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Elbrus: du passé au futur

Sous le fier nom "Elbrus", une série de supercalculateurs a été lancée, qui a été développée par le scientifique soviétique Vsevolod Sergeyevich Burtsev (70-80s). Ces ordinateurs ont fait un certain nombre d'innovations dans la théorie des ordinateurs, comme la superscalarité (traitement de plus d'une instruction par cycle), la mise en œuvre d'une programmation sécurisée avec des types de données matérielles, le traitement parallèle de plusieurs instructions. Mais la principale caractéristique des superordinateurs soviétiques était leur orientation vers les langues de haut niveau. Le scientifique américano-soviétique Vladimir Mstislavovich Pentkovsky, qui a participé au développement de "Elbrus", a créé le langage de programmation de haut niveau El-76.

En plus d'améliorer la sphère des ordinateurs soviétiques, l'ordinateur est devenu la base de la création des microprocesseurs universels 64 bits Elbrus 4-S et de la prochaine génération Elbrus 8-C. Ils ont dilué le marché des fabricants américains Intel, AMD et IBM. Le développement local et la production de processeurs étaient dus à la nécessité de trouver leurs propres solutions pour l'industrie de la défense, où l'utilisation d'appareils domestiques est plus souhaitable.



Supercalculateur "Elbrus"

Historique du développement


Le développement de l'architecture informatique Elbrus a commencé dans les années 70 chez ITMiVT du nom de Lebedev. Les développeurs ont été confrontés à la tâche de créer un système informatique d'une capacité de 100 millions d'op / s. Burtsev était engagé dans un système de contrôle et de conception informatique et est devenu le concepteur en chef du projet.

Informations autobiographiques


(1927- 2005 .) — , , .

. . 200 . , ( , , ).

, . -1, -2, -40, -60, 592, 592, 551 «», .


En 1980, Elbrus-1 avec une capacité totale de 15 millions d'op / s a ​​passé avec succès les tests d'état. C'était le premier ordinateur de l'Union soviétique, construit sur la base de microcircuits TTL. Une caractéristique de la machine était l'architecture évolutive, qui supportait le fonctionnement simultané de jusqu'à 10 processeurs. La RAM a atteint 64 Mo (2 20 mots machine). L'organisation du transfert des flux de données entre les périphériques et la RAM a été réalisée à l'aide de processeurs d'entrée-sortie spéciaux. Il pouvait y avoir environ 4 processeurs de ce type dans le système et ils avaient leur propre mémoire, fonctionnant en parallèle avec le processeur central.

Elbrus-1 a été utilisé dans de nombreux systèmes militaires - défense antimissile, centre de contrôle spatial, etc.

La prochaine étape dans le développement de l'ordinateur Elbrus a été le transfert de l'architecture du premier modèle vers une nouvelle base d'éléments. Ainsi, Elbrus-2 est né, qui était basé sur la base de circuits intégrés ELS. Sa productivité a atteint 125 millions d'op / s. La quantité de RAM a augmenté - jusqu'à 144 Mo. La fréquence d'horloge a atteint 20 MHz.

En 1985, Elbrus-2 a été lancé en production en série. Il a été utilisé dans des zones où de grands calculs étaient nécessaires. L'ordinateur a également été activement utilisé dans l'industrie de la défense, au Centre de contrôle des vols spatiaux et dans les centres de recherche nucléaire (à Arzamas-16, à Chelyabinsk-70). Depuis 1991, l'ordinateur fonctionne dans le système de défense antimissile A-135 et dans d'autres installations militaires.



Supercalculateur "Elbrus-2"

En collaboration avec des supercalculateurs, l'ordinateur polyvalent Elbrus 1-KB (1988) a également été produit. Ces machines ont remplacé le BESM-6 avec lequel elles avaient une compatibilité logicielle complète en amont. Il a été complété par un nouveau mode de fonctionnement avec une capacité accrue de numéros et d'adresses.

Caractéristiques comparatives de BESM-6 et Elbrus 1-KB
FonctionnalitéBESM-6Elbrus 1-KB
Productivité (mln op / s)12,5 - 3
Fréquence MHz1020
Peu, peu4848
Résolution d'adresse RAM, bit1515
La quantité de RAM, Mo0,032-0,1280,77
La quantité de mémoire disque, Mo11658
Surface occupée, m 2150-200250
Consommation électrique kW30105
Total publié35560

Le suivant est sorti "Elbrus-3", dans lequel les développeurs ont pour la première fois implémenté une approche "post-superscalaire". Cet ordinateur a été développé de 1986 à 1994. Personnel ITM & VT dirigé par le scientifique soviétique Boris Artashesovich Babayan.

Elbrus-3 n'a pas été mis en production de masse, mais son architecture est devenue la base du développement des microprocesseurs Elbrus 2000 et Elbrus-3M1.

La série Elbrus a été appréciée par les dirigeants soviétiques. Les développeurs Babayan, Burtsev, Bardizh ont reçu des prix et des commandes. Les autres participants au travail ont également reçu des prix d'État.

L'ère du processeur MCST


La société russe MCST a été fondée en 1992 sur la base de l'équipe de développement Elbrus-3. Elle est devenue la cessionnaire du Centre de Moscou pour SPARC Technologies LLP (d'où le nom ICST). L'abréviation SPARC vient du partenaire principal du MCST de la société américaine Sun Microsystems, qui promeut les ordinateurs avec l'architecture SPARC.

Le MCST a produit des microprocesseurs avec l'architecture SPARC (MTsST-R100, MTsST-R150, MTsST-R500 et MTsST-R500S) et a créé des systèmes informatiques basés sur eux. Mais en 2007, le processeur Elbrus du même nom est sorti. Les performances maximales de l'appareil en mode 64 bits ont atteint 2,4 GFLOPS. La fréquence d'horloge de fonctionnement était de 300 MHz. Le processeur avait 75,8 millions de transistors. Dissipation de puissance 6 watts.



Processeur Elbrus

Basé sur le processeur, le complexe informatique Elbrus-3M1 a été développé, utilisé pour l'industrie de la défense. Ce complexe était doté d'un système d'exploitation sécurisé MSVS-E (système mobile des forces armées), basé sur Linux version 2.6.14. Elbrus-3M1 était rétrocompatible avec les premier et deuxième Elbrus.

Le complexe informatique avait deux options de conception - celle du serveur, qui pouvait être utilisée à la fois comme ordinateur de bureau et comme CompactPCI (bus système). La version serveur était basée sur l'appareil de la calculatrice UV 3M1. Dans le cas de CompactPCI, Elbrus-3M1 occupait deux modules au format Euromechanics 6U. L'équipement d'exécution des deux versions était équipé d'un équipement de réseau pour des échanges à ultra-haut débit avec des systèmes informatiques similaires.

En 2010, lors des expositions ChipEXPO-2010 et Softool, le public a été présenté avec le système de cristal Elbrus-S. Le nombre de transistors dans ce processeur a augmenté - jusqu'à 218 millions. De plus, la fréquence d'horloge a augmenté jusqu'à 500 MHz et les performances de pointe ont augmenté: jusqu'à 4 GFLOPS en 64 bits et jusqu'à 8 GFLOPS en modes 32 bits.

Avec "Elbrus-S", le contrôleur des interfaces périphériques (KPI) a été présenté.



Processeur Elbrus-S

En 2011, le MCST a présenté le processeur dual-core de nouvelle génération Elbrus-2C +. En plus des 2 cœurs principaux (architecture Elbrus) fonctionnant à une fréquence d'horloge de 500 MHz, le modèle dispose également de 4 cœurs supplémentaires d'un processeur de signal numérique intégré (architecture multicœur). Un canal d'E / S a été ajouté au processeur, avec lequel il est possible de connecter un autre KPI. Elbrus-2C + a également ajouté la prise en charge de la mémoire DDR2 avec une fréquence effective de 800 MHz. Les performances du processeur ont augmenté - jusqu'à 28 GFLOPS en mode 32 bits. Le nombre de transistors a atteint 368 millions.

Les développeurs ont implémenté une version du compilateur en langage C pour reproduire le code des cœurs DSP et établir une interaction efficace entre le programme principal sur les cœurs CPU et les actions sur le DSP.

Selon les créateurs, Elbrus-2C + devait être utilisé dans des systèmes numériques intelligents de traitement du signal (radars, analyseurs d'images, etc.). Mais les processeurs étaient mieux adaptés aux tâches civiles. Par exemple, Kraftway a lancé une série de tests d'ordinateurs monoblocs à base de cristaux Elbrus-2C +.



Processeur Elbrus-2C +

Processeur Elbrus-4C


En avril 2014, la société a présenté les processeurs quadricœurs Elbrus-4C avancés.

Spécifications "Elbrus-4C"
Processus technologique65 nm
Le nombre de cœurs d'architecture4
Vitesse d'horloge800 MHz
Des performances optimales64 bits - 25 GFLOPS
32 bits - 50 GFLOPS
Cache de commande de niveau 1128 kb
Cache de données de niveau 164 ko
Cache de niveau 28 Mo
3 DDR3-1600 ECC
38,4 /
60
986

Tout d'abord, il convient de prêter attention à la transition de la production du processeur vers un processus à 65 nm. De plus, la fréquence d'horloge et la bande passante des canaux RAM ont également augmenté. Ces améliorations et d'autres ont considérablement affecté la croissance des performances des nouveaux processeurs. Chaque cœur en un cycle est capable d'effectuer jusqu'à 23 opérations. Dans les opérations en virgule flottante, les performances théoriques maximales des quatre cœurs sont d'environ 50 GFLOPS simple précision et 25 GFLOPS double précision. Comparé au modèle Elbrus-2C + précédent, en mode 64 bits, il est plus de trois fois plus élevé. Dans le nouveau processeur, un cristal plus complexe, qui contient 986 millions de transistors, a une surface utile de 380 mm 2 .



Processeur Elbrus-4C

Les spécialistes ICST ont créé leur propre système d'exploitation Elbrus spécialement pour le processeur publié. Le système d'exploitation est basé sur la version 2.6.33 du noyau Linux. Il se compose de plus de 3000 packages logiciels (issus de la distribution Debian 5.0) et d'un gestionnaire de packages. Un ensemble complet d'outils de développement est inclus, y compris des compilateurs d'optimisation pour les langages de programmation de haut niveau C, C ++, Fortran-77 et Fortran-9.

Elbrus OS a été certifié pour la deuxième classe de protection contre les accès non autorisés et le deuxième niveau de contrôle des capacités non déclarées. Mais les ordinateurs basés sur des processeurs Elbrus-4C fonctionnent également avec des versions du système d'exploitation Windows.

Processeur tandem et bureau


L'un des projets de l'entreprise était le développement du premier ordinateur de bureau russe basé sur le processeur Elbrus-4C. Il a reçu le nom de "Workstation Elbrus-401" (où station de travail signifie station de travail automatisée). Le modèle est conçu pour un bureau dans un boîtier standard MiniTower. Mais il peut être utilisé dans divers domaines avec des exigences accrues pour la sécurité de l'information.

L'ordinateur dispose d'une technologie de traitement à 65 nm avec une fréquence d'horloge de 800 Hz, des ports SATA-2 et USB 2.0, un SSD de 120 Go préinstallé avec une interface mSATA et la prise en charge de la DDR3-1600 avec ECC. La configuration de base offre 24 Go de RAM (extensible jusqu'à 96 Go). Parmi les caractéristiques architecturales du "Workstation Elbrus-401", on peut identifier comme suit: la présence de 6 canaux parallèles de dispositifs arithmétiques et logiques; fichier de registre de 256 registres 84 bits; prise en charge de la boucle matérielle; prise en charge du calcul spéculatif et des prédicats sur un seul bit; une commande qui peut configurer jusqu'à 23 opérations en un seul cycle avec un remplissage maximum. Une carte vidéo AMD Radeon série 6000 est également installée dans l'ordinateur.



Ordinateur «Workstation Elbrus-401»

Le processeur de la nouvelle génération - "Elbrus-8C"


Le processeur Elstrus-8C est développé par la société MCST avec la participation de l'Institute of Electronic Control Machines (INEUM) nommé d'après I.S. Brooke. L'architecture, les circuits et la topologie du microprocesseur ont été créés par des spécialistes russes. Le processeur possède huit cœurs avec une architecture Elbrus 64 bits améliorée. La fréquence d'horloge atteint 1,3 GHz, le volume de cache des deuxième et troisième niveaux est de 4 et 16 Mo. Les performances estimées atteignent 250 GFLOPS.

Spécifications "Elbrus-8C"
Processus technologique65 nm
Le nombre de cœurs d'architecture8
Vitesse d'horloge1,3 GHz
Des performances optimales64 bits - 125 GFLOPS
32 bits - 250 GFLOPS
Cache de niveau 2512 kb
Cache de niveau 316 Mo
Nombre de contrôleurs de mémoire4
Organisation RAMDDR3-1600 ECC
Bande passante de chaque canal interprocesseur8 Go / s
Dissipation de puissance60 - 90 W
Zone cristalline350 mm 2

L'ordinateur a sa propre architecture Elbrus, qui a été développée au ZAO MTsST. Les accélérateurs du système de commande vectorielle accélèrent le chiffrement et le traitement du signal.

L'interaction du matériel avec le système d'exploitation s'effectue via son propre microcode BIOS. Le processeur est compatible avec les distributions Linux, FreeBSD, QNX, Windows XP, mais le système d'exploitation Elbrus recommandé basé sur le noyau Linux 2.6.33. L'utilisation d'outils de développement spécialisés (optimisation des compilateurs en C et C ++, Fortran, Java, etc.) permet d'optimiser le code du programme en tenant compte de l'architecture Elbrus.



Processeur Elbrus-8C

L'entreprise développe déjà des utilitaires et des composants auxiliaires optimisés pour travailler sur des processeurs. C'est tout - des outils pour travailler avec le réseau et les périphériques (utilitaires, bibliothèques à usage général, services, support de base de données, sous-système graphique).

"Elbrus-8C" devrait être associé à KPI 2 - le contrôleur des interfaces périphériques de la production russe.



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Source: https://habr.com/ru/post/fr388639/

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