Baikal Electronics testis jõudlusnäitajate määramiseks Baikal-T1 protsessoreid. Cnews võrdles Venemaa kiibi jõudlust Inteli ja AMD protsessoritega. Selgus, et Baikal-T1 omadused on 5-10 aastat tagasi välja antud välismaiste kiipide tasemel.
Baikal-T1 sagedusega 1,2 GHz on ehitatud MIPS-arhitektuuri baasil, kasutades 28 nm protsessitehnoloogiat. See sisaldab DDR3-1600 mälukontrollerit ja 1 MB L2 vahemälu, toetab ühte 10 Gb Etherneti porti, kahte 1 Gb Etherneti ja SATA 3.0 porti, PCIe Gen.3 x4 kontrollerit ja USB 2.0.
Baikal-T1 testiti populaarsetes võrdlusalustes: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006. Katse viidi läbi järgmistel tingimustel:
Baikal Electronicsi esindaja Andrei Malafeev märkis, et tegelikud jõudlusnäitajad "ületavad MIPS P-klassi protsessorituumade hinnangulisi omadusi ja need omakorda näevad x86 arhitektuuriga võrreldes väga soodsad välja." Me räägime kõigepealt jõudluse ja energiatarbimise ning kiibi pindala suhtest.
Cnewsi spetsialistid testisid Baikal-T1 CoreMarki etalonil ja võrdlesid tulemusi Inteli ja AMD protsessoritega. Tulemused osutusid oodatust kõrgemaks, kuid loomulikult ei püstita Baikal-T1 rekordeid:
Meenutagem, et Baikal-T1 töötati välja kuni 2014. aastani. 2014. aasta detsembris viidi toote RTL kood üle TSMC tehasesse ning 2015. aasta mais laekus esimesed insenerinäidised. Pärast seda testis Baikal Electronics kiipe ja sai tööstus- ja kaubandusministeeriumilt laenu 500 miljoni rubla eest. Pärast 288 omavahendite lisamist esitas ettevõte TSMC-le tellimuse ja 2016. aasta septembris sai 10 tuhande protsessoriga installipartii. Peagi peaks välja tulema 100 000. tööstuslik kiipide partii.
12.04.2018, Igor Oskolkov
Nad on olemas! Saime testimise eest hindamispaneeli esimese avalikult kättesaadava versiooni või, nagu loojad ise seda nimetavad, BFK 3.1 arendajatele mõeldud tarkvara- ja riistvarakompleksi kodumaise väljatöötatud Baikal-T1 SoC-ga, mis põhineb MIPS P5600 Warrior arhitektuuril.
Kõigepealt tasub rõhutada, et BFK 3.1 on tarkvara- ja riistvarakompleks (kuid harjumusest kutsume seda lihtsalt tahvliks) arendajatele, mitte aga lõpptoodete loomise alus. Keegi täie mõistuse juures ei kasutaks seda jämedalt öeldes süsteemi kokkupanemiseks. Esiteks osutub see ebamõistlikult kalliks. Teiseks on see idee üsna mõttetu. Ei, plaati on vaja tarkvara arendamiseks ja silumiseks ning protsessori enda jõudluse ja selle ühilduvuse hindamiseks teiste seadmetega. Selle võrdlemine ühe plaadiga mikroarvutitega nagu Raspberry Pi või Cubieboard on samuti vale, kuigi formaalselt on see neile lähedane.
BFK 3.1 plaat
Teised protsessorite tootjad pakuvad sarnaseid arendustööriistu. Sõltuvalt tüübist ja varustusest võivad need maksta sajast või kahest tuhandete ja tuhandete dollariteni. Oluline on see, et tegemist on esimese Baikal-T1 protsessoriga tahvliga, mis pole enam kättesaadav kitsale isikute ja organisatsioonide ringile, nagu varem, vaid peaaegu kõigile. Jah, see maksab palju - 40 tuhat rubla. Kallis, kuid firma suhteliselt väikese tootmismahu juures veel madalamat hinda pakkuda ei saa. Lisaks on klientidel pärast toote registreerimist juurdepääs suletud tehnilise dokumentatsiooni raamatukogule. Samuti saavad nad Altium Designer formaadis plaadi vooluringi disaini, mis kiirendab ja lihtsustab oluliselt BFK 3.1 plaatidel ja Baikal-T1 protsessoritel põhinevate oma tarkvara- ja riistvaralahenduste loomise protsessi.
Juhatus "Baikal" BFK 3.1
Plaat ise on varustatud põhiriistvaraga protsessoriga. Peaaegu kõik protsessori liidesed asuvad tahvlil. Puudu on ainult 10GbE port. Tahvli enda mõõdud on 229 × 191 mm (FlexATX). See sisaldab kahte SATA-3 porti (kontrolleri versioon 3.1), ühte SO-DIMM-pistikut DDR3-1600 mälumooduli jaoks, kahte Gigabit Etherneti RJ-45 porti, ühte A-tüüpi USB 2.0 pistikut, kahte Mini-B USB-porti (vajalikud silumine), üks PCI-E 3.0 x4 pesa. Olemas on 40 kontaktiga GPIO pin kamm (peamine kontroller on 32-bitine).
Toite saamiseks vajate mis tahes ATX 2.0 toiteallikat, mille võimsus on 200 vatti või rohkem. See väärtus on selgelt antud marginaaliga, isegi võttes arvesse PCI-E ja SATA seadmete tarbimist. Plaadil on eraldi nupud sisse/välja ja toite lähtestamiseks. Süsteemi käivitamise protsess on äärmiselt lihtne: installige mälumoodul, ühendage toiteallikas, ühendage arvuti ülemise mini-USB-pordiga, käivitage oma lemmikterminali emulaator, mis toetab COM-porte (võite vajada silla jaoks draiverit ise). See on kõik, vajutage nuppu ON ja valige alglaaduri menüüst soovitud üksus.
Plaadil on kaks NOR-mälumoodulit mahuga 16 ja 32 MB. Esimene neist on buutitav, see sisaldab tegelikku püsivara. Siin on kõik standardne: U-Boot + Linuxi kernel + minimaalne pilt BusyBoxiga. Samuti on võimalik alla laadida üle võrgu NFS- või TFTP-serverist. See on manustatud süsteemide jaoks piisav. Sellisel juhul on lõpptooteks suhteliselt kompaktne plaat, millel on juba joodetud vajaliku mahuga RAM ja ROM ning eelnevalt ettevalmistatud ja teatud tööülesannete jaoks optimeeritud tarkvarakeskkond. Näiteks võite vaadata samu kodu ruutereid.
Teine võimalus tahvliga töötamiseks on täisväärtusliku OS-i käivitamine. Seda me kasutame testide jaoks. Arendajad pakuvad Debian 9 veidi muudetud versiooni koos SDK tuumaga. Pange tähele, et nad ise kogu tarkvara ümber ei ehita. Kasutatakse Debiani mipseli haru valmishoidlaid, seega pole selle konkreetse protsessori jaoks optimeeritud. Tavolga Terminal 2BT1 seadmetele on aga olemas ka Special Edition komplektid, kuhu on paigaldatud sama Baikal-T1 protsessor. Kuid kahjuks ei postita keegi neid avalikult. Oodata on ka Alt Linuxi ja Buildrooti tuge ning võimalik on käivitada OpenWRT/LEDE.
Debiani käivitamiseks peate SDK-st võtma kerneli, püsivara ja mäluketta pildid. SDK ise sisaldab ka abitööriistu ristkompileerimiseks, skripte ROM-pildi loomiseks ja QEMU jaoks ettevalmistatud VM-i, kus saate oma programme eelnevalt siluda. Debian 9-ga töötamist versioonis BFK 3.1 ei saa veel nimetada ideaalselt sujuvaks: pärast installimist peate sätteid nuputama ja mõne tarkvara installima, kuid sellega pole erilisi probleeme. Kahju ainult, et tahvli jaoks pole veel täielikku dokumentatsiooni: mõned asjad tuleb katseliselt välja selgitada või küsida otse arendajatelt.
Testide jaoks ühendati plaat iidse (tänapäevaste standardite järgi) Kingston SSDNow V draiviga operatsioonisüsteemi jaoks ja Samsungi valmistatud 4 GB DDR3L-1600 mälumooduliga. Sellest aga piisab protsessori võimalustega tutvumiseks. On veel üks nüanss - kontrolleri omaduste tõttu pole kogu SO-DIMM-moodulis olev mälu nähtav. Teine oluline punkt puudutab testprogrammide põhikoostamist lähtekoodidest: kõik see tehti otse BFK 3.1-s. Vajadusel on olemas kompilaatori lülitid.
Peab ütlema, et montaažiprotsess ei ole alati valutu. Kuskil pidin optimeerimisparameetrite kallal nokitsema, et saavutada parim tulemus. Midagi oli edukalt kokku pandud, kuid täitmise ajal jooksis see kokku või käitus valesti. Kohati oli tunne, et arendajad ei teadnud muude platvormide olemasolust peale x86. Ja see ei kehti ainult tarkvara kohta. Eelkõige ei tööta tänapäevased GPU-d tõenäoliselt PCI-E-s, kuna loojate sõnul vajavad peaaegu kõik neist UEFI/BIOS x86. Probleeme võib tekkida ka seadmetega, mis kasutavad sisemiselt näiteks PCI ↔ PCI-E silda.
Baikal-T1 protsessori omadused
Esiteks lühike märkus protsessori enda kohta. Baikal-T1-l on kaks 32-bitist tuuma, mis põhinevad P5600 Warriori arhitektuuril (MIPS32 Release 5), millel on virtualiseerimise riistvaraline tugi. Iga tuum sai 64 KB L1 andmete ja juhiste vahemälu. Mõlemal tuumal on üks ühine L2 vahemälu mahuga 1 MB. Igal tuumal on ka oma FPU-seade, mis toetab 128-bitist SIMD-d. Tuumad, L2 ja FPU töötavad samal sagedusel: 1,2 GHz. Protsessor on võimeline sooritama kuni nelja täisarvulist toimingut, kuni kahte kahekordse täpsusega ujukomaoperatsiooni või nelja ühekordse täpsusega ujukomaoperatsiooni taktitsükli kohta. See tähendab, et teoreetiline tippjõudlus on 4,8 Gflops FP64 (2 südamikku 1,2 GHz × 2 FP64) või 9,6 Gflops FP32. Praktikas on aga potentsiaali avamiseks (nagu kommentaarides öeldakse) vaja nii käsitsi koodi optimeerimist kui ka kompilaatorit, mis “teab” FPU/SIMD funktsioone.
Tegelikkuses annab näiteks avatud lähtekoodiga GCC koostatud Linpacki optimeerimata versioon tulemusi, mis on oodatust suurusjärgu võrra väiksemad. Üldiselt on olukord uute või spetsiifiliste (nagu Elbruse) arhitektuuride puhul üsna tavaline. Seda tuleks alltoodud tulemuste hindamisel arvesse võtta. Teine oluline punkt puudutab sensatsioonilisi haavatavusi Meltdown ja Spectre. MIPS32r5 arvutusüksused on superskalaarsed ja suudavad täita käske ebakorrapäraselt, kuid sügavat spekulatiivsust pole selgesõnaliselt mainitud. Kerneli arendajad on väljastanud hoiatuse Spectre (kuid mitte Meltdowni) võimaliku esinemise kohta "puhastes" P5600/P6600 tuumades. Loojate sõnul ei tööta Baikal-T1 puhul ametlik haavatavuse kontrollimise kood, kuid selle puudumist on veel vara täiesti kindlalt väita. Protsessori turvalisuse testimiseks on plaanis korraldada eraldi häkaton.
Südamikud suhtlevad teiste komponentidega AXI siini kaudu. Kõikidel kiiretel liidestel on DMA tugi. Ühe kanaliga mälukontroller ise toetab DDR3-1600 koos ECC-ga. Protsessori toetatud maksimaalne RAM-i maht on 8 GB. On veel üks nüanss - mälukontrolleril on andmesiin laiusega 32 bitti ja 8 bitti ECC ning see toetab tööd mälukiipidega laiusega 8 kuni 32 bitti. Valmistoodete puhul, mille sobivad moodulid on juba joodetud, pole probleeme, kuid tavaliste SO-DIMM-idega plaat "näeb" ainult poolt deklareeritud mahust, kuna need "näevad" tavaliselt välja 64-bitise liidesega. Noh, töökiirus jääb ilmselgelt väiksemaks - kuni 6,4 GB/s.
CPU-s olevate huvitavate plokkide hulgast võime esile tõsta meie enda disainitud kaasprotsessorit, mis võimaldab näiteks kiirendada krüptimist vastavalt GOST standarditele (aga mitte ainult) ja 10-gigabitist kontrollerit. Viimase jaoks, nagu eespool märgitud, on vaja eraldi SFP-pordiga mezzanine. Seda tehti selleks, et alandada BFK 3.1 lõpphinda ja kõigil pole seda porti arendamiseks vaja. Ülejäänud plokid on litsentsitud ettevõtetelt MIPS, Imagination Technologies ja Synopsys. Saate imetleda kiibi sisemist struktuuri.
Mezzanine 10 GbE SFP-ga esimese põlvkonna BFK jaoks. BFK 3.1 jaoks praegu sellist tahvlit pole.
Toiteallika jaoks vajab protsessor pinget 0,95 V ja deklareeritud energiatarve ei ületa 5 vatti. Testide käigus soojenes CPU veidi üle 60 kraadi Celsiuse järgi. See ei vaja aktiivset jahutamist, kuid suletud korpuses ei ole radiaatori olemasolu üleliigne. Tuumsagedust reguleeritakse dünaamiliselt vahemikus 200–1500 MHz, kuid selleks on vaja OS-i tuge, nii et praegu saab praeguses Debiani versioonis sageduse seadistada süsteemi käivitamisel. Igal juhul võib väikese koormuse korral töötamise ajal üks tuum automaatselt täielikult välja lülituda. "Baikal-T1" toodetakse TSMC tehastes, kasutades 28-nm protsessitehnoloogiat. Iseenesest maksab see 65 dollarit. Samuti on oluline märkida, et see mudel töötati algselt välja mitte ainult ja mitte niivõrd valitsuse klientide jaoks. Loojate ideede ja lootuste kohaselt peaks see meeldima ka tavalistele kommertstarbijatele, kes loovad tooteid tsiviilsektorile.
CoreMarki test
Liigume otse testide juurde. Esimene rida on CoreMark, spetsiaalne võrdlusalus, mida kasutatakse manustatud süsteemide protsessorite ja SoC-de jõudluse hindamiseks. Tegelikult alustas Imagination Technologies lugu MIPS P5600 Warriori tuuma eelistest just CoreMarki uue rekordi väljakuulutamisega. Tõsi, me rääkisime ühest tuumast, mis pealegi eksisteeris sel ajal ainult FPGA simulatsioonina ja töötas sagedusel 20 MHz. Siis rääkisime rekordist CoreMarki väärtuses megahertsi kohta tuuma kohta: 5,61, kuid tegelikkuses peaksite arvestama umbes 5-ga. Arendajad tõid välja isegi P5600 suurema efektiivsuse võrreldes Inteli lauaarvuti protsessoritega. Formaalselt on Baikal-T1 liider megahertsi ja megahertsi/tuuma osas. Praktikas ei karda tootjad absoluutarvudes jõudluse saavutamiseks kõrvale ulatuslikest meetoditest, sageduste ja tuumade arvu suurendamisest.
| CoreMark | |||||||
| Mudel | Arhitektuur | Sagedus, MHz | Südamikud | CoreMark | CoreMark/MHz | CoreMark/tuum | CoreMark/MHz/tuum |
| ARM Cortex-A15 | ARM Cortex-A15 | 1700 | 2 | 15908,00 | 9,36 | 7954,00 | 4,68 |
| Samsung Exynos 4412 | ARM Cortex-A9 | 1400 | 4 | 15399,42 | 11,00 | 3849,86 | 2,75 |
| Baikal T-1 (3DNews, eelkomp.) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 13052,51 | 10,88 | 6526,26 | 5,44 |
| Baikal T-1 (3DNews, hulgimüük) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 13039,36 | 10,87 | 6519,68 | 5,43 |
| Baikal T-1 (ametlik test) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 12364,00 | 10,30 | 6182,00 | 5,15 |
| Intel Core 2 Duo T5500 | x86-64 | 1660 | 2 | 12095,88 | 7,29 | 6047,94 | 3,64 |
| Baikal T-1 (3DNews, kasutatud hulgimüük) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 11988,45 | 9,99 | 5994,23 | 5,00 |
| Nufront NuSmart 2816 | ARM Cortex-A9 | 2000 | 2 | 11661,19 | 5,83 | 5830,60 | 2,92 |
| AMD E350 | x86-64 | 1600 | 2 | 10987,00 | 6,87 | 5493,50 | 3,43 |
| TI Sitara AM57xx | ARM Cortex-A15 | 1500 | 2 | 10976,40 | 7,32 | 5488,20 | 3,66 |
| Intel Atom E3827 | x86-64 | 1743 | 2 | 10820,91 | 6,21 | 5410,46 | 3,10 |
| VIA Nano X2 L4350 | x86-64 | 1600 | 2 | 9104,01 | 5,69 | 4552,01 | 2,85 |
| TI OMAP4460 | ARM Cortex-A9 | 1200 | 2 | 6357,78 | 5,30 | 3178,89 | 2,65 |
| NVIDIA Tegra 2 | ARM Cortex-A9 | 1000 | 2 | 5866,39 | 5,87 | 2933,20 | 2,93 |
| Allwinner A20 | ARM Cortex-A7 | 1000 | 2 | 2086,23 | 2,09 | 1043,12 | 1,04 |
Kahjuks ei koguta CoreMarki tulemuste baasi eriti hoolikalt, nii et pidime käsitsi valima testid kahetuumaliste kiipide jaoks, mille sagedused oleksid Baikal-T1 omadele lähedased ja selge märge, et test kasutab kahte lõime. Võrdluseks lisati üks neljatuumaline proov ja see pole juhus. Üldiselt saab tulemusi järjestada mitme kriteeriumi järgi korraga. Küll aga ilmneb kohe palju nüansse. Esiteks on nii ARM-i kui ka MIPS-i lahendused litsentsitud kolmandatele osapooltele, seega võivad sama kujundusega teostused oluliselt erineda. Teiseks sõltub palju koodi enda optimeerimisest, selle kokkupanemisest ja täitmiskeskkonnast.
Põhitesti jaoks kasutasime GCC 6.3 järgmiste valikutega: -O3 -DMULTITHREAD=2 -DUSE_PTHREAD -funroll-all-loops -fgcse-sm -fgcse-las -finline-limit=1000 -mhard-float -mtune=p5600. Arendajate endi testides kasutati ka kommertskeskkonda Sourcery CodeBench. Siin ja edasistes tabelites kasutatakse järgmisi tähistusi: „of. test" - arendajate veebisaidile postitatud tulemuste jaoks; "precomp" - protsessori loojate saadetud binaarsete võrdlusfailide käitamiseks; "b/opt." — omad lähtekoodide komplektid, kasutades avatud lähtekoodiga tööriistu ja määravaid võtmeid; "hulgimüük" — ristkompileerimine, kasutades SDK-d ja kaubanduslikke utiliite vastavalt arendajate “retseptidele”. Käsitsi optimeerimisega on võimalik saavutada paremaid tulemusi, mis on tulemustega tabelis väga selgelt näha. Kuid me ei seisa silmitsi ülesandega läbida võtmed ja süüvida koodi. Kuid Baikal-T1 tarkvaraarendajad peavad seda kindlasti regulaarselt tegema.
Klassikalised etalonid
Samast dokumendist saab võtta ka klassikaliste “vana kooli” etalonide tulemused. Stream test mälu ribalaiuse hindamiseks koostati ühe voo jaoks järgmiste klahvidega: -mtune=p5600 -O2 -funroll-all-loops. Tulemuseks on ligikaudu pool RAM-i teoreetilisest kiirusest.
| Voog (1 voog), MB/s | ||||
| Kopeeri | Kaal | Lisama | Kolmik | |
| of. test | 3119,2 | 3109,9 | 2466,9 | 2467,7 |
| 3DNews, eelkomp | 3255,8 | 3287,9 | 2481,0 | 2503,1 |
| 3DNews, hulgimüük. | 3255,6 | 3290,2 | 2480,9 | 2503,1 |
| 3DNews, kasutatud hulgimüük. | 3295,9 | 3284,4 | 2509,3 | 2485,8 |
Kõik eelnev CoreMarki kohta kehtib ka Dhrystone2 kohta (täisarvulised arvutused), mis koostati andmebaasi minimaalse võtmega: -O3 -funroll-all-loops -mtune=p5600. Paraku, nagu ülaltoodud näidetes, ei hiilga mõõtmisalus puhtuse ja täpsusega. Võrdluseks võeti mõned 32-bitiste arvutuste tulemused, mis viitasid selgelt optimeerimiste olemasolule. Kahjuks pole nende jaoks näidatud konkreetseid mudeleid või vähemalt CPU põlvkondi. Lisaks teeb asja keeruliseks TurboBoost vms tehnika olemasolu lühiajaliseks (ja see test on lihtsalt lühiajaline) protsessori baassageduse tõstmiseks, mis üldpilti hägustab. Jälle kordab test CoreMarki olukorda – megahertsides pole P5600 jõudlus halb.
| Dhrystone 2 | ||||
| Mudel | Arhitektuur | Sagedus, MHz | DMIPS | DMIPS/MHz |
| Intel Core i7 3930K (32-bitine, kiirendatud) | x86-64 | 4730 | 13877,00 | 2,93 |
| AMD Phenom II (32-bitine) | x86-64 | 3000 | 6676,00 | 2,23 |
| Baikal-T1 (3DNews, eelkomp.) | MIPS P5600 | 1200 | 4433,17 | 3,69 |
| Baikal-T1 (3DNews, hulgimüük) | MIPS P5600 | 1200 | 4432,27 | 3,69 |
| Baikal-T1 (ametlik test) | MIPS P5600 | 1200 | 4398,00 | 3,67 |
| Intel Pentium 4 | x86 | 3066 | 4012,00 | 1,31 |
| AMD Athlon XP | x86 | 2080 | 3700,00 | 1,78 |
| Baikal-T1 (3DNews, kasutatud hulgimüük) | MIPS P5600 | 1200 | 3650,40 | 3,04 |
| Intel Atom x5-Z8300 (32-bitine) | x86-64 | 1840 | 3044,00 | 1,65 |
| Broadcom BCM2837 (32-bitine, Rpi 3) | ARM Cortex-A53 | 1200 | 2469,00 | 2,06 |
| Broadcom BCM2836 (32-bitine, Rpi 2) | ARM Cortex-A7 | 900 | 1667,00 | 1,85 |
Kuid teised kaasaegsed protsessorid suurendavad seda, suurendades samal ajal sagedust, toetades 64-bitisi juhiseid ja tuumade arvu. Whetstone'is on kõik sama, ainult erinevus lõimede suurendamisest ja vektorjuhiste kasutamisest on veelgi silmatorkavam. Oh jah, kogu selle kraami kokkupanemiseks pidime koodi veidi kohandama, eemaldades ebaolulised kõned x86 assemblerile ja kontrollides x86 laienduste olemasolu, mida on vaja ainult protsessori tuvastamiseks.
| Whetstone (32-bitine, FP32) | ||||||
| Mudel | Arhitektuur | Vood | Sagedus, MHz | MWIPS | MWIPS/MHz | MWIPS/MHz/tuum |
| AMD Phenom X4 | x86-64 | 2 | 3000 | 5141,00 | 1,71 | 0,86 |
| Baikal-T1 (3DNews, kasutatud hulgimüük) | MIPS P5600 | 2 | 1200 | 1025,00 | 0,85 | 0,43 |
| Baikal-T1 (ametlik test) | MIPS P5600 | 2 | 1200 | 1213,00 | 1,01 | 0,51 |
| Baikal-T1 (3DNews, eelkomp.) | MIPS P5600 | 2 | 1200 | 1226,00 | 1,02 | 0,51 |
| Baikal-T1 (3DNews, hulgimüük) | MIPS P5600 | 2 | 1200 | 1227,00 | 1,02 | 0,51 |
| Intel Atom | x86-64 | 2 | 1600 | 1182,00 | 0,74 | 0,37 |
| Intel Core 2 Duo | x86-64 | 2 | 2400 | 4270,00 | 1,78 | 0,89 |
| Intel Core i7-4820K | x86-64 | 2 | 3900 | 7312,00 | 1,87 | 0,94 |
Gigabitiste võrguadapterite töö kiireks kontrollimiseks kasutati utiliiti iperf 3.1.3, mis näitas, et ühesuunaliste ühenduste puhul langes kiirus kokku vajaliku 940 Mbit/s, kuid dupleksis oli kiirus paraku tasemel. 1,2 Gbit/s. Arendajad selgitavad seda sellega, et täieliku jõudluse saavutamiseks on vaja tarkvara tasemel veidi häälestada.
Vene Föderatsiooni arendajad hakkasid looma oma mikroprotsessoreid, mida peetakse maailma juhtivate kaubamärkide toodetega üsna konkurentsivõimeliseks. Juba valmistatakse ette seerianäidiseid tööstuslikuks tootmiseks, samuti kavandatakse arendusi. Millised Venemaa protsessorid – praegused või paljutõotavad – väärivad erilist tähelepanu?
Venemaa protsessorite peamised arendajad
Venemaa IT-tööstus areneb aktiivselt. Selle tehnoloogiliselt arenenumate segmentide hulgas on personaalarvutites ja serverites kasutamiseks mõeldud mikroprotsessorite arendamine, mida tavaliselt liigitatakse IBM-i arhitektuuri alla. Nüüd domineerivad sellel turul kaks ülemaailmset kaubamärki - Intel ja AMD. Maailmas on väga vähe konkureerivaid arendusi. Kuid need võivad välja pakkuda Venemaa insenerid.
Venemaa Föderatsiooni paljutõotavate mikroskeemide hulgas, millest võivad saada Inteli ja AMD konkurendid, on Baikali protsessor. Eeldatakse, et see kiip paigaldatakse valitsusasutuste tellitud arvutitesse. Ilmselt kuulsaim mikroprotsessorite müüja, kes on loonud seeriatootmiseks ettevalmistatavate mikroskeemide töönäidiseid, on MCST ettevõte. See toodab Elbruse kaubamärgi all laias valikus modifikatsioone kiipe.
Vaatame lähemalt, millised omadused iseloomustavad paljulubavaid ja praegusi Venemaal toodetud protsessoreid.
Protsessor tulevikuks: “Baikal”
2014. aasta juunis levis Venemaa meedias uudis: Tööstus- ja Kaubandusministeerium oli esitanud tellimuse mikroprotsessorite arendamiseks, mis pidid hiljem valitsuse vajadusteks ostetud personaalarvutitele installima. Jutt käib Baikali kaubamärgi all olevatest laastudest. Millised tähelepanuväärsed faktid on sellele mikroskeemile iseloomulikud? Baikali protsessorit hakkas arendama ettevõte Baikal Electronics. Projekti rahastab T-Nano keskus, mille lõi Rusnano osalusel korporatsioon T-Platforms. Protsessori kallal töötab ka United Instrument-Making Corporation. Teadaolevalt võivad projektis osaleda sellised kaubamärgid nagu Depo Computers, Aquarius ja Kraftway.
Eeldatakse, et Baikali protsessor luuakse mitmes modifikatsioonis. Esimesed on mõningatel andmetel 8-tuumalised Baikal M kiibid, samuti M/S arvutitele ja serveritele. Neid hakatakse tootma 28 nm tehnoloogial, aga ka Cortex A57 tuumadel, mis töötavad 64-bitisel põhimõttel. Baikali protsessorite jõudlus on umbes 2 GHz. Eeldatakse, et kiibid ühilduvad Linuxi operatsioonisüsteemiga. Edaspidi hakatakse tootma ka 16-tuumalisi mikroskeeme. Nende valmistamisel kasutatakse 16 nm tehnoloogiat. On andmeid, et Venemaa Baikali protsessorit hakkab esimeste partiidena tootma Taiwani ettevõte TSMC.
Kaubamärk "Elbrus": põhifaktid
Teine tuntud mikroprotsessorite kaubamärk nii Vene Föderatsioonis kui ka välismaal on Elbrus. Selle kaubamärgi all olevaid kiipe on juba mitut sorti välja antud. Seal on kahetuumaline Elbruse protsessor. Seal on 4 ja isegi 8 tuumaga kiibid.
On andmeid, et lähiajal tuuakse turule nendel protsessoritel põhinevad personaalarvutid. Praegu on Elbruse kiipide baasil loodud erinevate modifikatsioonidega arvutite töönäidised - sülearvutid, kõik-ühes arvutid, lauaarvutid, serverid. Arvutite, millesse paigaldatakse MCST arendatud Venemaa protsessor, peamised kliendid on eeldatavasti kaitsestruktuurid. Nõudlust on loota ka suurettevõtetelt. Elbruse kiibid võivad töötada IBM-arhitektuuriga arvutite peamiste operatsioonisüsteemide all - Windows, Linux.
Vaatame lähemalt, kuidas Elbruse protsessorid loodi.
Elbruse protsessorid: ajalugu
Esimese arvuti, millega kaubamärgi ajalugu algab, lõid Nõukogude teadlased 70ndatel. See oli arvutikompleks Elbrus-1. See põhines TTL-tüüpi kiipidel ja sisaldas 10 protsessorit, mille kogujõudlus oli umbes 15 megaflopsi. Mingil määral oli see ainulaadne masin: eelkõige rakendas see käskude paralleelse täitmise põhimõtet. Mõnede allikate väitel polnud sel ajal maailmas selliseid arvuteid veel välja töötatud. Elbrus-1 RAM-i maht oli 64 MB - rohkem kui korralik.
Unikaalseks alguseks töötasime välja oma operatsioonisüsteemi ja eraldi programmeerimiskeeled. 1985. aastal ilmus Elbrus-2 kompleks, mis oli täiustatud mudel, mida eristas uuendatud ESL-tüüpi mikroskeemidega. Arvutikompleksi protsessorite kogujõudlus oli üle 125 megaflopsi. Selle arvuti arhitektuur rakendas modulaarset põhimõtet. Elbrus-2 kompleksi iseloomustas kõrge jõudlus ja tööstabiilsus. Seda on teadaolevalt kasutatud erinevatel sõjalistel rajatistel. Kokku tootis Nõukogude tööstus 30 Elbrus-2 kompleksi.
1990. aastal valmistati Elbrus-3 arvuti prototüüp. Kuid sel ajal peatati riigi keerulise poliitilise olukorra tõttu projekti rahastamine. Kuid juba 1992. aastal moodustati Moskva Center for SPARC Technologies LLP, mis peagi nimetati ümber MCST ettevõtteks. Ettevõte hakkas tootma tööstussüsteeme, mis põhinesid Sun Microsystemsi loodud tollal populaarsel SPARC-tehnoloogial.
SPARC-põhised lahendused
Töötades SPARC-l põhinevate lahendustega, töötas MCST ettevõte välja oma toote mikroprotsessori kujul. Varasemates versioonides oli selle arhitektuur tuntud kui E2k. Esimene sellel põhinev protsessorimudel nimega R150 ilmus 2001. aastal. Tehniline protsess hõlmas 350 nm tehnoloogia kasutamist. See Vene protsessor töötas sagedusel 150 MHz ja jõudlusega umbes 150 megaflopsi.
2004. aastal ilmus palju võimsam kiip - R500. See oli 500 MHz. Seda toodeti kõrgemate tehnoloogiliste standardite raames - 130 nm. 2007. aastal lasi MCST ettevõte välja kahetuumalise protsessori R500S, mis hõlmas arendusi SPARC tehnoloogia valdkonnas. Selle jõudlus oli 1 gigaflops.
Samaaegselt SPARC-põhiste kiipide arendamisega lõi MCST protsessori, mis põhines täielikult oma inseneride enda arendustel. Nii loodi 2007. aastaks Venemaa Elbruse protsessor, mis läbis riigitestid. See oli toodetud 130 nm standardi järgi ja töötas sagedusel 300 MHz. Protsessor oli varustatud ühe tuumaga ja töötas kiirusega 4,8 gigaflopsi. See kiip ja ka selle arendused panid aluse tervele mikroskeemide perekonnale, mis on kasvanud tehnoloogiliselt arenenud suure jõudlusega lahendusteks. Vaatame neid.
"Elbrus-S"
MCST esimene jadakiip on Elbrus-S protsessor, mis ilmus 2010. aastal. See toodeti 90 nm standardi järgi. See kiip võib töötada sagedusel 500 MHz ja pakkuda umbes 8 gigaflopsi jõudlust.
Võib märkida, et AMD Athlon 64 kiip, mis töötab sagedusel 2,2 GHz, võib seejärel näidata sarnast jõudlust.
"Elbrus-2C+"
2011. aastal ilmus protsessori järgmine modifikatsioon - kiip Elbrus-2C+. Seda toodeti ka 90 nm arhitektuuri järgi, kuid selle jõudlus oli palju suurem - 28 gigaflopsi. Võib märkida, et sarnaseid näitajaid võivad saavutada sellised kiibid nagu Intel Core 2 Duo, aga ka Intel Core i3. On teavet, et arendajad suutsid sellise edu saavutada tänu sellele, et protsessoriga on kaasas 4 täiendava kiibi tuuma. See komponent teostab digitaalset signaalitöötlust. Vastavat tüüpi sisseehitatud protsessorit iseloomustas aga, nagu MCST insenerid arvasid, väljalaskeprotsessi ajal liiga suur ressursimahukus. Seetõttu asendati see järgmistes Elbruse mudelites alternatiivsete lahendustega.
"Elbrus-4S"
2014. aastal algas järjekordse mikroprotsessori meistriteose Elbrus-4C seeriatootmine. See kiip on toodetud 65 nm tehnoloogiat kasutades. Selle südamikud (kokku 4) töötavad sagedusel 800 MHz. Igaüks neist on varustatud 2 MB vahemäluga. See võimaldas saavutada protsessori jõudluse 50 gigaflopsi. See on peaaegu sama, mis näiteks Intel Core i7-975 kiibil – 53 gigaflopsi. Samal ajal on vene kiibi võimsus 45 W. Selles aspektis on Elbrus-4C protsessori toiteallikas, nagu paljud eksperdid usuvad, ökonoomsem kui Ameerika disainil.
MCST 4 südamikuga kiip on üks mitmekülgsemaid. Arvutitüübid, millesse seda protsessorit saab installida, on personaalarvutid, sülearvutid, serverid, kõik-ühes arvutid. Tegelikult on arvutussüsteemides, mida toodab ka MCST ettevõte, masinaid kõigis märgitud konfiguratsioonides.
"Elbrus-8S"
MCST uusimal protsessoril on 8 Elbrus-8S tuuma. Kiip töötab 28 nm standardil, mis toob selle väga lähedale maailma juhtivatele mikroprotsessoritele. Elbrus-8S kiibi tuumade teise taseme vahemälu on 4 MB, kolmanda taseme vahemälu on 16 MB. Protsessor suudab töötada tavalise standardse RAM-i tüübiga DDR3 1600. Kiibi jõudlus ühe täpsusega arvutustes mõõdetuna on 250 gigaflopsi. Protsessoril on 4 mälukontrollerit. Protsessoritevaheliste andmevahetuskanalite indikaator on 16 GB/sek. Kiibi teatatud jõudlus on 250 gigaflopsi. Kuidas on see võrreldav Venemaa protsessori maailma analoogide jõudlusega? Võib märkida, et 4930K kiip toodab umbes 130-140 gigaflopsi. Spetsiaalselt uusimate Elbruse protsessorite jaoks luuakse uusi emaplaate ja ka OS-i eraldi versiooni. Samuti on võimalik, et hakatakse arendama kiibil põhinevaid mitme protsessoriga arvuteid.
On andmeid, et 2018. aastaks laseb MCST ettevõte välja Elbrus-16S tüüpi protsessorid. Nende hinnanguline jõudlus on 1 teraflops. Samuti eeldatakse, et kiibid põhinevad alla 28 nm standarditel.
Laastude väljavaated
Kuidas hindavad eksperdid Venemaa kaubamärgi toodetud protsessoreid? Paljude IT-spetsialistide ülevaated on, võib öelda, entusiastlikud.
Sellel on mitu põhjust. Näiteks on paljud arendajad juba uhked selle üle, et protsessor loodi Venemaal ja tingimustes, mil majanduslik olukord ei soodustanud pikka aega IT-tööstuse aktiivset arengut sellises kõrgtehnoloogilises ja teadmistepõhises valdkonnas. intensiivne segment. Protsessori jõudluse osas on hinnangud samuti üldiselt positiivsed.
Kiipide turustamise väljavaadete kohta on ekspertide kommentaare. Nende kasumlikuks muutmiseks on vaja suuri müügiturge, mis on hõivatud maailma liidritega. Eksperdid usuvad, et nendega võistelda ei ole lihtne.
Samal ajal võivad mõnede analüütikute hinnangul Elbruse protsessorid saada vääriliseks alternatiiviks Inteli ja AMD lahendustele Vene Föderatsioonis, eriti sõjaliste tarnete osas, mille puhul on arendajatele kehtestatud kõige rangemad nõuded. elektroonikakomponentide töökindlus ja nende kasutamise ohutus. MCST ettevõte on ekspertide arvates üsna võimeline tagama, et tema toodetud protsessorid vastavad neile nõuetele.
OS "Elbrus"
Väärib märkimist, et Elbruse protsessoril töötavast MCST-st loodi spetsiaalselt arvutisüsteemide jaoks eraldi operatsioonisüsteem. Selle aluseks oli Linuxi kernel versioonis 2.6.33, kuid see läbis põhjaliku ümbertöötlemise. Tulemuseks oli Elbruse OS, mida iseloomustab kõrgeim turvalisuse ja tööstabiilsus. Nimelise JSC INEUM spetsialistid võtsid aktiivselt osa loomisest. I. S. Brook.
Eile avanes mul võimalus olla esimene pressitöötaja, kes külastas Baikal Electronicsi ettevõtet, mis arendab ja toodab protsessorit Baikal-T1.
See väike protsessor tarbib vaid 5 W ja töötab ka ilma jahutusradiaatorita. Protsessoril on kolm Etherneti porti (kaks gigabitist ja üks 10 gigabitine), DDR3-1600 mälukontroller, mis toetab kuni 8 GB, PCIe Gen.3 kontroller, SATA 3.0 kontroller (6 Gbit) ja USB 2.0 kontroller.
Protsessor on üles ehitatud 2-tuumalisele MIPS 32 r5 P5600-le (see on maailmas esimene protsessori teostus sellel tuumal), mis töötab sagedusel kuni 1,2 GHz, sisseehitatud 1 MB vahemälu, 28 nm protsessitehnoloogia.
Jõudluse poolest on Baikal-T1 võrreldav Intel Atomi protsessorite ja kaasaegsete nutitelefonide protsessoritega. Seda hakatakse kasutama peamiselt telekommunikatsiooniseadmetes (ruuterid, hallatavad kommutaatorid), kuid sobib ka õhukestele klientidele.
Ettevõte T-Platform alustab monoplokkide tootmist Tavolga Terminal TP-T22BT Baikal T1 protsessoris. Neid hakatakse kasutama automatiseeritud tööjaamade loomisel, kus nõutakse erilisi ohutusnõudeid.
"Tavolga" töötab Linuxiga ja seda saab varustada kõigi sellega ühilduvate rakendusprogrammidega - LibreOffice'i kontorikomplekt, Firefoxi brauser ja paljud teised.
Tavolga terminal töötab ka terminalirežiimis veebikliendina, pakkudes kaugjuurdepääsu mis tahes rakendusele veebibrauseri kaudu või kasutades kaugtöölaua protokolle, nagu RDP või VNC.
Baikal Electronics allkirjastas Lenovoga teadusliku ja tehnilise koostöö memorandumi.
Lenovo on juba demonstreerinud Baikal-T1 protsessorile ehitatud ThinkCentre Tiny-in-one 23 monoploki töötavat näidist.
Täna avaldan esimest korda andmeid 1 GHz töötava Baikal-T1 protsessori jõudluse kohta.
Coremark: 10342 südamikumärki (2 keermega), Whetsnone: 1052 MWIPS (2 keermega), Dhrystone: 3651 VAX MIPS (1 keermega).
Coremarki tulemused enamiku protsessorite kohta leiate siit.
Baikal-T1 protsessori arendamise lõpetamise ajaks oli ettevõte eksisteerinud juba kolm aastat, andes tööd 70 Vene riistvarainsenerile ja programmeerijale.
Aluseks võeti litsentsitud MIPS P5600 tuum, lisaks litsentsiti Etherneti, SATA ja USB kontrollerid. Venemaa arendajad pidid need komponendid kokku panema, omavahel õigesti töötama ja kiibi paika panema vastavalt moodsale 28 nm topoloogiale. Mõned protsessori komponendid töötati välja nullist.
Palusin näidata Baikal-T1 protsessori topoloogiat.
Selline näeb välja üks väike tükk sellest.
Selliseid juppe on protsessoris miljoneid.
Kas näete Baikali järve ühenduste topoloogias ka kummalisi kurbi loomi? ;)
See on vaid üks ühenduste kiht.
Baikal-T1 protsessori jaoks töötati välja silumisplaat, mis anti välja standardses MicroATX-vormingus.
Need on kaks esimest tahvlit.
Tahvel nr 0001. Koodnimi "Hobune". :)
Baikal Electronics ei luba elektroonilisse laborisse kedagi, isegi mitte enamikku oma töötajatest. Nad lasid mu sisse. :)
Tarkvaraarenduse büroo.
Testimine on pooleli.
Baikal-T1 protsessor osutus üsna konkurentsivõimeliseks ja omab kiibil olevate erinevate liideste arvukuse tõttu eeliseid välismaiste arendajate konkureerivate toodete ees. Umbes 60 dollari maksumusega võimaldab see luua telekommunikatsiooni- ja tööstusseadmeid, lähetusüksusi ja õhukesi kliente, automaatika- ja juhtimissüsteeme. Vene päritolu tagab "järjehoidjate" puudumise ja võimaldab seda kasutada struktuurides, millel on kõrgendatud infoturbe nõuded.
Praegu töötab Baikal Electronics uute ARM-arhitektuuril põhinevate protsessorite väljatöötamisega - Baikal-M lauaarvutitele, manussüsteemidele, tööstusautomaatikale, nutikatele kaameratele ning Baikal-MS mikroserveritele ja manussüsteemidele.
17.08.2017, neljapäev, 19:24 Moskva aja järgi , Tekst: Denis Voeikov
Kodumaiste Baikali protsessorite arendajad katsetasid neid laialdaselt, kasutades mitmeid mõõdikuid. Üks neist näitab soodsalt Venemaa toote omaduste võrreldavust maailma turuliidrite toodetega.
Baikali test positiivne
Kodumaiste Baikali protsessorite jõudlusnäitajad on mitmete parameetrite poolest võrreldavad maailma tunnustatud tööstusliidrite toodetega.
2017. aasta augustis viis arendusettevõte Baikal Electronics läbi oma 1,2 GHz taktsagedusel töötava Baikal-T1 protsessori täieliku jõudlustesti. Selle omaduste hindamiseks kasutati tehnikat, mis andis võimaluse saadud tulemusi süstematiseerida, sõltumata protsessori mikroarhitektuuri tüübist ja kasutatavast tarkvaraplatvormist.
Mõõtmised viidi läbi kuues rakenduses, mis määravad nii protsessori arvutusmooduli jõudluse kui ka realiseeritud funktsionaalplokkide läbilaskevõime: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006.
Testimistingimused (allikas: Baikal Electronics)
"Võrdlusuuringud on näidanud, et Baikal-T1 protsessori tegelikud jõudlusnäitajad ületavad MIPS P-klassi protsessori tuumade hinnangulisi omadusi ja need näevad omakorda x86 arhitektuuriga võrreldes väga soodsad välja," kommenteeris Baikal Electronicsi esindaja. testi tulemused CNewsile. Andrei Malafejev. Tema selgitustest võis järeldada, et jutt käib jõudluse ja voolutarbimise ning jõudluse ja kiibi pindala suhtest.
Baikal-T1 testimise tulemused (allikas: Baikal Electronics)
Samas on Malafeev teadlik, et Baikal-T1 on arhitektuuriliselt keskendunud eelkõige sidelahenduste ja manussüsteemide turgudele. Malafejevi seisukohalt võimaldab hea jõudlus aga kõnealust Baikal-T1 kasutada universaalse protsessorina „suures ökosüsteemis, mis on arenenud enam kui veerand sajandit ja millel on märkimisväärne potentsiaal olemasolevatel ja arenevatel turgudel. .”
Tingimuslik võrdlus
Nagu Malafeeviga vesteldes võis aru saada, peab tema ettevõte kõige olulisemaks CoreMarki etaloni testi (lugege selle võrdlust teiste mõõdikutega allpool), mis keskendub rohkem manustatud süsteemide protsessoritele, kuigi seda kasutatakse ka muudel eesmärkidel. protsessorid erinevatel eesmärkidel.
Testi kuraatorite kodulehel Baikal-T1 hetkel ametlikult esitletud ei ole – Baikal Electronics pole veel oma testide jaoks saadud tulemusi talle esitanud.
Tuntud protsessorite valikuline tingimuslik võrdlus Baikal-T1-ga CoreMarki testis
| Protsessor | Kategooria | Arenduskuupäev | Südamike arv | TDP (termilise disaini võimsus), W | Kellasagedus, MHz | Tulemus, CoreMark | CoreMark / MHz | CoreMark/MHz/Tuum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ARM Cortex-A9 (Exynos4 Quad) | Mobiilne | 2007 | 4 | 2,5 | 1 400 | 22 243 | 3,97 | |
| Intel I7-7700 | Töölaud | 2017 | 4 | 65 | 3 600 | 1,51 | ||
| Intel Core i3-330M | Sülearvutitele | 2010 | 2 | 35 | 2 130 | 19 547 | 4,59 | |
| AMD Phenom™ II X4 | Töölaud | 2009 | 4 | 125 | 2 600 | 19 143 | 1,84 | |
| Integreeritud protsessor NXP P2041 QorIQ | Suhtlemine | 2014 | 4 | 3,7 | 1 500 | 18 620 | 3,1 | |
| ARM Cortex-A15 | Mobiilne | 2010 | 8 | 4 | 1 700 | 15 908 | 1,17 | |
| AMD Athlon X2 5000+ | Töölaud | 2006 | 2 | 65 | 2 600 | 15 500 | 2,98 | |
| Intel Core i5-2400 | Töölaud | 2011 | 4 | 65 | 3 100 | 15 478 | 1,25 | |
| Samsung Exynos 4412 | Mobiilne | 2012 | 4 | 4 | 1 400 | 15 399 | 2,74 | |
| Intel Xeon CPU E5-2690 v2 | Server | 2013 | 10 | 130 | 3 000 | 14 767 | 0,49 | |
| Intel i7-2640M | Sülearvutitele | 2011 | 2 | 35 | 2 800 | 14 513 | 2,59 | |
| AMD Opteron 254 (2P)* | Server | 2005 | 2x 1* | 2x 68* | 2 800 | 13 713 | 2,45 | |
| AMD AMD Athlon X2 7750 | Töölaud | 2009 | 2 | 95 | 2 700 | 13 482 | 2,49 | |
| Calxeda EnergyCore ECX-1000 | Server | 2012 | 4 | 5,26 | 1 400 | 13 446 | 2,4 | |
| Baikal-T1 | Töölaud | 2016 | 2 | 5 | 1 200 | 13 142 | 10,95 | 5,47 |
| Intel Atom N2800 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2011 | 2 | 6,5 | 1 860 | 12 286 | 3,3 | |
| Intel Core i5-2410M | Sülearvutitele | 2011 | 2 | 35 | 2 300 | 11 737 | 2,55 | |
| AMD E350 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2011 | 2 | 18 | 1 600 | 10 987 | 1,71 | |
| Intel Xeon X5450 | Server | 2010 | 4 | 120 | 3 000 | 10 907 | 0,91 | |
| Intel Atom E3827 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2013 | 2 | 8 | 1 743 | 10 820 | 3,1 | |
| VIA Technologies Nano x2 l4350 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2011 | 2 | 18 | 1 600 | 9 104 | 2,84 | |
| Intel Atom D525 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2010 | 2 | 13 | 1 800 | 9 076 | 2,52 | |
| Intel(R) Atom(TM) CPU 330 | Lauaarvuti, sülearvutitele | 2008 | 2 | 8 | 1 600 | 9 049 | 2,83 | |
| Intel Pentium Dual-Core E5300 | Töölaud | 2008 | 2 | 65 | 2 600 | 8 885 | 1,71 |