ЦОД российского проекта «Прорыв», в реализации которого участвуют более 30 организаций государственной корпорации «Росатом», обзаведётся серверами на отечественных процессорах «Эльбрус-16С». Они пока так и не поступили в серийное производство.

О чипах «Эльбрус-16С» можно узнать в нашем материале. Они содержат 16 вычислительных ядер с архитектурой «Эльбрус» шестого поколения. Тактовая частота достигает 2,0 ГГц. Возможна работа с оперативной памятью DDR4-3200 с ECC. Реализована аппаратная поддержка защищённых вычислений и виртуализации.

Источник изображения: imaxai.ru

Как сообщается на портале госзакупок, заказчиком новых серверов является Акционерное общество «Прорыв». Речь идёт о поставке специализированного импортонезависимого оборудования для обеспечения модернизации ЦОД ПН «Прорыв». Тендер объявлен 27 октября 2022 года, а приём заявок завершился 7 ноября. Единственным участником и победителем конкурса стало Общество с ограниченной ответственностью «Эльбрус-2000». Сумма контракта составила 15 720 207 руб. Договором предусмотрена поставка серверов 2U-2Э16-SC разработки МЦСТ, а также лицензий на операционную систему «Альт Сервер 10» («Базальт СПО»).

Известно, что модель 2U-2Э16-SC — двухпроцессорный сервер, предназначенный для использования в гиперконвергентных инфраструктурах. Допускается работа с ускорителями вычислений, а также со средствами хранения данных с применением высокоскоростных контроллеров ввода-вывода. Серийное производство чипов «Эльбрус-16С» планировалось начать в нынешнем году, но из-за сложившейся геополитической обстановки сделать это пока не удалось. Вероятно, заказанные серверы базируются на предсерийных образцах процессора.

Что касается проекта «Прорыв», то он предусматривает создание новой технологической платформы атомной отрасли на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Технология позволит исключить тяжёлые аварии на АЭС, вырабатывать электроэнергию без накопления облучённого ядерного топлива и многократно повторно использовать отработавшее ядерное топливо.

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.