Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 10 декабря
 
 

Это интересно!

Ранее

"Ростех" ведет госсектор на "Эльбрус"

Санкции со стороны США и ЕС подвигли "Ростех" к более активной реализации планов по импортозамещению аппаратного обеспечения. Госкорпорация уже начала внедрять отечественные разработки в своем офисе, а в течение двух лет надеется получить стимулирующий заказ от госсектора. Переговоры о внедрении собственных решений "Ростех" ведет с Центризбиркомом и "Почтой России".

Российские власти вернулись к идее цифрового радио

Так и не запустив цифровое радиовещание, российские власти готовы изменить его формат. Вместо ранее планировавшегося стандарта DRM предлагается вернуться к стандарту DAB, но в более современной модификации – DAB+.

Пять самых громких скандалов с краудфандинговыми проектами электронных устройств

На Западе привлечение финансирования методом краудфандинга (crowd — толпа, funding — сбор средств) популярно уже полтора десятка лет в самых разных областях — от благотворительности до заказных убийств. Однако столько же регулярно случаются и скандалы с растрачиванием собранных средств. Мошенники нащупали новую жилу.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

28 июля

«Байкал» и «Эльбрус», или Особенности национального процессоростроения

Несколько недель назад в новостных сюжетах в очередной раз всплыла тема импортозамещения в самой, пожалуй, современной области микроэлектроники — микропроцессорах.



Н

овый российский процессор Baikal-T1, построенный на ядре MIPS P5600, представила компания «Байкал Электроникс», дочерняя структура известного российского разработчика суперкомпьютеров «Т-Платформы». «Лента.ру» попробовала разобраться, какой процессор можно считать российским и зачем вообще нужен отечественный процессор.

Российская микроэлектронная промышленность — достаточно традиционный объект для шуток (чтобы не сказать издевок) еще с советских времен: выбранный в СССР в 1980-х годах курс на копирование западных образцов фактически привел к краху советской микроэлектроники. Анекдот про микропроцессор, отправленный в адрес заказчика тремя железнодорожными платформами, родился как раз в те годы.

Буквально за день до анонса Baikal-T1 рунет с упоением обсуждал, казалось бы, продолжение анекдота — ноутбук HT-Эльбрус S, выпускаемый другим отечественным разработчиком процессоров, компанией МЦСТ: эта десятикилограммовая машина при цене 150 тысяч рублей способна работать на одной зарядке аккумулятора «не менее 1 часа». Правда, вскоре выяснилось и то, что модель эта — 2012 года и, главное, относится к классу защищенных ноутбуков, то есть способна выдержать падение на бетон, работу под дождем и другие неприятности. В качестве примера конкурентов HT-ЭльбрусS можно привести 15-дюймовый Getac X500, стоящий более 300 тысяч рублей и способный выдержать электромагнитный импульс ядерного взрыва, и «портативные ПК» немецкой Bit Tradition, одна из моделей которой — Bit-RPC 1522-MIL — весит около 20 кг и может похвастаться батареей на 30 минут работы.

Впрочем, наличие конкурентов — еще не ответ на вопрос, нужны ли вообще отечественные процессоры и компьютеры, а также можно ли считать существующие продукты отечественными.

Свои комментарии по российской составляющей устройств дали компании «Байкал Электроникс», МЦСТ и КМ211, а также один из мировых лидеров по разработке современных процессоров — британская компания Imagination Technologies, владеющая процессорной архитектурой MIPS. Все три российские компании занимаются разработкой современных процессоров, хотя и в разных направлениях: МЦСТ целится на рынок рабочих станций и серверов, КМ211 больше ориентирована на применение в системах безопасности и автоматизации, а «Байкал Электроникс» заняла промежуточное положение, представив чип для производительного сетевого оборудования.

Большой путь к маленькому процессор

Разработка современного процессора — длинный и сложный процесс. Начинается он с выбора архитектуры — набора команд, которые данный процессор сможет исполнять. От архитектуры зависит не только производительность процессора, но и его совместимость с программным обеспечением: ПО, выпущенное для одной архитектуры, на другой чаще всего работать не будет.

Последнее обстоятельство обусловило то, что распространенных процессорных архитектур в мире не так много; почти весь рынок поделен между тремя лидерами — Intel x86, ARM и MIPS. Первая уже не одно десятилетие доминирует в настольных ПК и ноутбуках, а две оставшиеся нашли свое призвание в мобильных устройствах и встраиваемых промышленных компьютерах.

Микропроцессор Intel 8086. Фото: Wikipedia

Микропроцессор КР1810ВМ86, советский аналог Intel 8086. Фото: Wikipedia

Интересно, что компании ARM Holdings и Imagination Technologies — разработчики архитектур ARM и MIPS — не выпускают процессоры сами, предпочитая продавать лицензии.

Говоря об архитектурах процессоров, необходимо понимать, что их нельзя напрямую сопоставлять друг с другом — каждая из них обладает своими сильными и слабыми сторонами, определяющими сферу ее применения. Например, на рынок ПК среди разрабатываемых сейчас российских процессоров претендуют только «Эльбрусы», но и они очень сильно отличаются от привычных пользователям процессоров архитектуры x86. Основное назначение «Эльбрусов» — это работа в компьютерах на промышленных и государственных объектах, то есть там, где Windows и Microsoft Office стараются не использовать в любом случае, а потому совместимость с этим ПО не является критичным моментом. Baikal-T1 и вовсе предназначен для сетевого оборудования и систем автоматизации, — сравнивать его с процессорами для ПК столь же нелепо, как грузовой «КамАЗ» с легковым Mercedes: аудиосистема у второго намного лучше, но в тех задачах, для которых предназначен первый, это роли не играет.

Микропроцессор Эльбрус-2СМ (проектное название Эльбрус-1С). Фото: «МЦСТ»

Микропроцессор Baikal-TС-1. Фото: «Байкал Электроникс»

Исполняются команды на ядре процессора — схеме, обеспечивающей все необходимые вычислительные ресурсы. Хотя ядро, поддерживающее конкретную архитектуру, можно создать самостоятельно, чаще всего его тоже покупают у разработчика архитектуры. Но такое ядро — это еще не готовый чип, а всего лишь исходные коды, внешне похожие на исходные коды компьютерной программы.

На следующем этапе ядро «обвешивают» дополнительными периферийными модулями — например, контроллерами USB или Ethernet, если это требуется — добавляют ядро графического процессора, отвечающего за вывод картинки на монитор, и так далее. Часть модулей разрабатывается самостоятельно, часть может быть лицензирована у других компаний — опять в виде исходных кодов.

Предпоследний этап разработки — переход от абстрактных кодов к чертежам конкретного чипа. Для современных процессоров, работающих на частотах до единиц гигагерц, он также весьма нетривиален — в процессе необходимо учитывать огромное количество нюансов и ограничений. По словам Тони Кинг-Смита, исполнительного вице-президента Imagination Technologies, «срок от получения лицензии на ядро до воплощения его в кремнии постоянно сокращается, но все равно в среднем составляет от 9 до 18 месяцев», а сам процесс требует усилий группы высококвалифицированных разработчиков.

И лишь после прохождения всех этих этапов запускается конвейер полупроводниковой фабрики, на выходе которого мы и видим знакомые чипы.

Пятый пункт

Дискуссии о национальной принадлежности процессоров традиционно крутятся вокруг двух фактов. Во-первых, на данный момент в России нет современного полупроводникового производства (90-нм техпроцесс зеленоградского «Микрона», производящего последние версии «Эльбруса», в применении к микропроцессорам можно назвать современным только при наличии очень бурной фантазии - прим. ред. ВЭ), а потому выпускать отечественные процессоры предпочитают, как правило, на мощностях тайваньской TSMC — одного из крупнейших контрактных производителей чипов в мире, не занимающегося собственной разработкой микросхем, а лишь предоставляющего услуги по их выпуску. Во-вторых, многие из процессоров построены на базе архитектуры и ядер, разработанных западными компаниями — например, Baikal-T1 использует ядро MIPS P5600.

Моноблочный компьютер КМ4-Эльбрус, разработанный на базе микропроцессора Эльбрус-2С+. Фото: «МЦСТ»

Впрочем, в случае с МЦСТ и КМ211 происхождение архитектуры уже не вызывает сомнений — обе компании используют собственные разработки, «Эльбрус» и «Кварк». В случае с МЦСТ иногда возникает небольшая путаница — ей приписывают использование в «Эльбрусах» довольно старой архитектуры SPARC v9, разработанной компанией Sun Microsystems еще в середине 90-х годов; МЦСТ действительно делает и SPARC-процессоры, но это — модели R500 и R1000, а не «Эльбрус».

Защищенный ноутбук на базе микропроцессора МЦСТ R1000. Фото: «МЦСТ»

В противовес подходу МЦСТ, «Байкал Электроникс» предпочитает использовать готовые процессорные ядра: у компании заключены соглашения как с Imagination, так и с ARM Holdings. Такой подход позволяет сконцентрировать ресурсы на выпуске финального продукта — и мировая практика показывает, что он весьма эффективен: ни один из крупных производителей процессоров не пренебрегает лицензированием чужих разработок, и многие из них используют ядра ARM или MIPS.

Однако лицензия на готовое ядро, как уже отмечалось выше, не избавляет компанию от серьезных трудозатрат. В обоих случаях для реализации проекта нужен интеллектуальный ресурс — группа разработчиков с глубоким пониманием архитектуры современных процессоров и принципов проектирования интегральных схем. И в случае с отечественными компаниями этот ресурс создается и поддерживается в России.

При этом необходимо признать, что производство самих чипов в России хоть и присутствует, но по своим возможностям радикально отстает от зарубежных мощностей. Однако в современном мире «бесфабричные компании», занимающиеся только проектированием и продажей микросхем, уже давно составляют подавляющее большинство — так, среди основных производителей процессоров только Intel и Samsung производят свою продукцию сами. Среди их конкурентов одни никогда своими фабриками не обладали, а другие — например, AMD — сознательно перешли к бесфабричной модели, выделив производство в отдельную компанию в рамках оптимизации своей структуры.

Разделение разработки и производства чипов — общемировая тенденция, и ставить их в жесткую зависимость друг от друга неправильно. Хотя хочется надеяться на появление и отечественного современного полупроводникового производства, заслуги разработчиков чипов его отсутствие никак не умаляет.

Вопросы безопасности

Востребованность отечественной замены импортного аналога можно рассматривать с двух точек зрения — с чисто коммерческой и с точки зрения обеспечения безопасности. Если коммерческая составляющая понятна и неспециалисту, то второй аспект является менее очевидным.

С одной стороны, тот факт, что цифровые войны в мире уже идут, оспорить трудно: после откровений Сноудена и информации об успешной атаке на иранскую ядерную инфраструктуру с помощью червя Stuxnet (и неудачной — на КНДР). С другой стороны, до сих пор в основном обсуждается роль в этих атаках программного, но не аппаратного обеспечения.

Иранское оборудование, пострадавшее от Stuxnet. Фото: Vahid Salemi / Reuters

Для хакеров, в том числе работающих на государство, уязвимости ПО остаются наиболее привлекательными — они обеспечивают максимум возможностей и по проникновению в нужную систему, и по действиям в ней. Тем не менее, современные процессоры настолько сложны и многофункциональны, что в них тоже может найтись место для «закладок», облегчающих работу спецслужб.

Скажем, многие процессоры оснащены генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), который часто используется различными системами шифрования — и надежность этого кодирования зависит от степени случайности выдаваемой генератором последовательности. Технически возможно внести в чип процессора изменения, делающие последовательность на выходе ГПСЧ предсказуемой, а значит, зашифрованные с его помощью данные — сравнительно легко декодируемыми третьей стороной, знающей про эту особенность конкретного ГПСЧ.

При этом изменения в работу ГПСЧ могут быть внесены как на этапе производства конкретной партии процессоров, так и программно — с помощью недокументированных команд, которые могут быть выполнены, например, невинно выглядящим штатным обновлением какой-либо программы.

Обнаружить подобную закладку в готовом изделии практически невозможно — современный процессор содержит в себе миллиарды транзисторов, и даже просвечивая чип рентгеном, точно определить функции каждого из блоков нереально. Более того, первый тип закладки в некоторых случаях может быть внедрен таким образом, что обнаружить его не удастся даже при рентгеновском анализе блока ГПСЧ.

Это — лишь один пример, но и из него очевидно, что игнорировать возможность аппаратных закладок в тех или иных изделиях электроники было бы наивно. Причем касаться этот вопрос может и государств, и крупных коммерческих компаний — так, недавно выяснилось, что Агентство национальной безопасности США несколько лет следило за Siemens и другими европейскими компаниями.

НТ-ЭльбрусS. Фото: «МЦСТ»

Защищенный ноутбук Getac X500, способный выдержать электромагнитный импульс ядерного взрыва. Фото: Getac

Конечно, зарубежное производство чипов также представляет определенный фактор риска — однако настолько малый, что им можно пренебречь. Во-первых, как подчеркнули в «Байкал Электроникс», соответствие заказа и финального изделия строго контролируется, а потому внесение изменений на этом этапе невозможно. Во-вторых, внедрение «закладки» осложняется тем, что фабрика не обладает полной документацией на процессор — так что даже поиск в нем нужного блока может оказаться нетривиальной задачей. В-третьих, как отмечают в Imagination Technologies, для контрактного производителя чипов допуск посторонних лиц к данным клиентов — колоссальный репутационный риск.

Планы на будущее

Безопасность на государственном уровне — вопрос, конечно, важный, но в конечном успехе на судьбу разработчика намного сильнее влияет успех его продукции на открытом рынке. На данный момент российские компании представлены на нем крайне слабо — основными потребителями их продукции являются государственные структуры. Впрочем, многие из них надеются, что в ближайшие годы ситуация может поменяться.

Константин Трушкин, представитель компании МЦСТ, видит препятствие в малой серийности изделий и ограниченной поддержке со стороны ПО, однако считает, что компании удастся его преодолеть: «При выходе на объем порядка десяти тысяч изделий можно будет снизить стоимость решений до уровня, доступного не только для организаций, но и для частных лиц». При этом, по его словам, МЦСТ в значительной степени надеется на федеральные целевые программы, которые позволят отечественным разработчикам успешнее конкурировать с иностранными.

Дмитрий Пустов, сотрудник компании КМ211, во многом соглашается с Трушкиным, также считая, что основное препятствие для российских разработчиков — ориентация на мелкосерийное производство вместо массового рынка, в том числе и зарубежного. При этом у КМ211 уже на данный момент основные клиенты — это коммерческие компании, занимающиеся разработкой решений в области промышленной автоматизации и обеспечения безопасности.

Андрей Малафеев, работающий в «Байкал Электроникс», также поддерживает точку зрения о необходимости выхода на мировой рынок — по его словам, производство современной микроэлектроники просто невозможно замкнуть в одной стране. Для Baikal-T1 в качестве приоритетных рассматриваются более полудесятка стран — от ОАЭ до Германии; в дальнейшем для расширения своего присутствия на рынке компания планирует представить процессоры для ПК и мобильных устройств.

В Imagination Technologies дополняют, что для успеха российских разработчиков ключевым является не только факт выхода на мировой рынок, но и подготовка квалифицированных кадров в России. По словам Тони Кинг-Смита, пока в России всего несколько университетов преподают полноценные курсы по разработке интегральных схем, в то время как эти знания должны быть доступны во всех вузах, готовящих специалистов по информатике. Чтобы помочь наладить учебный процесс, недавно Imagination Technologies перевела на русский язык и обеспечила бесплатный доступ к учебнику «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» Дэвида Харриса и Сары Харрис, фактически покрывающему значительную часть университетского курса.

Очевидно, что до безоблачного существования разработчикам российских процессоров пока далеко, — фактически большинство из них лишь в начале пути, выпускают продукцию небольшими партиями для госсектора или под узкоспециализированные коммерческие проекты. Тем не менее рост числа компаний, работающих в этой отрасли, равно как и их стремление выйти на массовый рынок, в том числе международный, позволяет надеяться, что уже через несколько лет об отечественных процессорах будут говорить с куда меньшим скепсисом.

Прим. ред. ВЭ: Остается добавить, что перечисленными в статье примерами российские разработки микропроцессоров не исчерпываются. В частности, уникальная микропроцессорная архитектура «Мультиклет» создана целиком в России и уже нашла воплощение в кристаллах. Есть свои разработки у зеленоградского «Миландра» и других молодых команд...

Читайте также:
Учебник «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» вышел на русском языке и бесплатно
Зеленоградская «ЭЛВИС-НеоТек», портфельная компания Роснано, разработала первый 40-нм российский процессор - VIP-1
Первый российский коммерческий микропроцессор общего назначения Baikal-T1 представлен официально
Российские 28-нм ARM-микропроцессоры Baikal для госкомпьютеров появятся в 2015 г.
«Байкал Электроникс» и «Акситех» договорились об использовании отечественной ЭКБ
Стартовали продажи опытных образцов первых компьютеров и серверов с российским процессором «Эльбрус-4С»
Выпуск 90-нм процессоров «Эльбрус» на заводе «Микрон» может стать событием года в отечественной микроэлектронике
Восьмиядерные российские процессоры – теперь в ассортименте. На очереди 16-ядерные
Образцы 8-ядерных 28-нм процессоров Эльбрус-8С будут доступны в октябре
Микропроцессор «Эльбрус-8С» пойдет в серию в 2016 году
4-ядерный российский микропроцессор «Эльбрус-4С» готов к серийному выпуску
Российские компании создали собственную вычислительную платформу, пока не на Baikal
«Т-Платформы» при финансовой поддержке «Роснано» создают центр проектирования микроэлектронных компонентов
4-ядерный российский микропроцессор «Эльбрус-4С» готов к серийному выпуску
Разработчики российского процессора «Эльбрус» просят поддержки государства
Первые ПК на российских процессорах сошли с конвейера
ПК на российском процессоре «Эльбрус» выпустит компания Kraftway
Разработчик процессоров «Эльбрус» готовит мега-проект по суперЭВМ
100% российский компьютер представлен публике
В России выпустили первую партию процессоров «принципиально новой архитектуры»
Российским суперкомпьютером от компании «Мультиклет» интересуются китайские инвесторы
Микрон, Элвис и Миландр получили премию за успехи в импортозамещении
«Микрон» запустит производство 65-нм микросхем в 2014 году
Зеленоградские компании заняли большинство призовых мест в конкурсе «Золотой Чип»

Источник: Лента.ру

Оцените материал:

Автор: Олег Артамонов для «Ленты.ру»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты