Эльбрус (компьютер)

«Эльбрус» — серия советских суперкомпьютеров, разработанных в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970—1990-х годах, а также процессоры и системы на их основе, разработанные в МЦСТ (сейчас — ЗАО). Производство велось на заводе счётно-аналитических машин имени В. Д. Калмыкова.

Модели серии

Эльбрус-1

Многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) Эльбрус-1 — разработан в 1973—1979 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. Главный конструктор серии — Всеволод Сергеевич Бурцев.

Эльбрус-2

МВК Эльбрус-2 — разработан в 1977—1984 гг., сдан в 1985 году. Производительность на 10 процессорах (из них 2 считались резервными) — 125 млн оп/с. 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.

Используется в управлении РЛС Дон-2H

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

Используется в ПРО Москвы А-135.

• 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

Эльбрус-1К2 и Эльбрус-Б

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

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

МВК Эльбрус-3 — разрабатывался в 1986—1994 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.

Эльбрус-3-1 (МКП)

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

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 поддержано 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

• 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

В аппаратуре и ОС реализован гибкий механизм управления виртуальной памятью (называющейся в документации «математической»). Программисту предоставляется возможность описывать массивы 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

• Операционная система, система файлов, система программирования Эль-76, многоязыковые компоненты ОСПО — ИТМиВТ
• Фортран, Кобол, ПЛ/1, Алгол — Новосибирский филиал ИТМиВТ
• Паскаль, КЛУ, АБВ, РЕФАЛ, Снобол-4, Диашаг, Форт — Ленинградский университет, 1986 г. (Работает под управлением ОСПО. Имеются средства связи с процедурами на Эль-76)
• Интеллектуальная система программирования МИС, Лисп — Институт кибернетики АН СССР
• Симула-67 — Ростовский университет

Разработки МЦСТ

Эльбрус-90микро

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

Эльбрус-3М

Вычислительный комплекс «Эльбрус-3М1» — создан на основе VLIW процессора с архитектурой Эльбрус 2k фирмы МЦСТ. 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.

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.

КМ-4

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

Следующие поколения процессоров Эльбрус-1С

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-4С» — 64-Гфлоп, 65 нм к 2012 г.
• «Эльбрус-16С» — 1-Тфлоп, 32 нм к 2018 г.

Литература и публикации

• Пентковский В. М. Автокод Эльбрус. Эль-76. Принципы построения языка и руководство к использованию / под редакцией Ершова А. П.. — М.: Наука, 1982. — 352 с.
• Пентковский В. М. Язык программирования Эль-76. Принципы построения языка и руководство к пользованию. — 2-е изд, испр. и доп. — М.: Наука, 1989. — 364 с.
• Сафонов В. О. Автокод Эльбрус: Учебное пособие. — Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982.
• Сафонов В. О. Языки и методы программирования в системе Эльбрус / под редакцией Лаврова С. С.. — М.: Наука, 1989. — ISBN 5-02-013983-1
• Ким А. К., Перекатов В. И., Ермаков С. Г. Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства «Эльбрус». — СПб.: Питер, 2013. — ISBN 978-5-459-01697-0

Ссылки

• Л.Н.Королев Многопроцессорные вычислительные комплексы Эльбрус  (рус.). Из книги Л.Н.Королева "Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение" (1978). PARALLEL.RU - Информационно-аналитический центр по параллельным вычислениям:. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 10 августа 2009.
• А. П. Ершов и др. Заключение рабочей группы № 2 по архитектуре и программному обеспечению ЕР МВК «Эльбрус»  (рус.). Электронный архив академика А. П. Ершова. Институт систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН (20.04.1984(?)). — (+ то же в виде текста). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
• Б. Бабаян Многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус" (рус.) // "Квант". — 1981. — № 8. — С. 54 - 57.
• Наталья Дубова От «Эльбруса-3» — к «Эльбрусу-2000» (рус.) // Computerworld Россия. — 2000. — № 27-28 от 20/07/2000.
• A.Иванов Школа академика С.А.Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники (рус.) // Электроника: НТБ. — 2002. — № 6. — С. 48 - 54.
• В. Д. Анисимов, Г. С. Батырь, А. В. Меньшиков, В. Д. Шилин Система контроля космического пространства Российской Федерации  (рус.). Публикации. Сайт инициативных астрономических проектов ПулКОН и LFVN (04.10.2006). — О реальных применениях компьютеров Эльбрус-1,2. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
• Семейство ЭВМ "Эльбрус"  (рус.). История отечественной вычислительной техники. Универсальные ЭВМ. Виртуальный компьютерный музей. Проверено 6 августа 2009.
• В. В. Пржиялковский, Н. Л. Прохоров, Е. Н. Филинов Кого и зачем вводят в заблуждение  (рус.). Архив новостей. Виртуальный компьютерный музей (04.09.2000). — Развернутый комментарий к статье Ю. Ревича «Неизвестные ЭВМ» в газете "Известия" от 11.07.2000 известных советских разработчиков ЭВМ. Проверено 6 августа 2009.
• Владислав Мещеряков 100% российский компьютер возродился  (рус.). Новости. CNews (30.06.2008). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
• Chip Man Интервью с Борисом Бабаяном (ч.1)  (рус.). Chip Man's Блог. Intel Galaxy (20.7.2009). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
• Виктор Картунов ака matik Кое-что об Эльбрусе-2000  (рус.). Ф-Центр (07.12.2005). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 16 июня 2011.