановления технического задела в этой отрасли приближается.
Историческая справка
На заре вычислительной техники появилось 2 разных набора команд: CISC (полный набор инструкций) и RISC (сокращённый набор инструкций). Каждый имел свои достоинства и недостатки. Первый появился раньше и закрепился за стационарной вычислительной техникой. Имел большую производительность, невзирая на энергопотребление. Второй предлагал низкое энергопотребление, умеренную производительность и большую гибкость. Именно ему было суждено доминировать на мобильном рынке. В настоящее время в чистом виде ни один, ни второй на рынке не представлен. Современные процессоры относятся к постCISC/RISC-архитектурам или так называемым гибридам. Такими являются нынешние ARM и х86.
Новая угроза отрасли
RISC-V появилась в институте Беркли в 1990-х годах. Разумеется, не на пустом месте. Глава РОССХД Олег Изумрудов уточняет, что RISC-V — это продолжение архитектуры MIPS 1985 года. Она в своё время перестала развиваться, и ее техническую документацию открыли миру. На ее основе предложили создать архитектуру 5 поколения (отсюда римская V в названии). MIPS, обладающая сверхмалым тепловыделением, легла в основу нового дизайна микропроцессоров для интернета вещей. Попутно была модернизирована система команд.
Технически был сделан шаг в прошлое, ближе к эталонным RISC-архитектурам, но с минимизацией набора команд. Этот минимализм привел к некоторым повторениям:
«ISA RISC-V слишком стремился к минимализму. В нём есть сильный упор на минимизацию количества команд, нормализацию кодирования и т.д. Это стремление к минимализму привело к ложным ортогональностям (например, использованию одной и той же команды для ветвления, вызовов и возвратов) и требованию избыточных команд, влияющих на плотность кода с точки зрения размера и количества команд», — рассказывает бывший инженер ARM Эрин Шеперд.
В дальнейшем у набора команд ISA появились вариации и дополнения. Но архитектура до сих пор считается молодой, требующей доработки.
Между тем развитие IT не стоит на месте, самым амбициозным отечественным IT-проектом по праву может считаться экосистема SFERA. Её релиз не за горами. Узнайте о продукте больше.
Немного о новостях
Недавно «Ведомости» со ссылкой на «Ростех» сообщили о разработке в России процессора, основанного на открытой архитектуре RISC-V:
«Ростех разработает первый отечественный процессор нового поколения на открытой архитектуре RISC-V для компьютеров. Он будет работать над ним совместно с разработчиком систем хранения данных и серверов Yadro <…> К 2025 г. этими процессорами планируется оснастить компьютерную технику, работающую в структурах «Ростеха», а также подведомственных учреждениях Минобрнауки, Минпросвещения и Минздрава. В 2025 г. организаторы проекта планируют продать 60 000 комплексов на базе новых процессоров — в денежном выражении продажи должны составить 7 млрд руб., предусматривает его бизнес-план».
На программу потратят 27,8 млрд рублей. 18 млрд выделят «Ростех» и его дочернее предприятие «Национальные технологии», а на 9,8 млрд проект будет профинансирован напрямую из бюджета.
Это больше, чем сумма всех инвестиций, вложенных государством и частными компаниями в производство процессоров «Эльбрус» и «Байкал» в рамках программы импортозамещения.
Процессор получит 8 ядер, работающих с тактовой частотой 2 ГГц. Разработчики «Ростеха» и Yadro планируют создать несколько вариаций новых процессоров для серверов и настольных компьютеров.
Ядрёный вопрос
Да, репутация российской компании Yadro вызывает вопросы. Есть опасения, что она лоббирует интересы иностранных конкурентов. Поэтому вопрос ее заинтересованности в результатах разработки всё же стоит. Для серверов требуется производительность на порядок выше, поэтому даже ARM до сих пор не может занять нишу в этом сегменте, не говоря о RISK-V.
Следует иметь в виду также то, что Yadro с 2019 года владеет компанией Syntacore. Она зарекомендовала себя как разработчик IP-ядер для узкоспециализированных микросхем. А также она стояла у истоков RISC-V International (да, той самой организации, что курирует развитие архитектуры и ее набора команд). Поэтому об отсутствии компетенций говорить не приходится:
«… компания Syntacore уже предлагает для лицензирования ядро RISC-V SCR7, пригодное для использования в потребительских компьютерах и поддерживающее использование систем на базе Linux. SCR7 реализует архитектуру набора команд RISC-V RV64GC и включает контроллер виртуальной памяти с поддержкой страниц памяти, MMU, кэши L1/L2, блок для вычислений с плавающей запятой, три уровня привилегий, AXI4- и ACE-совместимые интерфейсы и поддержку SMP (до 8 ядер)», — сообщает opennet.ru.
Таким образом, впечатление складывается двоякое!
Who is RISK-V?
Пока на этой архитектуре представлены только микроконтроллеры и устройства для интернета вещей. Процессоры общего назначения отсутствуют.
Новость о разработке высокопроизводительных продуктов на RISC-V подверглась критике и со стороны консорциума российских разработчиков систем хранения данных. Его директор Олег Изумрудов сказал следующее:
«… странно делать ставку на
молодую, недоработанную архитектуру. Заявленные в проекте характеристики недостижимы в перспективе десятилетий. Например, обещанная тактовая частота процессора значительно выше достижимой сейчас в RISC-V. Существующие сегодня процессоры этой архитектуры работают на частоте 450 МГц. Сейчас заявленные отечественными разработчиками показатели на практике не реализуемы».
Странно, конечно, слышать такое от «инженера-конструктора-технолога радиоэлектронных средств». Изумрудов ведь не мог не знать, что в 2018-м SiFive разработала 4+1-ядерный процессор с частотой 1,5 ГГц, в 2019-м Western Digital создала 2-ядерный микропроцессор на 1,8 ГГц и в том же году Alibaba создала 16-ядерный чип с частотой 2,5 ГГц. Но сойдёмся на том, что это узкоспециализированные микропроцессоры.
Архитектура RISC-V признана самой перспективной из всех имеющихся. Интерес к разработке продуктов на ней проявили Western Digital, Alibaba, такие гиганты IT-индустрии, как Google, Samsung, Huawei, чипмейкер Qualcomm. А Intel даже намерен купить разработчика чипов SiFive.
Wave Computing, владелица MIPS, объявила о скором переходе на RISC-V. А Nvidia уже использует его в видеокартах Ampere (RTX 3000 серии), даже несмотря на планы приобрести ARM за $40 млрд.
Именно последняя новость толкает производителей электроники искать альтернативы. Ведь опасения, что сделка осложнит использование архитектуры ARM другими компаниями, не утихают. А для китайских компаний это двойной риск ещё по причине экспортных санкций США.
Самая насущная проблема проприетарных систем — это заложенные уязвимости или так называемые бэкдоры. Во второй части вы узнаете, почему США наложили санкции на российскую IT-компанию, которая многие годы успешно крошит программный код Intel. А также вас ждет неожиданный поворот. Продолжение следует...
Автор:
kogman
Рекомендуем к прочтению:
Материал создан при поддержке проекта SFERA