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Elbrus: do passado para o futuro

Sob o nome orgulhoso "Elbrus", uma série de supercomputadores foi lançada, desenvolvida pelo cientista soviético Vsevolod Sergeyevich Burtsev (70-80s). Esses computadores fizeram várias inovações na teoria dos computadores, como superescalaridade (processando mais de uma instrução por ciclo), implementação de programação segura com tipos de dados de hardware, processamento paralelo de várias instruções. Mas a principal característica dos supercomputadores soviéticos era sua orientação para idiomas de alto nível. O cientista soviético-americano Vladimir Mstislavovich Pentkovsky, que participou do desenvolvimento de "Elbrus", criou a linguagem de programação de alto nível El-76.

Além de melhorar a esfera dos computadores soviéticos, o computador se tornou a base para a criação dos microprocessadores universais de 64 bits Elbrus 4-S e da próxima geração Elbrus 8-C. Eles diluíram o mercado para os fabricantes americanos Intel, AMD e IBM. O desenvolvimento e a produção local de processadores foram devidos à necessidade de encontrar soluções próprias para a indústria de defesa, onde o uso de dispositivos domésticos é mais desejável.



Supercomputador "Elbrus"

Histórico de desenvolvimento


O desenvolvimento da arquitetura de computadores Elbrus começou nos anos 70 no ITMiVT, em homenagem a Lebedev. Os desenvolvedores foram confrontados com a tarefa de criar um sistema de computação com capacidade de 100 milhões de op / s. Burtsev estava envolvido em um sistema de controle e design de computadores e se tornou o designer-chefe do projeto.

Informação autobiográfica


(1927- 2005 .) — , , .

. . 200 . , ( , , ).

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


Em 1980, o Elbrus-1, com uma capacidade total de 15 milhões de op / s, passou com êxito nos testes estaduais. Foi o primeiro computador na União Soviética, construído com base em microcircuitos TTL. Um recurso da máquina era a arquitetura escalável, que suportava a operação simultânea de até 10 processadores. A RAM atingiu 64 MB (2 20 palavras de máquina). A organização da transferência de fluxos de dados entre dispositivos periféricos e RAM foi realizada usando processadores especiais de entrada e saída. Pode haver cerca de 4 desses processadores no sistema e eles têm sua própria memória, trabalhando em paralelo com o processador central.

O Elbrus-1 foi usado em muitos sistemas militares - defesa antimísseis, Centro de Controle Espacial etc.

O próximo passo no desenvolvimento do computador Elbrus foi a transferência da arquitetura do primeiro modelo para uma nova base de elementos. Assim, surgiu o Elbrus-2, baseado nos circuitos integrados do ELS. Sua produtividade atingiu 125 milhões de op / s. A quantidade de RAM aumentou - até 144 MB. A frequência do relógio atingiu 20 MHz.

Em 1985, o Elbrus-2 foi lançado na produção em série. Foi usado em áreas onde grandes cálculos eram necessários. O computador também foi usado ativamente na indústria de defesa, no Centro de Controle de Vôo Espacial e em centros de pesquisa nuclear (em Arzamas-16, em Chelyabinsk-70). Desde 1991, o computador opera no sistema de defesa antimísseis A-135 e em outras instalações militares.



Supercomputador "Elbrus-2"

Juntamente com os supercomputadores, também foi produzido o computador de uso geral Elbrus 1-KB (1988). Essas máquinas substituíram o BESM-6 pelo qual eles tinham completa compatibilidade com o software anterior. Foi complementado com um novo modo de operação, com maior capacidade de números e endereços.

Características comparativas do BESM-6 e Elbrus 1-KB
RecursoBESM-6Elbrus 1-KB
Produtividade (mln op / s)1 12,5 - 3
MHz de frequência1020
Pouco, pouco48.48.
Resolução de endereço de RAM, bit1515
A quantidade de RAM, MB0,032-0,1280,77
A quantidade de memória em disco, MB11658
Área ocupada, m 2150-200250
Consumo de energia kW30105
Total liberado35560

O próximo foi lançado "Elbrus-3", no qual os desenvolvedores implementaram pela primeira vez uma abordagem "pós-superscalar". Este computador foi desenvolvido de 1986 a 1994. Equipe de ITM & VT liderada pelo cientista soviético Boris Artashesovich Babayan.

O Elbrus-3 não foi colocado em produção em massa, mas sua arquitetura tornou-se a base para o desenvolvimento dos microprocessadores Elbrus 2000 e Elbrus-3M1.

A série Elbrus foi apreciada pela liderança soviética. Os desenvolvedores Babayan, Burtsev, Bardizh receberam prêmios e pedidos. Os demais participantes do trabalho também receberam prêmios estaduais.

Era do processador MCST


A empresa russa MCST foi fundada em 1992 com base na equipe de desenvolvimento Elbrus-3. Ela se tornou a cessionária do Centro de Moscou para SPARC Technologies LLP (daí o nome ICST). A abreviação SPARC veio do principal parceiro do MCST da empresa americana Sun Microsystems, que promove computadores com a arquitetura SPARC.

O MCST produziu microprocessadores com a arquitetura SPARC (MTsST-R100, MTsST-R150, MTsST-R500 e MTsST-R500S) e criou sistemas de computador baseados neles. Mas em 2007, o processador Elbrus com o mesmo nome foi lançado. O desempenho máximo do dispositivo no modo de 64 bits atingiu 2,4 GFLOPS. A frequência do relógio operacional era de 300 MHz. O processador tinha 75,8 milhões de transistores. Dissipação de energia 6 watts.



Processador Elbrus

Com base no processador, foi desenvolvido o complexo de computação Elbrus-3M1, usado para a indústria de defesa. Esse complexo foi fornecido com um sistema operacional seguro MSVS-E (sistema móvel das Forças Armadas), baseado na versão 2.6.14 do Linux. Elbrus-3M1 era compatível com o primeiro e o segundo Elbrus.

O complexo de computadores tinha duas opções de design - a do servidor, que podia ser usada tanto como desktop quanto como CompactPCI (barramento do sistema). A versão do servidor foi baseada no dispositivo da calculadora UV 3M1. No caso do CompactPCI, o Elbrus-3M1 ocupava dois módulos do formato Euromecânico 6U. O equipamento de execução de ambas as versões foi equipado com equipamento de rede para trocas de velocidade ultra-alta com sistemas de computação similares.

Em 2010, nas exposições ChipEXPO-2010 e Softool, o público foi presenteado com o sistema de cristal Elbrus-S. O número de transistores neste processador aumentou - até 218 milhões. Além disso, a frequência do clock aumentou até 500 MHz e o desempenho de pico aumentou: até 4 GFLOPS nos modos de 64 bits e até 8 GFLOPS nos modos de 32 bits.

Juntamente com "Elbrus-S", o controlador de interfaces periféricas (KPI) foi apresentado.



Processador Elbrus-S

Em 2011, o MCST apresentou o processador dual-core Elbrus-2C + da próxima geração. Além dos 2 núcleos principais (arquitetura Elbrus) operando com uma frequência de clock de 500 MHz, o modelo também possuía 4 núcleos adicionais de um processador de sinal digital integrado (arquitetura Multicore). Um canal de E / S foi adicionado ao processador, com o qual é possível conectar outro KPI. O Elbrus-2C + também adicionou suporte à memória DDR2 com uma frequência efetiva de 800 MHz. O desempenho do processador aumentou - até 28 GFLOPS no modo de 32 bits. O número de transistores atingiu 368 milhões.

Os desenvolvedores implementaram uma versão do compilador da linguagem C para reproduzir o código dos núcleos DSP e estabelecer uma interação efetiva entre o programa principal nos núcleos da CPU e as ações no DSP.

Segundo os criadores, o Elbrus-2C + era para ser usado em sistemas digitais de processamento de sinais inteligentes (radares, analisadores de imagem etc.). Mas os processadores estavam melhor adaptados às tarefas civis. Por exemplo, a Kraftway lançou uma série de testes de computadores monoblocos baseados em cristais Elbrus-2C +.



Processador Elbrus-2C +

Processador Elbrus-4C


Em abril de 2014, a empresa lançou os avançados processadores Elbrus-4C de quatro núcleos.

Especificações "Elbrus-4C"
Processo tecnológico65 nm
O número de núcleos da arquitetura4
Velocidade do relógio800 MHz
Pico de desempenho64 bits - 25 GFLOPS
32 bits - 50 GFLOPS
Cache de Comando Nível 1128 kb
Cache de Dados Nível 164 kb
Cache de nível 28 MB
3 DDR3-1600 ECC
38,4 /
60
986

Antes de tudo, vale a pena prestar atenção na transição da produção do processador para um processo de 65 nm. Além disso, a frequência do relógio e a largura de banda dos canais de RAM também aumentaram. Essas e outras melhorias afetaram significativamente o crescimento do desempenho de novos processadores. Cada núcleo em um ciclo é capaz de executar até 23 operações. Nas operações de ponto flutuante, o desempenho teórico máximo dos quatro núcleos é de cerca de 50 GFLOPS de precisão única e 25 GFLOPS de precisão dupla. Comparado com o modelo Elbrus-2C + anterior, no modo de 64 bits, isso é mais de três vezes maior. No novo processador, um cristal mais complexo, que contém 986 milhões de transistores, possui uma área útil de 380 mm 2 .



Processador Elbrus-4C

Os especialistas em ICST criaram seu próprio sistema operacional Elbrus especificamente para o processador lançado. O sistema operacional é baseado no kernel Linux versão 2.6.33. Consiste em mais de 3000 pacotes de software (da distribuição Debian 5.0) e existe um gerenciador de pacotes. Está incluído um conjunto completo de ferramentas de desenvolvedor, incluindo compiladores de otimização para as linguagens de programação de alto nível C, C ++, Fortran-77 e Fortran-9.

O Elbrus OS foi certificado para a segunda classe de proteção contra acesso não autorizado e o segundo nível de controle sobre recursos não declarados. Mas os computadores baseados nos processadores Elbrus-4C também funcionam com versões do sistema operacional Windows.

Processador e desktop tandem


Um dos projetos da empresa foi o desenvolvimento do primeiro computador de mesa russo baseado no processador Elbrus-4C. Ele recebeu o nome "Estação de trabalho Elbrus-401" (onde estação de trabalho significa estação de trabalho automatizada). O modelo foi projetado para um escritório em um gabinete padrão MiniTower. Mas pode ser usado em vários campos com requisitos maiores de segurança da informação.

O computador possui uma tecnologia de processo de 65 nm com freqüência de clock de 800 Hz, portas SATA-2 e USB 2.0, um SSD pré-instalado de 120 GB com interface mSATA e suporte para DDR3-1600 com ECC. A configuração básica é oferecida 24 GB de RAM (expansível até 96 GB). Entre os recursos arquitetônicos da "Estação de trabalho Elbrus-401", podem ser identificados os seguintes: a presença de 6 canais paralelos de dispositivos aritméticos-lógicos; arquivo de registro de 256 registros de 84 bits; suporte de loop de hardware; suporte para computação especulativa e predicados de bit único; um comando que pode configurar até 23 operações em um único ciclo com enchimento máximo. Uma placa de vídeo AMD Radeon série 6000 também está instalada no computador.



Computador “Workstation Elbrus-401”

O processador da nova geração - "Elbrus-8C"


O processador Elstrus-8C está sendo desenvolvido pela empresa MCST com a participação do Instituto de Máquinas de Controle Eletrônico (INEUM), em homenagem a I.S. Brooke. A arquitetura, os circuitos e a topologia do microprocessador foram criados por especialistas russos. O processador possui oito núcleos com uma arquitetura Elbrus de 64 bits aprimorada. A frequência do relógio atinge 1,3 GHz, o volume do cache do segundo e terceiro níveis é de 4 e 16 MB. O desempenho estimado chega a 250 GFLOPS.

Especificações "Elbrus-8C"
Processo tecnológico65 nm
O número de núcleos da arquitetura8
Velocidade do relógio1,3 GHz
Pico de desempenho64 bits - 125 GFLOPS
32 bits - 250 GFLOPS
Cache de nível 2512 kb
Cache de nível 316 MB
Número de controladores de memória4
Organização RAMDDR3-1600 ECC
Largura de banda de cada canal interprocessador8 GB / s
Dissipação de energia60 - 90 W
Área de cristal350 mm 2

O computador possui sua própria arquitetura Elbrus, desenvolvida no ZAO MTsST. Os aceleradores do sistema de comando vetorial ajudam a acelerar a criptografia e o processamento do sinal.

A interação do hardware com o sistema operacional ocorre através de seu próprio microcódigo do BIOS. O processador é compatível com as distribuições Linux, FreeBSD, QNX, Windows XP, mas o sistema operacional Elbrus recomendado, baseado no kernel Linux 2.6.33. O uso de ferramentas especializadas de desenvolvimento (otimização de compiladores de C e C ++, Fortran, Java etc.) permite otimizar o código do programa levando em consideração a arquitetura Elbrus.



Processador Elbrus-8C

A empresa já está desenvolvendo utilitários e componentes auxiliares otimizados para trabalhar em processadores. Isso é tudo - ferramentas para trabalhar com a rede e os periféricos (utilitários, bibliotecas de uso geral, serviços, suporte a banco de dados, subsistema gráfico).

"Elbrus-8C" deve ser emparelhado com o KPI 2 - o controlador de interfaces periféricas da produção russa.



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Source: https://habr.com/ru/post/pt388639/

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