 |
Технология Клиент-Сервер 1999'1
|
|
|
Эльбрус 2000
Российский электронный архитектор
Борис Бабаян представил свою разработку —
суперпроцессор "Эльбрус-2000" (Е2К). Модельные
испытания показали, что он бьет по всем
параметрам все ныне работающие и еще только
проектируемые процессоры крупнейших
электронных компаний мира.
В самом начале ХХI века появится новое
поколение микропроцессоров. Построенные по
принципам, отличным от используемых в нынешних
"пентиумах", они будут намного быстрее и
производительнее. В мире есть только три команды,
способные выполнить такую работу. Разработки
ведутся в тайне — ведь наградой победителю
станет доступ к многомиллиардный рынок с
доходностью 80-90%. Но постепенно конкуренты
раскрывают карты.
Одна из команд работающих над
процессором нового поколения, находится в
России. Это группа компаний
"Эльбрус". Недавно ее научный
руководитель Борис Бабаян, которого на Западе
часто называют российским Сеймуром Крэем,
раскрыл некоторые характеристики
разрабатываемого группой процессора Е2К. Он пока
существует только на бумаге, но модельные
испытания показали, что российский процессор по
всем статьям, втрое, превосходит Merced (AI-64) — самый
быстрый процессор следующего поколения фирмы
Intel. На разработку Merced-а Intel затратила десять лет и
не менее $1 млрд.
Небывалая производительность E2k
По словам Бабаяна, если воплотить Е2К
на 0.18 мкм технологии с шестью слоями металла, то
он будет работать на частоте 1.2 ГГц со скоростью
135 SPECint95 и 350 SPECfp95, потребляя при этом 35 Вт и имея
кристалл с площадью 126 мм2, содержа при этом 256K
встроенного кеша L2. Для сравнения:
предположительные характеристики Merced-а
произведенные по аналогичной технологии будут
составлять 0.8 ГГц и 45 SPECint95 и 70 SPECfp95 на кристалле 300
мм2 и 60 Вт. Так что, если все будет, как обещает
Бабаян, то Е2К будет быстрее Merced-а примерно в 3-5
раз. Все разработчики микропроцессоров склонны
завышать производительность своих разработок
примерно на 20%. Но даже если Бабаян завысил
скорость своего детища на 50%, то все равно Е2К
будет быстрее Merced-а в 1.5 — 2 раза. Беря во внимание
меньшие размеры и себестоимость можно с большой
долей уверенности заявить, что Е2К окажется
вполне конкурентным процессором, а может быть и
лучшим в своем классе. Остается добавить, что
благодаря оригинальной технологии Е2К совместим
со всеми программами, написанными для нынешних x86
процессоров. Это стало возможным благодаря
аппаратной поддержке технологии двоичной
компиляции.
Двоичный компилятор — главная надежда на
успех
Разработчики Эльбрус уже давно поняли,
что шансы на успешный выход на рынок с новой ЕРIС
архитектурой ничтожны. Поэтому компания решила
сделать процессор полностью совместимым с
архитектурой х86 через двоичную компиляцию с
аппаратной поддержкой, встроенной в
микропроцессор Е2k.
Двоичная компиляция не является чем-то
новым для Эльбруса. Компания начала работать над
этой технологией в начале восьмидесятых годов. и
в настоящее время ее технология двоичной
компиляции превосходит все аналогичные
разработки существующие в мире. Эльбрус
продемонстрировал исполнение кодов х86 и SPARC на
интерпретаторе микропроцессора Е2k с
производительностью 70-90% от скорости
"родного" оптимизирующего компилятора Е21k
на SРЕСfp.
В отличие от других двоичных
компиляторов таких. как компилятор FX!32 для
исполнения приложений х86 на процессоре Аlрhа (см.
МРR 3/5/96, с.11), Эльбрус не зависит от каких-либо
характеристик двоично-компилируемого
программного окружения. Это обстоятельство
позволит достичь теоретически 100% уровня
двоичной совместимости для любых кодов х86 для
любой операционной системы. Исполнение двоичных
кодов х86 на микропроцессоре Е2k будет полностью
"прозрачным" для пользователя. внешне
полностью повторяя поведение процессора х86, даже
в случае программной отладки.
Эльбрус использует комбинацию
статической и динамической двоичной компиляции,
в то время как Тгаnsmеtа, очевидно, будет
использовать только динамическую компиляцию.
Эльбрус. однако. использует подход, аналогичный
тому. который был недавно обнародован в патенте
фирмы Тгаnsmеtа (см, МРR 12/7/98, с.9). включив в
архитектуру микропроцессора Е2k специальную
поддержку для двоичной компиляции. Эта
аппаратная поддержка разделяется на две
категории: общая поддержка двоичной компиляции и
платформно-зависимая поддержка.
Общая поддержка включает два способа
хранения байтов в памяти. специальные биты в TLB
для обнаружения само-модифицируемых кодов. кэш
возвратов, буфер динамического сравнения
адресов, и поддержку двух виртуальных
пространств. Кэш возвратов помогает значительно
ускорить перекодировку адресов при исполнении
косвенных переходов в двоично-компилированном
коде.
Двоичный компилятор сохраняет порядок
записей в память в соответствии с порядком
записей в исходном коде. Но для повышения
производительности компилятор может
переставлять операции чтения из памяти по
отношению к операциям записи, скрывая таким
образом задержки доступа в память. Для этих целей
в E2k применяется буфер динамического сравнения
адресов, который проверяет во время исполнения
совпадение адресов чтения и записи. В случае
совпадения в буфере сравнения выставляется
признак. который может быть обнаружен
специальной операцией проверки, помещенной на
исходное место операции чтения в коде.
Важным свойством для достижения 100%
совместимости является введение в E2k двух
виртуальных пространств. В этом случае одно из
пространств полностью совпадает с содержимым
памяти исходной архитектурной платформы. в то
время как другое используется для исполнения
двоично-компилированных кодов. Это свойство
полностью изолирует двоичный компилятор от его
окружение. Отсутствие чего является одним из
основных источников несовместимости в
существующих двоичный компиляторах.
В дополнение к этим общим свойствам
поддержки двоичного компилятора в
микропроцессоре Е2К реализованы специфичные
особенности х86-й архитектуры включая отражение
трансляции адресов принятой в х86-й архитектуре
(сегментность, размер страницы, раскладку
таблицы страниц (page-table layout), и т.п.), реализацию
префикса LOCK для межпроцессорных блокировок,
80-витный тип данных с плавающей точкой
(использует 2-ф регистра E2k), и совместимость на
уровне ALU-примитивов как с х86-х так и с MMX.
Благодаря поразительной схожести
архитектур IA-64 и E2k разработчики полагают, что
можно будет довольно легко модифицировать
микропроцессор E2k для одновременного исполнения
кодов х86 и IA-64. Однако выполнимость этого трудно
будет оценить до тех пор, пока не известны детали
архитектуры IA-64.
Защита
Важным свойством микропроцессора E2k,
которое восходит еще к оборонной промышленности,
является "непробиваемая" защита
исполняемых кодов и данных. Модель защиты
Эльбруса основана на контекстной защите.
архитектурный подход, развитие которого резко
оборвалось на Западе с провалом микропроцессора
Intel 432. В отличие от всех предыдущих машин с
контекстной защитой, которые использовали для
защиты контекстные списки дескрипторов и при
этом теряли существенно в производительности,
архитектура микропроцессора E2k основана на
тегированных данных (два бита тега на каждое 32-к
битовое слово). Эта техника использовалась в трех
последними поколениями суперкомпьютеров
"Эльбрус", и наши инженеры научились
реализовывать ее без каких-либо потерь
производительности.
Это свойство является чем-то большим.
чем эзотерическая тонкость для посвященных.
Операционная система может
использовать контекстную защиту для обеспечения
несокрушимой защиты от вирусов, хотя
маловероятно, что Microsoft изменит Windows NT (2000) для
поддержки этого свойства. Но с использованием
тегов, в E2k аппаратно реализована динамическая
проверка типов аппаратно, — свойство, которое
может использоваться компилятором для
обеспечения защиты от программных ошибок во
время исполнения, таких как выход за границы
массива, использование неинициализироованных
данных, "подвисшие" указатели. Разработчики
Эльбруса рассказывают, что при прогоне SPECint95 на
"Эльбрус-3" было обнаружено 33 подобных
ошибки в коде.
Резонанс, или соотношение отечество/пророк
Сообщение вызвало большой резонанс на
Западе. Самый авторитетный в микропроцессорной
индустрии журнал Microprocessor Report, издающийся в
Силиконовой долине, напечатал посвященную
"Эльбрусу" статью под заголовком "Русские
идут". В статье отмечается удивительное
сходство методов, используемых группой Бабаяна,
с теми, которые применяют в своих процессорах Intel
и Hewlett-Packard (в Merced) и компания Transmeta. Это не
случайно: руководители обоих проектов в начале
90-х годов имели возможность обстоятельно изучить
идеи команды Бабаяна.
"Заявления Бабаяна относительно
Е2К,-пишет автор статьи об
"Эльбрусе",-показались бы невероятными, если
бы не доверие, которое вызывает команда
"Эльбрус". Е2К напоминает о том, что — как бы
это ни уязвляло чье-либо самолюбие —
компьютерная архитектура не является
исключительной монополией Запада".
Итак, русские идут. Но далеко ли
пройдем? Ни денег на подобные проекты, ни
современных полупроводниковых технологий в
России нет. Группа Бабаяна заявляет, что сделает
и протестирует опытный образец процессора к 2002
году, если в текущем году найдет партнера среди
крупных производителей полупроводников и $40 млн.
Все необходимые патенты у группы "Эльбрус"
есть, и переговоры с потенциальными партнерами
ведутся, но американские инвесторы не горят
желанием финансировать атаку на Intel. Как отмечают
разработчики Е2К, первоначальный интерес
инвесторов к их проекту быстро сходит на нет —
возможно, не без подсказки со стороны
госдепартамента США.
Шансы "Эльбруса" повысило бы
партнерство с такими компаниями, как Motorola, IBM, AMD,
да и той же Intel. Но у них есть собственные проекты,
и менять планы — пусть даже ради более
совершенной технологии (а тем более русской) —
они вряд ли станут. В крайнем случае российская
фирма могла бы уступить лицензию на свою
технологию Compaq, IBM или Sun. Борис Бабаян согласен на
такой вариант, и потеря имени его не пугает:
"Все равно все знают, что этот процессор —
русский". Он даже готов отказаться от
претензий на рынок самых быстрых компьютеров и
модифицировать "Эльбрус" для использования
его как встраиваемого (embedded). "Мы люди не
гордые, на что дадут деньги, то и сделаем. Лишь бы
проект был реализован", — говорит он.
Действительно, будет обидно, если опыт
разработчиков "Эльбруса" и технология Е2К
будут утеряны из-за отсутствия каких-то $40 млн.
Между тем у Transmeta уже есть опытный
образец процессора нового поколения. Правда, его
характеристики компания не сообщает. Merced же
появится на рынке в 2000 году. Группа "Эльбрус"
продолжает поиск партнеров…
Деньги, необходимые Бабаяну,
впечатляют только в масштабах российской нищеты,
но если учесть, что осуществив этот проект,
российская фирма (а значит, и сама Россия), через
три года выйдет на 150 миллиардный рынок, то $40 млн.
становятся мизерный платой за счастливый билет.
Наше правительство и парламент осознали, что
деньги надо вкладывать не в пирамиды, а
производство. Но почему-то в качестве объекта
приложения своих усилий они выбирают
текстильную и автомобилестроительную отрасли.
Видимо они не замечают, что именно эти отрасли
страдают от перепроизводства, и завалены с одной
стороны дешевейшим ширпотребом, а с другой —
высококачественными продуктами западных стран.
Лужков пытается развить выставочный бизнес. А
что, собственно, он хочет показывать на этих
выставках? Западные товары и разработки?
Сырьевые ресурсы, как показывает практика, не
могут прокормить нашу страну. Так может быть
начать вкладывать деньги и усилия в развитие
высоких технологий, какими является
микропроцессорная техника? Задумайтесь, ведь
даже 1% этого рынка составляет $1.5 миллиарда, а
ведь российские мозги (да и руки) способны на
большее. Уважаемые правительство и
парламентарии, вы действительно не понимаете
этого? Или у вас есть причины не хотеть этого
понимать?
Copyright © 1994-2016 ООО "К-Пресс"
Home
Поиск
Издания
Контакты
