Inferno #01 31 декабря 2000

Железо

Others - Russian Rulez: ЭЛЬБРУС - описание нового процессора разработанного русскими инженерами.

        РУССКИЕ пришли


Summarized by Gris


 Недавно нам  на  глаза  попалась  очень
интересная  информация,  которой  бы нам
хотелось  поделиться с вами, дорогие чи-
татели.  Очень жаль, что мы не можем вам
предоставить информацию полность (да вам
это и не надо) в виду ее большого об'ема
(примерно  300Кбайт).  По  этой  причине
предоставляем вам выжимки из данного до-
кумента.
 Сразу хочу  сказать, что в нижеизложен-
ном тексте приводится техническое описа-
ние нового процессора и его модификаций,
разработанного  русскими инженерами, ко-
торый носит название "Эльбрус".
 На забывайте, что весь текст приводится
от лица разработчиков.

       Описание проекта

 Целью  этого проекта является разработ-
ка   новой  постRISC-овской  архитектуры
ЭВМ,  соответствующего кристалла микроп-
роцессора,  рабочей  станции  на  основе
этого     кристалла,     оптимизирующего
компилятора,  а  так же системы двоичной
компиляции,  обеспечивающей высокоэффек-
тивное  и  на  100%  надежное выполнение
двоичного  кода для х86 архитектуры про-
цессоров фирмы Intel. Поддерживается вы-
сокий  уровень безопасности программиро-
вания.

      ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

 Предлагаемый в настоящей разработке ме-
тод  широкой команды позволяет использо-
вать  параллелизм на уровне операций для
повышения   быстродействия.  Достигается
теоретический предел логической скорости
для  данного объема оборудования. Благо-
даря  введению явного параллелизма в ма-
шинный язык большая часть трудной работы
по  планированию  вычислений передана от
аппаратуры  оптимизирующему компилятору.
Это позволяет достичь высокой логической
скорости  благодаря возможности реализо-
вать  более  сложные оптимизации и, в то
же  время,  упрощает аппаратуру и позво-
ляет  достичь  высокой тактовой частоты.
Скорость  микропроцессора  на хорошо из-
вестных        программах       проверки
производительности  SPEC  составляет 135
SPECint95  и  350  SPECfp95 при тактовой
частоте  равной  1200  МГц на технологии
0.18 мкм. Таким образом достигается поч-
ти двукратное преимущество по быстродей-
ствию над самым быстрым западным микроп-
роцессором  следующего десятилетия.
 Этот микропроцессор фактически является
второй реализацией этого нового подхода,
разрабатываемого  коллективом  с 1986 г.
Первой  реализацией  был  "Эльбрус-3"  -
предельно быстрая вычислительная машина,
изготовленная в 1991 г. Она была в 2 ра-
за  быстрее, чем наиболее производитель-
ная в то время супер ЭВМ Cray Y-MP, нес-
мотря   на   весьма  несовершенную  оте-
чественную    технологию    изготовления
кристаллов.

        СОВМЕСТИМОСТЬ

 Проект позволяет     достичь     полной
совместимости с архитектурной платформой
х86 на двоичном уровне. Проект полностью
независим юридически от интеллектуальной
собственности  фирмы Intel благодаря но-
вой методике двоичной компиляции, разра-
ботанной коллективом.

БЕЗОПАСНОСТЬ  ПРОГРАММИРОВАНИЯ

 Безопасность  программирования,    лег-
кость    отладки    программ,   легкость
построения очень больших и надежных про-
граммных систем из отдельных частей, ра-
зработанных  большим количеством различ-
ных   программистов,  по  мере  развития
вычислительной  техники  приобретают всё
большее  значение.  Одна  из причин этой
ситуации состоит в широком использовании
Internet  и  растущем  размере  типичных
программных приложений. Безопасное прог-
раммирование  нужно  разработчикам прог-
раммного  обеспечения  для  того,  чтобы
иметь   возможность  успешно  отлаживать
большие  приложения. Оно нужно и пользо-
вателям  ЭВМ,  чтобы  не бояться пользо-
ваться  сетью Internet и свободно считы-
вать  из  нее  программы других авторов.
Сегодня  язык  Java  от Sun Microsystems
предложил  высокий уровень безопасности,
в  результате  чего  специалисты  хорошо
приняли этот язык на вооружение.
 Однако  разработчики   выбрали   другой
подход.  Данный микропроцессор поддержи-
вает  типы  данных в аппаратуре и прове-
ряет  их  правильную  обработку во время
выполнения.  Это  единственно  возможное
разрешение  противоречия  между безопас-
ностью,  с  одной стороны, и универсаль-
ностью  и  эффективностью,  с другой. Мы
имеем  20-летний  опыт разработки и под-
держки трех поколений ЭВМ на основе этой
философии.  В результате применения этой
технологии,  разработанной и проверенной
на  практике  нашим коллективом, предла-
гаемый микропроцессор: улучшает безопас-
ность уже существующих языков, таких как
Java, Fortran и т.д. и, что более важно,
добавляет  высокий  уровень безопасности
весьма  широко распространенным языкам С
и  С++.  Благодаря  аппаратной поддержке
этот микропроцессор обеспечивает высокий
уровень безопасности.

    БЕЗОПАСНОСТЬ INTERNET

 На  основе  нашего  20-летнего  опыта в
разработке нескольких поколений вычисли-
тельных     комплексов    "Эльбрус"    с
высоконадежной и обеспечивающей безопас-
ность контекстной защитой мы можем пред-
ложить  новое улучшение этой архитектуры
для поддержки безопасного программирова-
ния и дополнить существующие ОС и файло-
вые    системы   средствами   работы   в
Internet.  Этот проект улучшит организа-
цию Internet и обеспечит возможность бе-
зопасного совместного использования уда-
ленных  файлов в защищенном и безопасном
режиме.

      НЕБОЛЬШОЙ КРИСТАЛЛ

 Имея   достаточное    финансирование, в
дополнение  к  большому  кристаллу можно
создать его меньший вариант для встроен-
ных  и сетевых компьютеров. Преимущества
нашей  разработки  здесь состоят в самой
высокой  производительности  для данного
размера  кристалла  и  легкости  отладки
сложных  кодов  программ,  работающих  в
реальном  масштабе  времени.  Это дости-
гается    благодаря    высокому   уровню
безопасности  и  строгому контролю аппа-
ратно  поддерживаемых  типов  команд  во
время выполнения.

    ПРИЛОЖЕНИЯ МУЛЬТИМЕДИА

 Наша  архитектура широкой команды хоро-
шо  подходит  для мультимедиа-расширений
набора  команд.  В  настоящее  время ряд
фирм,   таких,  как  Chromatic  (Mpact),
Philips   (TriMedia),   Microunity,  TI,
анонсировали  мощный  специализированный
кристалл для приложений мультимедиа. На-
ряду   с   этим,   все  основные  фирмы,
разрабатывающие            универсальные
микропроцессоры,  расширили  свои наборы
команд специальными командами для прило-
жений  мультимедиа.  Наш   универсальный
микропроцессор   и   небольшой  кристалл
имеют  высокоэффективную аппаратную под-
держку мультимедиа и 3D графики.

    ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ДЕЛ

Разработаны:

 - Verilog    описание   на   уровне RTL
аппаратуры   с  предварительной  оценкой
возможной  тактовой  частоты (сейчас оно
находится  в процессе детальной логичес-
кой верификации);
 - оптимизирующий   компилятор,   испол-
няющий  все SPEC пакеты и другие большие
приложения  (не все оптимизации законче-
ны);
 - точное (выполненное на тактовом уров-
не) устройство моделирования аппаратуры,
исполняющее все большие приложения;
 - программа двоичной компиляции, испол-
няющая  большие  приложения, скомпилиро-
ванные  из  двоичного кода х86 (не все с
полной оптимизацией).
 В режиме бинарной компиляции исполняют-
ся  все версии операционных систем фирмы
Microsoft.

       ВРЕМЕННЫЕ РАМКИ
     ВОЗМОЖНОГО ОКОНЧАНИЯ
           ПРОЕКТА

 После  начала финансирования необходимо
иметь  3 года для завершения аппаратного
и  программного  обеспечения  и дополни-
тельно  один  год для полной верификации
системы.

     РЫНОЧНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ

 В ближайшем  будущем  фирма Intel соби-
рается выпустить микропроцессор Mesrced,
основанный  на новой постRISC-овской ар-
хитектуре  ЭВМ  (IA-64) c использованием
широкой  команды  с  явным параллелизмом
EPIC.  "Если Intel сможет установить IA-
64  в  качестве  программного стандарта,
она      установит     новый     уровень
производительности,  который вряд ли бу-
дет сравним с производительностью чистых
процессоров     IA-32,     выпущенных ее
конкурентами,   или   даже   большинства
процессоров  на основе RISC, что сделает
Intel  лидером  по производительности...
Intel  будет  иметь сильный портфель па-
тентов,   защищающих   IA-64.  Поскольку
большинство,   если   не   все,  текущие
лицензионные   соглашения,   заключенные
фирмой  Intel,  истекут к 2000г., другим
производителям  будет  почти  невозможно
создавать  совместимые кристаллы без ли-
цензии  от  Intel. В этой ситуации Intel
предпочтет   сохранить   свое  положение
монополиста."   (MicroDesign   Resources
(<Intel    Microprocessor   Forecast   -
Product   Roadmap,   Volumes,  Costs and
Prices> 1996, стр.12.)). В этой ситуации
наш   проект  имеет  очень  существенные
преимущества.    Согласно    показателям
производительности, опубликованным в том
же  докладе (стр.6), наш процессор будет
в 3 раза быстрее Merced. На двоичных ко-
дах  Intel  он  будет  еще более быстрым
благодаря   двоичной   компиляции.   Наш
проект  не основан на архитектуре IA-64.
Он  защищен нашими собственными патента-
ми,   поэтому  нет  никаких  юридических
проблем. Наш микропроцессор обеспечивает
безопасность  при  использовании  широко
распространенных  языков, таких, как С и
С++, и обычных ОС, таких, как Linux.

 Вот так  сейчас  обстоят  дела с нашими
процессорами. Теперь для того, чтобы вы,
дорогие   читатель,  прочувствовали  всю
злобу  дня,  мы предлагаем вам небольшое
описание процессора Merced, котоpое было
взято  с официального сайта фиpмы Intel.

     Архитектура   IA-64:
      новые возможности
     архитектуры   Intel
     Architecture    (IA)

 Рынок   вычислительных  систем  активно
диверсифицируется и становится все более
сегментированным  во  всем  диапазоне от
мобильного  ПК  до  сервера.  Стремясь к
созданию оптимальных решений для каждого
сегмента  рынка, корпорация Intel расши-
ряет серию своих продуктов. Процессоры с
архитектурой IA-32 будут и далее предос-
тавлять      возможность     наращивания
производительности  в секторах мобильных
и  настольных  ПК,  серверов  и  рабочих
станций.  В  то  же  время  процессоры с
архитектурой  IA-64 позволят распростра-
нить   область   применения  архитектуры
Intel  на  сектор высокопроизводительных
серверов  и рабочих станций. Первым про-
цессором   с  архитектурой  IA-64  будет
процессор Merced. Как и другие процессо-
ры   с   архитектурой  IA-64,  процессор
Merced  будет  иметь  полную  аппаратную
совместимость  с  процессорами  IA-32 на
уровне  двоичного  кода, что гарантирует
защиту вложений конечных пользователей в
программные средства.

 Архитектура   IA-64  соединяет  в  себе
уникальный комплекс новаторских техноло-
гий, включая явный параллелизм, предска-
зание  ветвлений, спекулятивное исполне-
ние    и    т.    п.   Высокая   степень
масштабируемости позволяет удовлетворить
требования   различных  сегментов  рынка
серверов  и  рабочих  станций. Важнейшим
принципом при разработке IA-64 была пол-
ная  двоичная совместимость с архитекту-
рой IA-32 на аппаратном уровне, что поз-
волит  конечным  пользователям  свободно
применять      программные     средства,
разработанные  для IA-32. Таким образом,
архитектура  IA-64  отличается масштаби-
руемостью,       высочайшим      уровнем
производительности  и  полной  совмести-
мостью  с существующим программным обес-
печением для архитектуры IA-32.