Министерство внутренних дел России (МВД), по сообщению газеты «Ведомости», столкнулось с серьёзными проблемами при замене вышедших из строя серверов на российских процессорах «Эльбрус», разработкой которых занимается АО «МЦСТ». Дело в том, что поставки этих чипов ограничены.

Как сообщил заместитель начальника департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД Игорь Кашпур, с 2020-го по 2024 год ведомство приобрело в общей сложности 709 серверов с процессорами «Эльбрус». В частности, в марте 2021-го МВД выделило 1,16 млрд руб. для закупки 298 систем. Позднее в том же году планировалось приобрести ещё 80 серверов на 350 млн руб. А в 2023-м ведомство получило 23 сервера на «Эльбрусах» общей стоимостью 86,3 млн руб.

Как отмечает Кашпур, серверы служат для поддержания работы сервисов автоматизации деятельности центров фиксации административных правонарушений в области дорожного движения в базе специального ПО «Паутина», а также единого информационного ресурса регистрационного иммиграционного учета. Проблема заключается в том, что эти машины демонстрируют невысокую отказоустойчивость. Причём у МВД фактически отсутствует возможность оперативной замены такого оборудования при выходе его из строя вследствие форс-мажорных обстоятельств, поскольку отгрузки новых серверов осуществляются исключительно в плановом порядке.

Источник изображения: МЦСТ

В МЦСТ говорят, что имеющийся на сегодняшний день резерв чипов «Эльбрус» распределён, тогда как новые партии «временно не производятся». Вместе с тем директор по развитию компании Константин Трушкин сообщил, что возможности и мощности для производства требуемого оборудования у МЦСТ имеются. По его словам, решаются вопросы, связанные с возобновлением поставок.

Говорится также, что проблемы с серверами на чипах «Эльбрус» испытывают и другие организации, в число которых входят банки, операторы и госкорпорации. Участники рынка говорят, что трудности с выпуском процессоров у МЦСТ возникли в связи с санкциями. От выпуска «Эльбрусов» отказался тайваньский контрактный производитель TSMC, который ранее занимался выполнением соответствующих заказов. У МЦСТ были планы по переносу производства на завод «Микрон», но они так и не были реализованы. Сейчас компания находится под внешним управлением.

Компания МЦСТ, занимающаяся разработкой российских процессоров «Эльбрус», объявила об открытии исходного кода компонентов дистрибутива «Эльбрус Линукс». Они обеспечивают поддержку архитектуры «Эльбрус» и могут использоваться сторонними разработчиками при реализации собственных проектов.

В частности, опубликованы исходники ядра Linux версии 5.10.* и библиотеки glibc с поддержкой платформы «Эльбрус». Кроме того, доступен набор патчей для оригинальных исходных текстов прикладных пакетов дистрибутива «Эльбрус Линукс». Программный код и патчи приведены к такому виду, в котором ими можно пользоваться без доступа к внутренним ресурсам и инструментарию МЦСТ.

Источник изображения: МЦСТ

Отмечается, что компоненты публикуются «как есть» — без гарантии пригодности для сборки сторонними сборочными системами и без гарантии совместимости патчей с иными версиями оригинальных исходных текстов, кроме тех, для которых они разработаны. Исходники рассчитаны на целевую аудиторию, обладающую достаточной технической квалификацией для самостоятельной сборки программ.

Одновременно компания МЦСТ сообщила о запуске веб-портала dev.mcst.ru для разработчиков ПО на платформе «Эльбрус». На этой площадке размещены полезные ссылки на тематические ресурсы, руководство по эффективному программированию на платформе «Эльбрус», исходники и пр.

В дальнейшем база исходного кода компонентов для архитектуры «Эльбрус» будет обновляться и пополняться. В частности, будут появляться дополнительные пакеты, портированные на платформу. Плюс к этому готовятся различные средства разработки.

Дизайн-центр микроэлектроники МЦСТ, разработчик процессоров «Эльбрус», по сообщению газеты «Коммерсантъ», сформировал новую структуру — ООО «Эльбрус». В проекте также участвуют ООО «Научно-исследовательский центр цифровых технологий» (НИЦ ЦТ) и ООО «Институт государственно-частного планирования» (Институт ГЧП).

Известно, что доля МЦСТ в новой организации составляет 40 %, два других партнёра получили соответственно 35 % и 25 %. Генеральным директором значится Константин Зыкин, а основным видом деятельности — «разработка программного обеспечения».

Источник изображения: МЦСТ

Предполагается, что ООО «Эльбрус» займётся разработкой «отечественных высокопроизводительных и безопасных» программно-аппаратных комплексов (ПАК) на базе одноимённых процессоров. При этом будет использоваться «специальное ПО от НИЦ ЦТ, максимально реализующее технологические возможности, заложенные в архитектуру» чипов «Эльбрус». Проектируемые системы, как ожидается, будут востребованы в рамках инициатив по переходу на российские оборудование и ПО.

В ООО «Институт ГЧП» сообщили, что сформированная структура нацелена на импортозамещение ПАК «с работой в режиме реального времени на рынке промышленной автоматизации, в том числе на объектах критической информационной инфраструктуры». Объём инвестиций в проект и сроки выхода ПАК на коммерческий рынок не уточняются. Но известно, что производство комплексов планируется организовать в новом «кластере двойного назначения, который сейчас формируется в Москве и Подмосковье».

Однако некоторые участники рынка сомневаются в успехе проекта. Дело в том, что у новых партнёров МЦСТ нет собственных производств, а об их разработках «практически ничего не известно».

Российские процессоры Эльбрус, разрабатываемые компанией МЦСТ, вызывают немало споров вокруг самой архитектуры и доступности изделий на её основе. Но платформа продолжает жить и развиваться, несмотря на все трудности. Для всех процессоров разработан типовой ряд модулей и системных плат, от простых вариантов с одним CPU до высокоплотных четырёхсокетных. Есть решения и для обычных настольных ПК, а также модули для встраиваемых и терминальных систем.

В конце прошлого года на очередной партнёрской конференции МЦСТ были опубликованы новые доклады, в том числе, освещающие изменения в ситуации с доступностью процессоров и решений на их основе. А изменений этих немало. Во-первых, окончательно устаревшими можно признать чипы Эльбрус-8. Им на смену пришла усовершенствованная версия Эльбрус-8СВ. Крупная партия этих чипов в настоящее время уже получена и находится в процессе таможенного оформления. Этот чип, напомним, лишён целого ряда недостатков, присущих Эльбрус-8С.

Однако 28-нм техпроцесс себя исчерпал, и в 2022 году на смену придут 16-нм процессоры Эльбрус-16С, Эльбрус-12С и Эльбрус-2С3. В их основу легла новая, шестая версия VLIW-архитектуры МЦСТ. Она сопровождается отказом от уже устаревшей и медленной схемотехники подсистем ввода-вывода, реализованной в предыдущем поколении Эльбрус на базе моста КПИ-2 и переходом на интегрированный контроллер PCI Express.

Старший 16-ядерный вариант получил 8-канальный контроллер DDR4-3200, что вполне отвечает требованиям современности. Планка максимального объёма оперативной памяти поднята до 16 Тбайт в четырёхпроцессорной системе (4х4 Тбайт). Благодаря новому техпроцессу удалось удержать в приличных рамках теплопакет, выросший с 80 до 110 ватт при вдвое большем количестве ядер.

Современный серверный процессор немыслим без виртуализации, и в новых решениях МЦСТ её аппаратная поддержка реализована в полном объёме, в том числе, для кода x86. Появилась поддержка динамической компиляции, дополнительно оптимизирована работа с невыровненными данными. Но главное, что образцы Эльбрус-16С и 2С3 получены и успешно прошли тесты. Подготовлена вторая ревизия, данные по ней уже переданы контрактному производителю.

Младший Эльбрус-2С3 в дополнение к интегрированному GPU получил продвинутый набор аппаратных кодеков, который включает VP9 и H.264/H.265. Процессор пойти в серию в течение этого года, а рабочие прототипы систем на его базе уже есть. 12-ядерный Эльбрус-12С наиболее интересный, как платформа для рабочих станций разработки ПО для данной архитектуры, пока ждёт второй ревизии, которая должна быть готова в течение первой половины 2022 года.

Не забывает МЦСТ и о корнях — разработке архитектур на базе SPARC. Образцы процессора R2000+ также получены и прошли инженерные тесты. Это чип, ориентированный на сверхэкономичные системы — его теплопакет составляет всего 5 Ватт, но при этом он имеет встроенное графическое ядро с функциями 3D-ускорения.

Что касается приверженности самой архитектуре VLIW, то МЦСТ продолжает настаивать на преимуществах явного параллелизма команд, осознавая, разумеется, необходимость качественного компилятора. Интерес представляет диаграмма применимости архитектуры Эльбрус: она не очень подходит для веб-задач и скриптовых языков, а лучше всего, по мнению разработчиков, раскрывает себя в задачах HPC/Big Data, СУБД и ИИ-системах.

Что касается внедрения, то серверы на базе процессоров Эльбрус активно внедряются в государственных учреждениях: ЦОД для ГИС «Мир» содержит порядка 200 серверов, а МВД России недавно закупило более 400 серверов для автоматизированной системы фиксации нарушений. РЖД внедряет тонкие клиенты на базе Эльбрус, а также использует его в системах автоматики управления стрелочным хозяйством. Силами Ростелеком создано первое облако на базе Эльбрус-8С/СВ.

Но, пожалуй, наибольшего успеха в импортозамещении добились энергетики: удалось разработать и внедрить самый широкий спектр решений на базе Эльбрус, от систем автоматики для подстанций до полноценной АСУ ТП «ПАК МАРС» для компании Россети. В последнем случае Эльбрус используется во всех компонентах, от клиентских рабочих мест до серверов и СХД.

С точки зрения программной экосреды наиболее интересна система двоичной трансляции, позволяющая запускать ПО, разработанное для х86-64, которое затем постепенно можно оптимизировать и переводить в «родной режим». Начаты работы по внедрению механизмов динамической оптимизации на базе LCC и LLVM. Также стоит отметить появление поддержки LLVM 13-ой ветки и бета-версию систем виртуализации на базе KVM + QEMU + libvirt.

МЦСТ заботится о разработчиках: первые 100 экземпляров плат на базе Эльбрус-16С и 2С3 уже разосланы партнёрам для реализации пилотных проектов. Компания готовится сертифицировать дизайн-центры и контрактные производства, а также сообщает о том, что появились первые дистрибьюторы, работающие с продукцией на базе Эльбрус.

Весьма интересны как планы МЦСТ по выпуску новых процессоров на базе VLIW-архитектуры седьмого поколения, так и данные относительно нововведений в этой архитектуре. В планах создание процессора с числом ядер до 64 и с системой команд, включающей крипто- и нейропримитивы, продвинутыми средствами виртуализации и безопасных вычислений, и, что немаловажно, поддержкой прогрессивного универсального стандарта CXL 2.0.

Запланировано использование 6-нм техпроцесса, а также выпуск чипов с меньшим количеством ядер для рабочих станций и ноутбуков. Также рассматривается возможность создания гибридного процессора, сочетающего ядра Эльбрус и RISC-V. Такой чип с учётом поддержки бинарной трансляции сможет претендовать на звание самого универсального ЦП в мире.

Ознакомиться полнее с материалами конференции можно на сайте МЦСТ. В целом, архитектура Эльбрус выглядит живой и развивающейся, решения на базе уже освоенных 8-ядерных процессоров активно внедряются в России, а более новые 12 и 16-ядерные CPU гораздо лучше соответствуют современным требованиям. Что касается Эльбрус-32С, то это амбициозный проект, в котором сочетаются как новейшие технологии (DDR5 и CXL 2.0), так и уникальные архитектурные особенности.

На мероприятии Elbrus Tech Day компания МСЦТ рассказала о текущих достижениях и планах развития серии российских процессоров Эльбрус. Сейчас наиболее современным CPU этой линейки является Эльбрус-8СВ на базе архитектуры E2K (Эльбрус 2000) пятого поколения, но в ближайшие годы появятся сразу три SoC шестого поколения: Эльбрус-16С, Эльбрус-2С3 и Эльбрус-12С.

Эльбрус-8СВ является эволюционным развитием Эльбрус-8. Оба чипа используют 28-нм техпроцесс, но за счёт оптимизаций у 8СВ удалось поднять частоту, что вкупе с поддержкой широких векторных инструкций и более современного стандарта памяти дало двукратный рост теоретической пиковой производительности. Впрочем, для программ, не использующих SIMD, прирост пропорционален увеличению тактовой частоты + они всё равно выигрывают от увеличения скорости работы памяти.

На базе этих и других процессоров компания МЦСТ разрабатывает референсные дизайны материнских плат различных форм-факторов, которые можно лицензировать для дальнейшей кастомизации. Часть партнёров компании разрабатывает собственные материнские платы и изделия на их основе. В скором времени на TSMC будет размещён заказ на изготовление очередной партии Эльбрус-8СВ объёмом 10 тыс. штук. В целом, вокруг уже имеющихся CPU сложилась достаточно заметная экосистема как аппаратных, так и программных продуктов и решений.

Следующее поколение процессоров будет разнообразнее. Помимо 16-ядерного Эльбрус-16С, ориентированного на высокопроизводительные серверные системы, будет и модель попроще, которая появится позже остальных — Эльбрус-12С. Этот 12-ядерный CPU рассчитан на серверы начального уровня, а также рабочие станции. А главное отличие от 16С будет в цене. Наконец, ещё один чип, двухъядерный Эльбрус-2С3, ориентирован на мобильные системы, в том числе планшетные компьютеры.

Эльбрус-16С

Все чипы будут изготавливаться на TSMC по 16-нм техпроцессу FinFET и будут основаны на шестом поколении архитектуры E2K. Строго говоря, это уже не процессоры, а полноценные SoC с интегрированными контроллерами для различной периферии, и для работы им не требуется внешний чип южного моста, как было ранее. В случае Эльбрус-16С площадь кристалла составляет 618 мм² (25,3 × 24,4 мм), упакован он в корпус HFCBGA4804 с габаритами 63 × 78 мм. Кристалл содержит 12 млрд транзисторов, а его мощность не превышает 130 Вт.

Значительная часть изменений в архитектуре коснулась подсистемы памяти. В частности, были увеличены размеры кешей, суммарный объём которых достиг 51 Мбайт: общий для всех L3-кеш 32 Мбайт, увеличенный до 1 Мбайт L2-кеш, L1-кеш для инструкций на 128 Кбайт + L1-кеш данных на 64 Кбайт. Контроллер памяти стал восьмиканальным, получил поддержку модулей DDR4-3200 и 2DPC, что даёт до 4 Тбайт RAM на сокет с суммарной пропускной способностью до 200 Гбайт/с.

Первые инженерные образцы Эльбрус-16С, полученные в конце прошлого года, уже выдают в бенчмарке stream скорость порядка 70-80% от максимально возможной. Контроллеры попарно подключены к четырём агентам (HMU), «прикреплённым» к внутренней mesh-шине с пропускной способностью 2 Тбайт/с, объединяющей память и ядра. Чип можно разделить на два или четыре NUMA-домена, что полезно для ряда задач.

Одной из таких задач является виртуализация, и в Эльбрус-16С она, наконец, стала полноценной — новые процессоры поддерживают аппаратную виртуализацию практически всех важных ресурсов, в том числе и для режима x86-трансляции, который тоже никуда не делся. Для CPU прошлых поколений всё ещё можно использовать контейнеризацию, но МЦСТ занимается и подготовкой паравиртуализированного ядра и сопутствующих компонентов, включая KVM, QEMU, libvirt и virt-manager.

Для самих ядер был произведён редизайн микроархитектуры, что дало повышение скорости работы и новые возможности. В частности, появились новые SIMD-инструкции в дополнение к имеющимся, поддержка FMA по стандарту IEEE 754-2008 (требуется в современных стандартах C), динамическая оптимизация (касается планирования, что важно для VLIW), новый контроллер прерываний (необходим для виртуализации) и так далее.

Пиковая теоретическая производительность ядра составляет 96 Гфлопс для вычислений одинарной точности и 48 Гфлопс — для двойной. Для всего CPU это 1,5 Тфлопс и 768 Гфлопс соответственно. Предварительные тесты показывают прирост производительности в 2-2,5 раза в сравнении с Эльбрус-8СВ, но надо помнить, что очень много зависит от оптимизаций со стороны компилятора. Само ядро хоть и стало сложнее, но оно всё равно проще, чем ядра современных x86-64 процессоров.

Слабым местом новых чипов, на наш взгляд, является IO-блок. В состав SoC входят четыре root-комплекса PCIe 3.0, которые в сумме дают 32 линии. Из них 8 или 16 линий можно выделить на подключение внешнего южного моста, если не хватает того, что встроен в сам чип. Он предоставляет 2 порта SATA 3.0, 4 порта USB 3.0/2.0 и два мульти-порта, дающих или пару SATA, или пару Ethernet с максимальной конфигурацией 10GbE + 2.5GbE.

Ещё 8 линий PCIe можно отдать на канал для межпроцессорной связи (IPL) в дополнение к двумя каналам, которые есть всегда. В двухсокетной системе, таким образом, можно объединить CPU двумя или тремя IPL. Правда, скорость одного такого канала составляет всего 12 Гбит/с (на инженерных образцах пока достигли 10 Гбит/с), что значительно меньше, чему у UPI или Infinity Fabric. Всего в одной системе может быть объединение до четырёх процессоров.

Помимо прочего, в чипах реализованы различные RAS-функции для повышения надёжности работы. Также улучшен мониторинг процессора и управление его питанием и охлаждением. Вероятно, теперь уже все системы на базе новых CPU будут комплектоваться BMC-контроллером — ASPEED AST2500 и в перспективе AST2600 — с собственной прошивкой на базе OpenBMC и с встроенной микро-ОС, упрощающей инициализацию и работу с оборудованием. Референсный дизайн двухсокетной платы 2Э16С-SPRC появится в середине этого года, а однопроцессорной Micro-ATX — к концу.

В 2022 году появятся и другие варианты двух- и четырёхсокетных систем с Эльбрус-16С, а также одно- и двухсокетные платы для Эльбрус-12С. Партнёры МЦСТ, надо полагать, тоже не будут сидеть без дела. Напомним, что формально окончание разработки Эльбрус-16С намечено на конец этого года. Для Эльбрус-2С3 и Эльбрус-12С точные сроки озвучены не были. И если 12-ядерная модель, скорее всего, очень похожа на 16-ядерную, то младший чип серии заметно от них отличается.

Эльбрус-2С3 имеет всего два ядра шестого поколения с тактовой частотой 2 ГГц, два канала памяти DDR4-3200 и производительность до 192/96 Гфлопс FP32/FP64. У него есть 16 линий PCIe 3.0. В его состав входит 3D-ядро Imagination PowerVR GX6650 (300 Гфлопс), ряд (де)кодеров видео, а также 2D-ядро собственной разработки. Есть четыре видеовыхода (из них 2 HDMI) и поддержка 4K-вывода. Для этой SoC компанией в течение 2021 года будут подготовлены первые платы Micro-ATX и Mini-ITX.

Характеристики будущих процессоров Эльбрус-32С пока до конца не определены, но примерные очертания будущего продукта уже есть. CPU должен иметь производительность не ниже 1,5/3/6 Тфлопс для вычислений FP64/FP32/FP16 и содержать от 32 ядер с частотой более 2 ГГц. Возможно, будет и 64 ядра седьмого поколения E2K. Объём L3-кеша должен как минимум удвоиться, а контроллер памяти, возможно, получит поддержку DDR5 объёмом не менее 4 Тбайт/сокет. Предполагается возможность работы как минимум двухсокетных конфигураций.

Дальнейшее развитие могут получить виртуализация и фирменная технология безопасных вычислений с попутным добавлением новых инструкций. Уже сейчас разработчики хотят предоставить 64 линии PCIe 5.0, что открывает путь к использованию CXL 2.0. К встроенным контроллерам, помимо NVMe, без которого уже точно не обойтись, могут добавиться 100GbE и USB 3.1 или более новые. Будущие кристаллы перейдут на техпроцесс не толще 7 нм, а их площадь вырастет до 600 мм².