Советские корни процессора Intel Pentium

12.10.2013, 00:07,
Техника

Просмотров: 0

Мало кто знает, но у истоков создания самого известного в мире процессора Intel Pentium были и советские специалисты и инженеры. В свое время СССР добился достаточно серьезных достижений в создании компьютерной техники. Примером этому может служить серия советских суперкомпьютеров «Эльбрус», которые были созданы в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) в 1970-1990-х годах прошлого века, это же название носит серия микропроцессоров и систем, созданных на их основе и выпускаемых сегодня ЗАО МЦСТ (Московский центр SPARC-технологий).

История компании «-Эльбрус МСЦТ»- началась в 1992 году, когда Бабаян со своими коллегами и при участии Дэвида Дицеля, в то время работавшего в компании Sun Microsystems, организовали «-Московский центр SPARC-технологий»-. Позднее при участии Бабаяна были созданы еще несколько компаний: «-Эльбрус 2000″-, «-Эльбрус Интернейшнл»-, которые и образуют «-Эльбрус МЦСТ»-.

Компания работала как по заказам зарубежных компаний: Sun, Transmeta (именно в эту компанию перебрался со временем Дэвид Дицель), а также выполняла работы по заказам правительства России. Прежде всего, это используемые в российской армии вычислительные комплексы «-Эльбрус 90-микро»- на базе собственных процессоров серии МЦСТ R. За их создание Бабаян и его коллеги в своё время получили государственные награды.

Однако история самого »-Эльбруса»-куда длиннее. Первый компьютер с таким названием был создан еще в 1978 году в ИТМиВТ им. С.А. Лебедева АН СССР под руководством Б.С. Бурцева и при участии Бориса Бабаяна, который был одним из заместителей главного конструктора. Основными заказчиками компьютеров «-Эльбрус»- были, конечно, военные.

Первый компьютер «Эльбрус» обладал модульной архитектурой и мог включать в себя от 1 до 10 процессоров на базе схем средней интеграции. Быстродействие данной машины достигало 15 миллионов операций в секунду. Объем оперативной памяти, которая была общей для всех 10 процессоров, составлял до 2 в 20 степени машинных слов или, если применять принятые сейчас обозначения, 64 Мб. Однако самым интересным в «Эльбрусе-1» была именно его архитектура. Созданный в СССР суперкомпьютер стал первой в мире коммерческой ЭВМ, которая применяла суперскалярную архитектуру. Ее массовое применение за рубежом началось только в 90-х годах прошлого века с появлением на рынке доступных процессоров Intel Pentium.

Как выяснилось позднее, подобные разработки существовали и до «-Эльбруса»- в корпорации IBM, однако работы эти были закрытыми и так и не привели к созданию коммерческого продукта. Правда, в ряде публикаций появлялись сведения, что при проектировании «-Эльбруса»- в основу были положены разработки зарубежных фирм. Однако участники создания советского суперкомпьютера с такой позицией не согласны. В одном из интервью В.С. Бурцев, главный конструктор «-Эльбруса»-, отметил, что при создании компьютера конструкторы старались использовать передовой опыт как отечественных, так и зарубежных разработчиков. И на архитектуру «-Эльбрусов»- оказали влияние не только компьютеры фирмы Burroughs, но и разработки таких фирм, как Hewlett-Packard, а также опыт создателей БЭСМ-6.

При этом немалая часть разработок была оригинальной, к ним относится и суперскалярная архитектура. Кроме этого для организации передачи потоков данных между периферийными устройствами и оперативной памятью в компьютере могли применяться специальные процессоры ввода-вывода. Таких процессоров в составе системы могло быть до 4-х штук, они работали параллельно с центральным процессором и обладали своей собственной памятью.

Следующим этапом работ явилось создание компьютера «Эльбрус-2». Эти ЭВМ отправились в серийное производство в 1985 году. По своей внутренней архитектуре они не сильно отличались от «Эльбрус-1», но применяли новую элементную базу, что позволило увеличить максимальную производительность до 125 млн. операций в секунду. Объем оперативной памяти компьютера увеличился до 16 млн. 72-разрядных слов или 144 Мб. Максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода «Эльбруса-2» составляла 120 Мбайт/с.

Данные компьютеры активно применялись в СССР в областях, которые требовали большого количества вычислений, в первую очередь в оборонной отрасли. ЭВМ «Эльбрус-2» эксплуатировались в ядерных исследовательских центрах в Челябинске-70 и в Арзамасе-16 в ЦУПе, наконец, именно этот комплекс, начиная с 1991 года, применялся в системе ПРО А-135, а также на других военных объектах страны.
Помимо двух перечисленных выше компьютеров, также выпускался ЭВМ общего назначения «Эльбрус 1-КБ», создание данного компьютера было окончено в 1988 году. До 1992 года было произведено 60 таких ЭВМ. Они были основаны на технологиях «Эльбруса-2» и применялись для замены устаревших машин БЭСМ-6. При этом между «Эльбрус 1-КБ» и БЭСМ-6 существовала полная обратная программная совместимость, которая была дополнена новыми режимами работы с увеличенной разрядностью чисел и адресов.

Создание компьютеров «Эльбрус» было по достоинству оценено руководством Советского Союза. За разработку «Эльбруса-1» многие инженеры были награждены орденами и медалями. Борис Бабаян был награжден Орденом Октябрьской революции, его коллега В.В. Бардиж – орденом Ленина. За разработку «Эльбруса-2» Бабаян с рядом своих коллег был удостоен Ленинской премии, а генеральный конструктор В.С. Бурцев и ряд других специалистов – Государственной премии.

После завершения работ над ЭВМ «Эльбрус-2» в ИТМиВТ взялись за разработку ЭВМ на базе принципиально новой процессорной архитектуры. Проект, который был назван достаточно просто – «Эльбрус-3», также значительно опередил аналогичные разработки на Западе. В «Эльбрусе-3» впервые был реализован подход, который Борис Бабаян называет «постсуперскалярным». Именно такой архитектурой в будущем обладали процессоры Intel Itanium, а также чипы компании Transmeta. Стоит отметить, что в СССР работы над данной технологией были начаты в 1986 году, а Intel, Transmeta и HP приступили к реализации работ в этом направлении лишь в середине 1990-х годов.

К сожалению, «Эльбрус-3» так никогда и не был запущен в серийное производство. Его единственный работающий экземпляр был построен в 1994 году, но в это время он был никому не нужен. Логическим продолжением работ над данным компьютером стало появление процессора «Эльбрус-2000», известного также как E2K.

По словам Бориса Арташесовича Бабаяна, главного архитектора суперкомпьютеров линии Эльбрус, суперскалярная архитектура была изобретена в России: «-В 1978-ом году мы сделали первую суперскалярную машину, Эльбрус-1. Сейчас на Западе делают суперскаляры только такой архитектуры. Первый суперскаляр на Западе появился в 92-ом году, наш в 78-ом. Причем тот вариант суперскаляра, который сделали мы, аналогичен Pentium Pro, который Intel сделал в 95-ом году«-.

Подтверждают историческое первенство Эльбрус и в Америке. В той же статье из Microprocessor Report Кит Дифендорфф, разработчик Motorola 88110, одного из первых западных суперскалярных процессоров, пишет: «-В 1978 году, почти на 15 лет раньше, чем появились первые западные суперскалярные процессоры, в Эльбрус-1 использовался процессор, с выдачей двух команд за один такт, изменением порядка исполнения команд, переименованием регистров и исполнением по предположению«-.

В 1991г в Эльбрус (тогда еще ИТМиВТ) побывал г-н Розенбладт (Peter Rosenbladt) из фирмы Hewlett-Packard, и получил исчерпывающую документацию на Эльбрус-3. Позже выяснилось, что именно тогда HP начала проект, приведший к совместной с Intel разработке EPIC-процессора Merced. Его архитектура очень схожа с Эльбрус-3, а отличия в основном связаны с упрощениями сделанными в микропроцессоре от Intel.

По словам Б.А. Бабаяна, Петер Розенбладт предлагал сотрудничество с HP. Но Бабаян выбрал Sun (первая встреча с руководством Sun состоялась еще в 1989г). И в 1991г с Sun был заключен контракт. От официальных представителей Sun известно, что Эльбрус принимал участие в разработке микропроцессора UltraSPARC, оптимизирующих компиляторов, операционных систем (в том числе Solaris), инструментария Java, библиотек мультимедиа.

Первоначально проект E2k финансировался фирмой Sun. Сейчас проект полностью независим, вся интеллектуальная собственность на него принадлежит Эльбрус и защищена примерно 70-ю патентами США. Б.А. Бабаян поясняет «-Если бы мы и дальше работали с Sun в этой области, то все принадлежало бы Sun. Хотя 90% работы было выполнено еще до появления Sun«-.

В Sun с 1992 по 1995 Эльбрус работал вместе с известным микропроцессорным архитектором Дэйвом Дитцелом. Как рассказывает Б.А. Бабаян, «-Потом Дэйв образовал собственную фирму — Transmeta и начал работать над машиной, очень похожей на нашу. Мы по-прежнему поддерживаем с Дитцелом тесные контакты. Да и он очень хочет с нами сотрудничать«-. Про будущий продукт Transmeta пока известно мало. Известно, что это VLIW/EPIC микропроцессор с низким энергопотреблением, двоичная совместимость с x86 обеспечивается динамической трансляцией объектного кода.

Е2К против Itanium

64-битный процессор Intel Itanium не оправдал надежд и на бумаге сильно уступал «Эльбрус-2000».

С 1994 по 1998 годы о работе команды Бориса Бабаяна ничего не было слышно — русские готовили сенсацию. В 1998 году без особой шумихи Бабаян и Ко (порядка 400 сотрудников) переименовались в компанию «Эльбрус».

Тем временем зарубежные конкуренты не спали. В 1989 году Intel и Hewlett-Packard объединили свои силы для создания процессора нового поколения — Itanium (кодовое имя — Merced). Itanium должен был вобрать в себя все самые современные наработки и стать венцом процессоростроения. Многие ожидали, что новый процессор будет доминировать на рынке серверов, рабочих станций и, возможно, настольных компьютеров, вытеснив все остальные. Проектная частота Merced равнялась 800 МГц, уровень тепловыделения — 60 Вт, а объем кэш-памяти третьего уровня — от 2 до 4 Мбайт. При этом процессор должен был стать 64-битным.

Совершенно реальный процессор R500 от МЦСТ был блеклым отголоском многообещающего «Эльбрус-2000».

День Х настал 25 февраля 1999 года, когда на конференции Microprocessor Forum к трибуне поднялся лично Борис Бабаян и громко заявил, что его компания разработала микропроцессор «Эльбрус-2000» (Е2К), сильно опережающий хваленый Merced по всем характеристикам. Вся компьютерная общественность застыла в ожидании. Вместо запланированных двух часов Бабаян выступал четыре часа. Прозвучали ответы на вопросы относительно конкуренции со стороны западных компаний и перспектив выхода на рынок микропроцессора и компьютеров на его основе. В какой-то момент Борис Бабаян шокировал публику, заявив, что сумма для выпуска пробной партии процессоров «Эльбрус-2000» нужно $60 млн. Такая цифра отпугнула всех потенциальных инвесторов. Еще бы, ведь все обещания Бабаяна были чистой теорией — никаких инженерных сэмплов и прототипов показано не было.

Легенда компьютерного мира Гордон Бэлл (Gordon Bell), который, работая в DEC, создавал компьютеры линий PDP и VAX, а сейчас возглавляет исследовательское подразделение Microsoft (Telepresence Research Group), популяризирует проект Эльбрус E2k на международных конференциях.

Его лекция с названием «-Следующее десятилетие супервычислений»- (The Next Ten Years in Supercomputing) 26 мая 1999 г открывала Международный Симпозиум по Высокопроизводительным Вычислениям (International Symposium on High Performance Computing) в Японии, а 10 июня — четырнадцатую Манхеймовскую Конференцию по Суперкомпьютерам (Mannheim Supercomputer Conference) в Германии. Оба раза доктор Бэлл часть лекции посвятил рассказу о E2k. В слайде под названием «-Russian Elbrus E2K»- он приводит таблицу, где оценивает E2k и Merced. Причем сравнение свидетельствует явно не в пользу детища Intel.

Ниже приведена таблица из доклада Гордона Бэлла.

Микропроцессор	E2K	Merced
Тактовая частота, ГГц	1.2	0.8
Производительность, SPECint95 / SPECfp95	135 / 350	45 / 70
Размер кристалла, мм2	126	300
Энергопотребление, Ватт	35	60
Пропускная способность шины, Гбайт/сек	15	н/д
Кэши (Кбайт)	64 / 256	н/д
Пиковая производительность, GFLOPS	10.2	н/д
Планируемое время начала поставок	4-ый квартал 2001г	н/д

Гордон Бэлл (www.research.microsoft.com/users/gbell/bio.htm) является не только высокопоставленным сотрудником Microsoft, но и влиятельным в компьютерном мире консультантом и предпринимателем. Он создал несколько частных фирм, занимающихся разработкой перспективных технологий.

Заявленные характеристики, меж тем, впечатляли. Компания «Эльбрус» обещала процессор с частотой 1,2 ГГц, производительность которого равнялась 8,9 млрд операций в секунду. Кроме того, разработчики рассчитали, что Е2К должен втрое превзойти Merced в тестах SPECint95/fp95. При этом площадь кристалла составляла всего 126 мм2 при тепловыделении 35 Вт, тогда как Merced занимал 300 мм2, а тепловыделение у него было 60 Вт.

У российской компании имелись большие планы по серийному производству данного процессора, который должен был пойти в серию одновременно или даже еще раньше, чем Itanium. Но из-за отсутствия необходимого объема инвестиций, все данные планы не были реализованы и так и остались на бумаге.

Российский след в процессорах компании Intel

Владимир Пентковский – является выдающимся российско-американским ученым, доктором технических наук, который окончил факультет ФРТК МФТИ. Он принимал непосредственное участие в разработке процессоров Pentium III, Core 2 Duo, HAL9000, Matrix, является разработчиком высокоуровневого языка программирования Эль-76, который использовался в компьютерах «Эльбрус». С 1970 года он работал в Институте точной механики и вычислительной техники, где успел принять участие в создании суперкомпьютеров «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». В 1986 году Пентковский возглавил работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 для «Эльбруса-3».

К 1987 году работы над созданием архитектуры нового микропроцессора были закончены, в 1990 году были выпущены первые его прототипы. В 1991 году он приступил к работам над разработкой Эль-91С, взяв за основу предыдущую версию процессора, однако финансирование данного проект было остановлено из-за развала страны. Естественно, специалист такого уровня не мог пропасть. В 1989 году Владимир Пентковский уже ездил в США в исследовательский центр компании Intel в рамках программы по обмену опытом. С 1993 года он начинает работать в компании Intel, став одним из ведущих ее инженеров, разработка знаменитых процессоров Pentium происходила при его непосредственном участии. Презентация процессора Pentium состоялась 22 марта 1993 года, примерно через несколько месяцев начали появляться первые компьютеры, построенные на их основе.

Владимир Пентковский является одним из авторов векторного (SIMD) расширения команд SSE, которое впервые было использовано в процессорах Pentium-III. Является автором более чем 50 различных патентов, многие из которых до сих пор используются в современных процессорах. В процессорах Intel Владимир Пентковский воплощал на практике знания, которые им были получены в России, многое он додумывал уже непосредственно во время разработки моделей. В 1995 году американская компания представила более совершенный продукт Pentium Pro, который по своим характеристикам напоминал процессор Эль-90. Главным архитектором данного процессора считается именно Владимир Пентковский.

В настоящее время Пентковский продолжает работать в компании Intel. Так что процессор, на котором, возможно, работает ваш персональный компьютер или ноутбук вполне может иметь российские корни и мог бы быть даже произведен в нашей стране, если бы не печально известные события 1991 года и их последствия.

«Эльбрус» все еще жив

Хотя СССР развалился, бренд «Эльбрус» все еще жив. Процессоры и готовые решения на их базе сегодня продвигает на рынке компания МЦСТ. На сегодняшний день компьютеры компании МЦСТ в основном предназначены для: военных ведомств России, стран СНГ и БРИК- индустрии гражданского производства- РЛС гражданского назначения (наземного, морского и воздушного транспорта). Для бизнеса и гражданских лиц, которым необходимы особо надежные и защищенные компьютеры. Компьютеры компании обладают различным конструкторским исполнением, разным классом защиты в зависимости от требований. Все они обладают поддержкой или возможностью работы с GPS и ГЛОНАСС в зависимости от потребностей покупателя устройства.

В настоящее время компания продвигает на рынке 2 своих основных микропроцессора и устройства на их базе. Первый из них – это Эльбрус-2С+, который является первым гибридным высокопроизводительным процессором компании МЦСТ. Процессор содержит в себе два ядра архитектуры Эльбрус и четыре ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) компании Элвис. Основной сферой его использования являются системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, к которым относят анализаторы изображений, радары и другие подобные устройства.

Вторым продуктом является микропроцессор МЦСТ R1000 (проектное название МЦСТ-4R) – четырехядерная модель, построенная на кристалле с 64-битной архитектурой SPARC v.9. Процессор работает на частоте 1 ГГц при технологических нормах выпуска 90 нм. Каждое из его ядер в состоянии декодировать и отправлять на выполнение до 2-х команд за такт. Процессор поддерживает дополнительные инструкции для выполнения упакованных и комбинированных операций, а также векторные расширения VIS1 и VIS2.

В декабре 2012 года были выпущены первые российские процессоры, которые вошли в пробную партию моноблоков Kraftway. Процессоры в данных моноблоках называются «Эльбрус», ну такое, чисто российское название. Об этом рассказывал изданию CNews генеральный директор предприятия МЦСТ, которое разрабатывает процессоры, Александр Ким.

О планах по выпуску таких персональных компьютеров, с российскими процессорами, было известно еще в июле 2012 года. Тогда рассказывали на предприятиях МЦСТ и Kraftway о том, что за основу планировалось взять уже полностью готовый моноблок Kraftway Studio, который содержит сенсорный дисплей и собирались его оснастить малогабаритной материнской платой, которая называется «Монокуб», которая является разработкой предприятия МЦСТ и содержит встроенный процессор «Эльбрус-2С+». Данный процессор два ядра, которые построены на базе архитектуры «Эльбрус» и имеют частоту 500 МГц, а также содержит 4 DSP-ядра, разработанные НЦП «Элвис», которые обладают производительностью в 28 ГФлопс.

По словами генерального директора, Александра Кима, объем первой такой серийной партии, таких персональных компьютеров, составит 50 штук. А сами модули, предприятие МЦСТ заказало в производственной компании «Альтоника», что находится в Зеленограде.

Также генеральный директор сообщает о том, что будут производиться испытание данных модулей, на протяжении 1-2 месяцев, для того, чтобы выявить их качество производства.

Если испытания данных модулей пройдет успешно, то предприятия МЦСТ, планирует сделать свой следующий заказ, на производство материнских плат, с процессорами «Эльбрус», в размере 1000.

Александр Ким утверждает, что интерес к данным компьютерам идет большой и данная партия в 1000 устройств, должна разойтись довольно быстро. Интерес, к компьютерам российского производства, с российскими процессорами, проявляют в основном организации оборонного сектора. Какие именно организации, генеральный директор предприятия МЦСТ, не сообщает.

Также хочется отметить то, что процессоры «Эльбрус» ранее никогда не использовались в компьютерах для обычных пользователей. Основным рынком продаж, данных процессоры, как говорилось ранее, являлся сектор оборонного плана. Они поставляют данным секторам, так называемые индустриальные вычислительные системы. Данные системы хорошо используются в противовоздушной обороне. Также у предприятия МЦСТ имеется в наличии защищенный ноутбук, который может быть использован в «жестких» условиях.

В компании МЦСТ сообщается, что совместно с компанией Kraftway, производство таких компьютеров, хотят продемонстрировать и для обычных граждан.