Эльбрус (компьютер)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

«Эльбрус» — серия советских суперкомпьютеров, разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970—1980-х годах под руководством Всеволода Сергеевича Бурцева. Производство велось на Загорском электромеханическом заводе (ЗЭМЗ) «Звезда». Архитектура «Эльбрус-3», разработка которого началась в конце 80-х, принципиально отличалась от предыдущих моделей. Опытный образец Эльбрус-3 прошел испытания, но в серийное производство запущен не был.

Модели серии[править | править вики-текст]

Эльбрус-1[править | править вики-текст]

Многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) Эльбрус-1 — разработан в 19731979 гг., сдан государственной комиссии в 1980 году. Построен на базе ТТЛ-микросхем. Производительность — до 12 млн оп/с в комплектации Э1-10 с десятью ЦП[1]. Главный конструктор серии — Всеволод Сергеевич Бурцев.

Эльбрус-2[править | править вики-текст]

МВК Эльбрус-2 — разработан в 19771984 гг., сдан в 1985 году. Производительность на 10 процессорах (из них 2 считались резервными) — 125 млн оп/с[2]. Построен на базе ЭСЛ интегральных схем ИС-100 (аналог серии Motorola 10000), из-за высокой потребляемой мощности требовал мощную систему охлаждения. Всего было выпущено порядка 30 машин «Эльбрус-2», из них некоторое количество 10-процессорных[источник не указан 1880 дней].

Используется в управлении РЛС Дон-2H[3][4]

По справке «Красной звезды» от 1 марта 2001 года, Эльбрус-2 используется в «системе ПРО второго поколения, ЦУПе, Арзамасе-16 и Челябинске-70».[5]

Используется в ПРО Москвы А-135[источник не указан 768 дней].

  • Процессор
    • Размещен в трёх шкафах
    • Система команд — безадресная, стековая, используется обратная польская запись
    • Тактовая частота — 20 МГц
    • Производительность по смеси Гибсон-3 — 12,5 млн оп/сек
  • ОЗУ
    • логическая организация — тегированная, страничная (размер страницы — 512 слов)
    • физически — до 16 млн слов (24-битная физическая адресация) размером 80 бит (из них 8 контрольных), эквивалентный объём — 144 МБайт
    • построена на микросхемах DRAM ЗУ565РУЗВ (16K * 1)
    • используется трёхуровневый интерливинг[6]
  • Внешняя память[7]

Эльбрус-1К2 и Эльбрус-Б[править | править вики-текст]

Эльбрус-1К2 (также известен как СВС[8] с жаргонной расшифровкой «Система, Воспроизводящая Систему»[8]) был разработан на основе компонентов и технологий Эльбруса-2 для замены БЭСМ-6. Сохранял полную программную совместимость с предшественником. Было произведено порядка 60 машин.[9]

Эльбрус-Б (или Эльбрус-1КБ) — это усовершенствованная версия БЭСМ-6, выполненная на интегральных микросхемах, в которой устранены некоторые ограничения архитектуры БЭСМ-6. Главный конструктор — Г. Г. Рябов.

Характеристика БЭСМ-6
(поздний вариант)
Эльбрус-1К2 Эльбрус-Б
Производительность
(млн. оп/с)
1 2,5 — 3 4 — 5
Частота, МГц 10 20 20
Разрядность, бит 48 48 48 или 64
Разрядность адресации ОЗУ, бит 15 15 15 или 27
Объём ОЗУ, МБ 0,77 0,77 64
Объём дискового ЗУ, МБ
(в стандартной комплектации)
116 58 800
Занимаемая площадь, м²
(со всей периферией)
250 250 70
Потребляемая мощность, кВт 60 105 25

Эльбрус-3[править | править вики-текст]

МВК Эльбрус-3 — разрабатывался в 19861994 гг., группой сотрудников ИТМиВТ под руководством Б. А. Бабаяна на основании совершенно новых архитектурных идей. МВК Эльбрус-3 должен был содержать 16 суперскалярных процессоров с VLIW системой команд. Не был запущен в серию.

Архитектура «Эльбрус-3» получила дальнейшее развитие в архитектуре микропроцессоров Эльбрус 2000 и Эльбрус-3М1.[10]

Эльбрус-3-1 (МКП)[править | править вики-текст]

МКП Эльбрус-3-1 в машинном зале

Конструктор А. А. Соколов. В 1993 году был успешно завершен первый этап Государственных испытаний «Эльбрус-3-1» — МКП (модульный конвейерный процессор) (Премия имени С. А. Лебедева РАН). В МКП основная идея заключалась в возможности подключения процессоров с различной специализацией (радиолокационная обработка, структурная обработка, быстрые преобразования Фурье и т. д.). У МКП было несколько счетчиков команд, поэтому он мог работать с несколькими потоками команд. Одновременно на едином поле памяти в процессоре выполнялось до четырёх потоков команд.

Архитектура Эльбрус-1,2[править | править вики-текст]

Основным отличием системы Эльбрус является ориентация на языки высокого уровня 1980-х годов. Языки класса Ассемблер в системе отсутствуют. Базовый язык — Автокод Эльбрус Эль-76 (автор В. М. Пентковский), на котором написано общесистемное программное обеспечение (ОСПО), является языком класса Алгол. Он напоминает язык Алгол-68. Основное различие состоит в динамическом связывании типов, которое поддерживается на аппаратном уровне. При компиляции, программа на Эль-76 переводилась в безоперандные команды стековой архитектуры.

Главное отличие архитектуры Эльбрус от большинства существующих систем — это использование тегов. В системе Эльбрус каждое слово памяти имеет кроме информационной части, содержащей элемент данных, ещё и управляющую часть — тег элемента, на основании которого аппаратура процессора динамически выполняет выбор нужного варианта операции и контроль типов операндов.

Очень похожие принципы: Алгол как управляющий язык и система тегов применялись в компьютере B5000 фирмы Burroughs Corporation. Среди пользователей Эльбруса ходила шутка: называть систему «Эль-Берроуз».

Элементарные типы данных[править | править вики-текст]

  • целые числа двух форматов — слово (64 разряда) и полуслово (32 разряда)
  • вещественные числа трех форматов — слово, полуслово и удвоенное слово (128 разрядов)
  • наборы — обобщение языковых типов данных bool (логический), char (символьный), alfa (короткая строка, размещаемая в слове), bytes (последовательность байтов слова)

Управление памятью[править | править вики-текст]

В аппаратуре и ОС реализован гибкий механизм управления виртуальной памятью (называющейся в документации «математической»). Программисту предоставляется возможность описывать массивы размерами до 220 элементов. Разрешенные форматы элементов массива: бит, цифра (4 бит), байт, полуслово (32 бит), слово (64 бит), слово удвоенной точности (128 бит). Каждой задаче предоставляется 232 слов.

Программное обеспечение[править | править вики-текст]

Разработки МЦСТ[править | править вики-текст]

Технические характеристики процессоров, выпускаемых ЗАО «МЦСТ»[12]
Архитектура SPARC R150 R500 R500S R1000
Год выпуска 2001 2004 2007 2011
Техпроцесс, нм 350 130 130 90
Архитектура SPARC v8 SPARC v8 SPARC v8 SPARC v9, VIS1, VIS2
Количество ядер 1 1 2 4
Тактовая частота, МГц 150 500 500 1000
Производительность (32 бита), Гфлопс 0,15 0,5 1 16
Производительность (64 бита), Гфлопс 0,15 0,5 1 8
Потребляемая мощность, Вт 5 1 5 15
Команд на 1 такт 1 1 1 2
Кеш уровня 2, МБ 0* 0** 0,5 2
Пропускная способность шины памяти, Гбайт/с 0,4 0,8 2,6 6,4
Площадь кристалла, мм² 100 25 81 128
Число транзисторов, млн 2,8 5 51 180
Число слоёв металла 4 8 8 10
Тип корпуса BGA 480 BGA 376 HFCBGA 900 HFCBGA 1156
Максимальное число ядер в системе с общей памятью 1 4 2 16
Каналы межпроцессорного обмена ccLVDS 3
Пропускная способность канала ccLVDS, Гбайт/с 4
Пропускная способность канала ioLVDS, Гбайт/с 1,3 2
Комплексирование машин через каналы RDMA до 4 до 4
Южный мост встроенный КПИ
Архитектура Эльбрус Эльбрус Эльбрус-S Эльбрус-2C+ Эльбрус-4C
Год выпуска 2005 2010 2011 2014
Техпроцесс, нм 130 90 90 65
Архитектура Эльбрус Эльбрус Эльбрус, ElCore9 Эльбрус
Количество ядер 1 1 2 (+4 DSP) 4
Тактовая частота, МГц 300 500 500 800
Производительность (32 бита), Гфлопс 4,8 8 28 50
Производительность (64 бита), Гфлопс 2,4 4 8 25
Потребляемая мощность, Вт 6 20 25 45
Команд на 1 такт 23 23 23 23
Кеш уровня 2, МБ 0,25 2 2 8
Тип встроенного контроллера памяти DDR2-500 DDR2-800 DDR3-1600
Количество каналов обмена с памятью 1 1 3
Пропускная способность шины памяти, Гбайт/с 4,8 8 12,8 38,4
Площадь кристалла, мм² 189 142 289 380
Число транзисторов, млн 75,8 218 368 986
Число слоёв металла 8 9 9 9
Тип корпуса HFCBGA 900 HFCBGA 1156 HFCBGA 1296 HFCBGA 1600

Максимальное число ядер в системе

с общей памятью (прямое соединение) 

2 4 8 16

Максимальное число ядер в системе

с общей памятью (через чип-коммутатор) 

16 32 64
Каналы межпроцессорного обмена ccLVDS 3 3 3
Пропускная способность одного канала ccLVDS, Гбайт/с 4 4 12
Пропускная способность канала ioLVDS, Гбайт/с 2 2 4
Комплексирование машин через каналы RDMA до 2 до 4 до 4 до 4
Пропускная способность канала ввода-вывода/RemoteDMA, Гбайт/с 2 2 2 4
Южный мост на базе FPGA КПИ КПИ КПИ

* возможно подключение внешней кеш-памяти объёмом до 1 МБ
** возможно подключение внешней кеш-памяти объёмом до 4 МБ

Эльбрус-90микро[править | править вики-текст]

Эльбрус-90микро — вычислительный комплекс, основанный на микропроцессорах серии МЦСТ-R с архитектурой SPARC.

Эльбрус-3М[править | править вики-текст]

Вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» — создан на основе VLIW-процессора с архитектурой Эльбрус 2k фирмы МЦСТ[13]. В режиме двоичной компиляции эмулирует систему команд x86; поставляется с операционной системой МСВС-Э (на основе Linux 2.6.14), системой программирования с оптимизирующим компилятором, системой двоичной компиляции, системой тестовых и диагностических программ, средствами для обеспечения программной совместимости с многопроцессорными вычислительными комплексами (МВК) «Эльбрус-2» и «Эльбрус-1». Прошёл государственные испытания.[14]

В тесте SPEC «Эльбрус» с тактовой частотой 300 MHz в режиме совместимости с платформой x86 обогнал Pentium III 500 MHz. [1]

Предполагалось, что в 2008 году будут построены 100 серверов «Эльбрус-3М» для оборонной отрасли. Теоретическая производительность двухпроцессорной системы, работающей на частоте 300 МГц, составляет 4.8 Гфлопс (64-bit double) — для сравнения, двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц = 19.2 Гфлопс (64-bit double), двухъядерный Itanium 2 1,66 ГГц — 13.2 Гфлопс (64-bit double), четырёхъядерный Sandy Bridge 3,8 ГГц = 121,6 Гфлопс (64-bit double). Процессоры Эльбрус имеют площадь 189 мм², произведены по технологии 130-нм и содержат 75,8 млн транзисторов. Оригинальная архитектура E2K позволяет выполнять до 23 операций за такт и обеспечивает низкое энергопотребление: 0,4 Вт/Гфлопс[15][16].

КМ-4[править | править вики-текст]

В декабре 2012 г. ЗАО «МЦСТ» получило пилотную партию моноблочных компьютеров «КМ-4», оснащённых материнской платой «Монокуб»[17], построенной на базе процессора Эльбрус-2С+ и южного моста КПИ.

Следующие поколения процессоров Эльбрус[править | править вики-текст]

В 2009 году планируется начало производства процессоров по технологии 90 нм. А компьютер получит 4 таких процессора с частотой 500 МГц. В планах дальнейшее развитие процессоров:

  • «Эльбрус-2СМ» — 12 ГФлопс, 90 нм к 2014 г. — микропроцессор с архитектурой Эльбрус, адаптированный для производства на отечественной фабрике[18].
  • «Эльбрус-1С+» — 24+28 ГФлопс, 40 нм к 2015 г. — экономичный микропроцессор с архитектурой Эльбрус и встроенным графическим ядром[19].
  • «Эльбрус-4С» — 64 ГФлопс, 65 нм к 2014 г.
  • «Эльбрус-8С» — 250 ГФлопс, 28 нм к 2015 г. — восьмиядерный микропроцессор с архитектурой Эльбрус[20].
  • «Эльбрус-16С» — 1 ТФлопс, 32 нм к 2018 г.

План текущих исследований и разработок на сайте ЗАО МЦСТ

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Заморин, Мячев, Селиванов. «Вычислительные машины, системы и комплексы. Справочник.» — М. Энергоатомиздат, 1985 г. глава 3.4 «Состав и технические характеристики МВК Эльбрус-1» стр 144—145
  2. СуперЭВМ в России. История и перспективы. Рассказывает академик РАН В. С. Бурцев (рус.) // Электроника: НТБ. — 2000. — № 4. — С. 5 - 9.
  3. Станислав Туркин (газета Взгляд), Минобороны показало будни системы ПРО Москвы // Army-news.ru, 2012-11-05 «Управление РЛС осуществляется с помощью советского суперкомпьютера „Эльбрус-2“ образца середины 1980-х.»; оригинал материала
  4. РЛС ПРО // ОАО РТИ им. А. Л. Минца "Функционирование РЛС обеспечивается входящим в ее состав … многопроцессорным вычислительным комплексом, состоящим из 4-х процессоров МВК «Эльбрус-2», "
  5. Андрей ГАРАВСКИЙ, Покорение «Эльбруса» // Красная Звезда, «Оружие России», 1 марта 2001
  6. Масич Г.Ф. МВК “Эльбрус-2” (рус.) (.htm). ИМСС УрО РАН. Проверено 23 августа 2010. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  7. В.С. Бурцев. Параллелизм вычислительных процессов и развитие архитектуры суперЭВМ МВК "Эльбрус". Нефть и газ (1998).
  8. 1 2 Страница ностальгии по БЭСМ-6
  9. Иван Карташев. "Эльбрус". История легенды (рус.) (.htm). Компьютерра-Online (1 июля 2004). Проверено 23 августа 2010.
  10. Elbrus E2K Speculations — X-bit labs
  11. НФ ИТМиВТ АН СССР
  12. Владимир Иванов. Первый в мире обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С, ZOOM.CNews (07.05.2014). Проверено 13 мая 2014.
  13. Выпуск вычислительного комплекса «Эльбрус-3М1»
  14. Новости ЗАО «МСЦТ» от 29 октября 2007 года (рус.) (.doc). mcst.ru. Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  15. Владислав Мещеряков. 100% российский компьютер возродился (рус.). CNews (30.06.08, 11:06). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  16. Владислав Мещеряков. 100 % российский компьютер представлен публике (рус.). CNews (07.07.08, 19:46). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  17. Произведена пилотная партия моноблочных ПК на базе микропроцессора «Эльбрус-2С+». Официальный сайт ЗАО «МЦСТ». Проверено 4 января 2013. Архивировано из первоисточника 5 января 2013.
  18. Разработка микропроцессора с архитектурой Эльбрус, адаптированного для производства на отечественной фабрике
  19. Экономичный микропроцессор с архитектурой Эльбрус и встроенным графическим ядром
  20. Восьмиядерный микропроцессор с архитектурой Эльбрус

Литература и публикации[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]