BC/NW 2015 № 2 (27):2.1
СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОРОВ ЭЛЬБРУС
Луньков А.П., Гарькин Е.В., Климов Ф.Н., Кочев М.Ю.
В новейшем поколении автоматизированных систем управления воздушно-космической обороны (АСУ ВКО) возникают определенные требования к производительности используемых вычислительных комплексов. Уже сейчас в России производятся мощные многопроцессорные вычислительные комплексы на базе отечественных процессоров, соответствующие этим требованиям. Так в 2011 году было запущено производство ЭВМ «Эльбрус-2С+». В 2014 году началось серийное производство следующего поколения ЭВМ – «Эльбрус-4С». Далее мы рассмотрим их основные характеристики и дальнейшие планы по развитию процессоров Эльбрус.
«Эльбрус-2С+» содержит два основных ядра с архитектурой «Эльбрус», работающих на частоте 500 МГц и четыре дополнительных ядра встроенного цифрового сигнального процессора. Позже появилась модификация «Эльбрус-2СМ» без цифровых сигнальных процессоров и адаптированная для производства на фабрике «Микрон» в Зеленограде [1].
«Эльбрус-4С» содержит четыре ядра с архитектурой «Эльбрус», основанной на собственной VLIW-архитектуре. Тактовая частота 800МГц. Основной сферой применения процессора являются серверы, настольные компьютеры, мощные встраиваемые вычислители, предназначенные для работы в условиях повышенных требований к информационной безопасности. В последующем был разработан четырёхпроцессорный вычислительный комплекс на основе процессора «Эльбрус-4С».
«Эльбрус-8С» - восьми ядерный процессор серверного класса, предназначенный для решения вычислительно-интенсивных задач и для создания многопроцессорных и многомашинных систем терафлопного класса производительности. Начало серийного производства ЭВМ «Эльбрус-8С» планируется в первом полугодии 2016 года. Кристалл микропроцессора спроектирован по технологии в 28 нанометров, имеет восемь процессорных ядер с улучшенной 64 - разрядной архитектурой. «Эльбрус-8С» является разработкой третьего поколения. Среди возможных применений называются: государственные учреждения и бизнес-структуры, требующие повышенного уровня информационной безопасности, а так же случаи, когда необходимы высокопроизводительные вычисления, обработка сигналов или телекоммуникационные применения [2].
«Эльбрус-16С» - согласно дорожной карте предприятия-разработчика «МЦСТ» под этим названием планируется выпуск 16 - ядерной версии с суммарной производительностью в один терафлопс (одинарная точность) на техпроцессе 16 нанометров. Так же упоминается версия с 8 ядрами. В итоге пиковая производительность микропроцессора составит 288 Гфлопс на операциях двойной точности. При наличии 16 ядер, производительность на операциях двойной точности составит 576 Гфлопс. В таблице 1 приведены основные характеристики названных процессоров.
Таблица 1. Сводная таблица основных характеристик процессоров Эльбрус».
|
Микро процессор |
Эльбрус-2С+ 1891ВМ7Я |
Эльбрус-4С 1891ВМ8Я |
Эльбрус-8С 1891ВМ10Я |
Эльбрус-16С 1891ВМ12Я |
|
Тех. процесс (нм) |
90 |
65 |
28 |
28/16 |
|
Производи- тельность (64 бита), Gflops |
8 |
25 |
125 |
288/576 |
|
Тактовая частота МГц |
500 |
800 |
1300 |
1500 |
|
Кол-во ядер в процессоре |
2 |
4 |
8 |
8/16 |
|
Оперативная память |
DDR2-800 |
DDR3-1600 ECC |
DDR3-1600 ECC |
DDR4-2400 |
|
Рабочая температура |
-60°С - +85°С |
-60°С - +85°С |
-60°С- +85°С |
- |
|
Начало производства |
2011 |
2014 |
2016 (план) |
2018 (план) |
|
Количество процессоров |
До 4 процессоров |
До 4 процессоров |
До 4 процессоров |
- |
|
Каналы межпроцес-сорные |
3, дуплексные, 4 ГБ/с |
3, дуплексные, 12 ГБ/с |
3, дуплексные,16 ГБ/с |
- |
Компанией «МЦСТ» для вычислительных комплексов с архитектурой SPARC и «Эльбрус» создана, сопровождается и постоянно развивается операционная система ОС «Эльбрус». Она основана на базе ядра Linux 2.6.33. ОС «Эльбрус» обеспечивает многозадачный и многопользовательский режимы работы. Для неё разработаны особые механизмы управления процессами, с виртуальной памятью, прерываниями, сигналами, синхронизацией, с поддержкой тегированными вычислениями.
Для использования ВК серии «Эльбрус» в ряде ответственных систем проделана фундаментальная работа по преобразованию ОС Linux в операционную систему, поддерживающую режим работы в реальном времени (обработка информации системой должна производиться за определённый конечный период времени, чтобы поддерживать постоянное и своевременное взаимодействие со средой), для чего были реализованы актуальные оптимизации в ядре. На базе стандартной библиотеки управления потоками вычислений и синхронизацией libpthread была создана собственная оптимизированная библиотека elpthread. В ходе работы в реальном времени можно устанавливать различные режимы обработки внешних прерываний, планирования вычислений, обменов с дисковыми накопителями и некоторые другие[3].
Важно отметить, поддержку режима работы реального времени операционной системой, так как это является обязательным условием для использования её во всех комплексах ВКО. Поэтому новое поколение КСА АСУ ВКО может быть полностью выполнено на основе ЭВМ семейства «Эльбрус». Так же будет осуществлено импортозамещение вычислительных средств российскими ЭВМ.
Литература
1. Вычислительные комплексы. [Электронный ресурс] - URL: http://www.mcst.ru/sum_komplekss
2. Восьмиядерный микропроцессор с архитектурой Эльбрус. [Электронный ресурс] - URL: http://www.mcst.ru/issledovanija_i_razrabotki
3. Операционная система Эльбрус. [Электронный ресурс] - URL: http://www.mcst.ru/os_elbrus