Несколько недель назад в новостных сюжетах в очередной раз всплыла тема импортозамещения в самой, пожалуй, современной отрасли микроэлектроники — процессорах. Новый российский процессор Baikal-T1, построенный на ядре MIPS P5600, представила компания «Байкал Электроникс», дочерняя структура известного российского разработчика суперкомпьютеров «Т-Платформы». «Лента.ру» попробовала разобраться, какой процессор можно считать российским и зачем вообще нужен отечественный процессор.
Российская микроэлектронная промышленность — достаточно традиционный объект для шуток (чтобы не сказать издевок) еще с советских времен: выбранный в СССР в 1980-х годах курс на копирование западных образцов фактически привел к краху советской микроэлектроники. Анекдот про микропроцессор, отправленный в адрес заказчика тремя железнодорожными платформами, родился как раз в те годы.
Буквально за день до анонса Baikal-T1 рунет с упоением обсуждал, казалось бы, продолжение анекдота — ноутбук HT-ЭльбрусS, выпускаемый другим отечественным разработчиком процессоров, компанией МЦСТ: эта десятикилограммовая машина при цене 150 тысяч рублей способна работать на одной зарядке аккумулятора «не менее 1 часа». Правда, вскоре выяснилось и то, что модель эта — 2012 года и, главное, относится к классу защищенных ноутбуков, то есть способна выдержать падение на бетон, работу под дождем и другие неприятности. В качестве примера конкурентов HT-ЭльбрусS можно привести 15-дюймовый Getac X500, стоящий более 300 тысяч рублей и способный выдержать электромагнитный импульс ядерного взрыва, и «портативные ПК» немецкой Bit Tradition, одна из моделей которой — Bit-RPC 1522-MIL — весит около 20 килограммов и может похвастаться батареей на 30 минут работы.
Впрочем, наличие конкурентов — еще не ответ на вопрос, нужны ли вообще отечественные процессоры и компьютеры, а также можно ли считать существующие продукты отечественными.
Свои комментарии по российской составляющей устройств дали компании «Байкал Электроникс», МЦСТ и КМ211, а также один из мировых лидеров по разработке современных процессоров — британская компания Imagination Technologies, владеющая процессорной архитектурой MIPS. Все три российские компании занимаются разработкой современных процессоров, хотя и в разных направлениях: МЦСТ целится на рынок рабочих станций и серверов, КМ211 больше ориентирована на применение в системах безопасности и автоматизации, а «Байкал Электроникс» заняла промежуточное положение, представив чип для производительного сетевого оборудования.
Большой путь к маленькому процессоруРазработка современного процессора — длинный и сложный процесс. Начинается он с выбора архитектуры — набора команд, которые данный процессор сможет исполнять. От архитектуры зависит не только производительность процессора, но и его совместимость с программным обеспечением: ПО, выпущенное для одной архитектуры, на другой чаще всего работать не будет.
Последнее обстоятельство обусловило то, что распространенных процессорных архитектур в мире не так много; почти весь рынок поделен между тремя лидерами — Intel x86, ARM и MIPS. Первая уже не одно десятилетие доминирует в настольных ПК и ноутбуках, а две оставшиеся нашли свое призвание в мобильных устройствах и встраиваемых промышленных компьютерах. Интересно, что компании ARM Holdings и Imagination Technologies — разработчики архитектур ARM и MIPS — не выпускают процессоры сами, предпочитая продавать лицензии.
Говоря об архитектурах процессоров, необходимо понимать, что их нельзя напрямую сопоставлять друг с другом — каждая из них обладает своими сильными и слабыми сторонами, определяющими сферу ее применения. Например, на рынок ПК среди разрабатываемых сейчас российских процессоров претендуют только «Эльбрусы», но и они очень сильно отличаются от привычных пользователям процессоров архитектуры x86. Основное назначение «Эльбрусов» — это работа в компьютерах на промышленных и государственных объектах, то есть там, где Windows и Microsoft Office стараются не использовать в любом случае, а потому совместимость с этим ПО не является критичным моментом. Baikal-T1 и вовсе предназначен для сетевого оборудования и систем автоматизации, — сравнивать его с процессорами для ПК столь же нелепо, как грузовой КамАЗ с легковым Mercedes: аудиосистема у второго намного лучше, но в тех задачах, для которых предназначен первый, это роли не играет.
Исполняются команды на ядре процессора — схеме, обеспечивающей все необходимые вычислительные ресурсы. Хотя ядро, поддерживающее конкретную архитектуру, можно создать самостоятельно, чаще всего его тоже покупают у разработчика архитектуры. Но такое ядро — это еще не готовый чип, а всего лишь исходные коды, внешне похожие на исходные коды компьютерной программы.
На следующем этапе ядро «обвешивают» дополнительными периферийными модулями — например, контроллерами USB или Ethernet, если это требуется — добавляют ядро графического процессора, отвечающего за вывод картинки на монитор, и так далее. Часть модулей разрабатывается самостоятельно, часть может быть лицензирована у других компаний — опять в виде исходных кодов.
Предпоследний этап разработки — переход от абстрактных кодов к чертежам конкретного чипа. Для современных процессоров, работающих на частотах до единиц гигагерц, он также весьма нетривиален — в процессе необходимо учитывать огромное количество нюансов и ограничений. По словам Тони Кинг-Смита, исполнительного вице-президента Imagination Technologies, «срок от получения лицензии на ядро до воплощения его в кремнии постоянно сокращается, но все равно в среднем составляет от 9 до 18 месяцев», а сам процесс требует усилий группы высококвалифицированных разработчиков.
И лишь после прохождения всех этих этапов запускается конвейер полупроводниковой фабрики, на выходе которого мы и видим знакомые чипы.
Пятый пунктДискуссии о национальной принадлежности процессоров традиционно крутятся вокруг двух фактов. Во-первых, на данный момент в России нет современного полупроводникового производства, а потому выпускаются отечественные процессоры, как правило, на мощностях тайваньской TSMC — одного из крупнейших производителей чипов в мире, не занимающегося собственной разработкой микросхем, а лишь предоставляющего услуги по их выпуску. Во-вторых, многие из процессоров построены на базе архитектуры и ядер, разработанных западными компаниями — например, Baikal-T1 использует ядро MIPS P5600.
Впрочем, в случае с МЦСТ и КМ211 происхождение архитектуры уже не вызывает сомнений — обе компании используют собственные разработки, «Эльбрус» и «Кварк». В случае с МЦСТ иногда возникает небольшая путаница — ей приписывают использование в «Эльбрусах» довольно старой архитектуры SPARC v9, разработанной компанией Sun Microsystems еще в середине 90-х годов; МЦСТ действительно делает и SPARC-процессоры, но это — модели R500 и R1000, а не «Эльбрус».
В противовес подходу МЦСТ, «Байкал Электроникс» предпочитает использовать готовые процессорные ядра: у компании заключены соглашения как с Imagination, так и с ARM Holdings. Такой подход позволяет сконцентрировать ресурсы на выпуске финального продукта — и мировая практика показывает, что он весьма эффективен: ни один из крупных производителей процессоров не пренебрегает лицензированием чужих разработок, и многие из них используют ядра ARM или MIPS.
Однако лицензия на готовое ядро, как уже отмечалось выше, не избавляет компанию от серьезных трудозатрат. В обоих случаях для реализации проекта нужен интеллектуальный ресурс — группа разработчиков с глубоким пониманием архитектуры современных процессоров и принципов проектирования интегральных схем. И в случае с отечественными компаниями этот ресурс создается и поддерживается в России.
При этом необходимо признать, что производство самих чипов в России хоть и присутствует, но по своим возможностям радикально отстает от зарубежных мощностей. Однако в современном мире «бесфабричные компании», занимающиеся только проектированием и продажей микросхем, уже давно составляют подавляющее большинство — так, среди основных производителей процессоров только Intel и Samsung производят свою продукцию сами. Среди их конкурентов одни никогда своими фабриками не обладали, а другие — например, AMD — сознательно перешли к бесфабричной модели, выделив производство в отдельную компанию в рамках оптимизации своей структуры.
Разделение разработки и производства чипов — общемировая тенденция, и ставить их в жесткую зависимость друг от друга неправильно. Хотя хочется надеяться на появление и отечественного современного полупроводникового производства, заслуги разработчиков чипов его отсутствие никак не умаляет.
Вопросы безопасностиВостребованность отечественной замены импортного аналога можно рассматривать с двух точек зрения — с чисто коммерческой и с точки зрения обеспечения безопасности. Если коммерческая составляющая понятна и неспециалисту, то второй аспект является менее очевидным.
С одной стороны, тот факт, что цифровые войны в мире уже идут, оспорить трудно: после откровений Сноудена и информации об успешной атаке на иранскую ядерную инфраструктуру с помощью червя Stuxnet (и неудачной — на КНДР). С другой стороны, до сих пор в основном обсуждается роль в этих атаках программного, но не аппаратного обеспечения.
Для хакеров, в том числе работающих на государство, уязвимости ПО остаются наиболее привлекательными — они обеспечивают максимум возможностей и по проникновению в нужную систему, и по действиям в ней. Тем не менее, современные процессоры настолько сложны и многофункциональны, что в них тоже может найтись место для «закладок», облегчающих работу спецслужб.
Скажем, многие процессоры оснащены генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), который часто используется различными системами шифрования — и надежность этого кодирования зависит от степени случайности выдаваемой генератором последовательности. Технически возможно внести в чип процессора изменения, делающие последовательность на выходе ГПСЧ предсказуемой, а значит, зашифрованные с его помощью данные — сравнительно легко декодируемыми третьей стороной, знающей про эту особенность конкретного ГПСЧ.
При этом изменения в работу ГПСЧ могут быть внесены как на этапе производства конкретной партии процессоров, так и программно — с помощью недокументированных команд, которые могут быть выполнены, например, невинно выглядящим штатным обновлением какой-либо программы.
Обнаружить подобную закладку в готовом изделии практически невозможно — современный процессор содержит в себе миллиарды транзисторов, и даже просвечивая чип рентгеном, точно определить функции каждого из блоков нереально. Более того, первый тип закладки в некоторых случаях может быть внедрен таким образом, что обнаружить его не удастся даже при рентгеновском анализе блока ГПСЧ.
Это — лишь один пример, но и из него очевидно, что игнорировать возможность аппаратных закладок в тех или иных изделиях электроники было бы наивно. Причем касаться этот вопрос может и государств, и крупных коммерческих компаний — так, недавно выяснилось, что Агентство национальной безопасности США несколько лет следило за Siemens и другими европейскими компаниями.
Конечно, зарубежное производство чипов также представляет определенный фактор риска — однако настолько малый, что им можно пренебречь. Во-первых, как подчеркнули в «Байкал Электроникс», соответствие заказа и финального изделия строго контролируется, а потому внесение изменений на этом этапе невозможно. Во-вторых, внедрение «закладки» осложняется тем, что фабрика не обладает полной документацией на процессор — так что даже поиск в нем нужного блока может оказаться нетривиальной задачей. В-третьих, как отмечают в Imagination Technologies, для контрактного производителя чипов допуск посторонних лиц к данным клиентов — колоссальный репутационный риск.
Планы на будущееБезопасность на государственном уровне — вопрос, конечно, важный, но в конечном успехе на судьбу разработчика намного сильнее влияет успех его продукции на открытом рынке. На данный момент российские компании представлены на нем крайне слабо — основными потребителями их продукции являются государственные структуры. Впрочем, многие из них надеются, что в ближайшие годы ситуация может поменяться.
Константин Трушкин, представитель компании МЦСТ, видит препятствие в малой серийности изделий и ограниченной поддержке со стороны ПО, однако считает, что компании удастся его преодолеть: «при выходе на объем порядка десяти тысяч изделий можно будет снизить стоимость решений до уровня, доступного не только для организаций, но и для частных лиц». При этом, по его словам, МЦСТ в значительной степени надеется на федеральные целевые программы, которые позволят отечественным разработчикам успешнее конкурировать с иностранными.
Дмитрий Пустов, сотрудник компании КМ211, во многом соглашается с Трушкиным, также считая, что основное препятствие для российских разработчиков — ориентация на мелкосерийное производство вместо массового рынка, в том числе и зарубежного. При этом у КМ211 уже на данный момент основные клиенты — это коммерческие компании, занимающиеся разработкой решений в области промышленной автоматизации и обеспечения безопасности.
Андрей Малафеев, работающий в «Байкал Электроникс», также поддерживает точку зрения о необходимости выхода на мировой рынок — по его словам, производство современной микроэлектроники просто невозможно замкнуть в одной стране. Для Baikal-T1 в качестве приоритетных рассматриваются более полудесятка стран — от ОАЭ до Германии; в дальнейшем для расширения своего присутствия на рынке компания планирует представить процессоры для ПК и мобильных устройств.
В Imagination Technologies дополняют, что для успеха российских разработчиков ключевым является не только факт выхода на мировой рынок, но и подготовка квалифицированных кадров в России. По словам Тони Кинг-Смита, пока в России всего несколько университетов преподают полноценные курсы по разработке интегральных схем, в то время как эти знания должны быть доступны во всех вузах, готовящих специалистов по информатике. Чтобы помочь наладить учебный процесс, недавно Imagination Technologies перевела на русский язык и обеспечила бесплатный доступ к учебнику «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» Дэвида Харриса и Сары Харрис, фактически покрывающему значительную часть университетского курса.
Очевидно, что до безоблачного существования разработчикам российских процессоров пока далеко, — фактически большинство из них лишь в начале пути, выпускают продукцию небольшими партиями для госсектора или под узкоспециализированные коммерческие проекты. Тем не менее рост числа компаний, работающих в этой отрасли, равно как и их стремление выйти на массовый рынок, в том числе международный, позволяет надеяться, что уже через несколько лет об отечественных процессорах будут говорить с куда меньшим скепсисом.
Олег Артамонов
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
2 +10−8 | Алексей Грошиков | 12:16:01 16/07/2015 |
самые передовые отечественные процессоры на несколько поколений отстают от продукции интел и амд, и даже не могут производиться на Российских заводах из за отсутствия технологий и оборудования |
2 +3−1 | Бен Гроссман | 12:09:19 16/07/2015 | ||||||
| ||||||||
По поводу войны очень хорошо сказал Альберт Эйнштейн: "Я не знаю, каким оружием будет вестись Третья мировая война, но в Четвёртой будут использоваться палки и камни", однако. |
2 +2−0 | Goreg Swan | 11:29:59 16/07/2015 | ||||||
| ||||||||
По моим сведениям, они делают контрольную партию на микроне, что гарантирует производство их в России, если что. |
1 +2−1 | Solder Desolder | 11:42:25 18/07/2015 |
"выбранный в СССР в 1980-х годах курс на копирование западных образцов фактически привел к краху советской микроэлектроники. Анекдот про микропроцессор, отправленный в адрес заказчика тремя железнодорожными платформами, родился как раз в те годы." Автор путает теплое с мягким, скорее всего сознательно. Курс на копирование привел к отставанию, лет на 5 - 7, но никак не к краху. К краху привело недофинансирование перед развалом СССР. И анекдот ЦРУшный не имел ничего общего с реальностью. Да, копии, но вполне работоспособные и не отличающиеся по габаритам от оригиналов. А, ну было отличие в 0,04 мм в расстоянии между выводами DIP-корпусов, но оно было в пользу СССР. (:smile:) Сейчас в РФ своими силами даже копий интеловских процов 7-летней давности не сделать, нет технологий. |
1 +1−0 | June Bug | 11:39:21 18/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Наивняк. Им быстро кислород перекроют тогда по поставкам запчастей для китайских суперкомпьютеров. Китай - вассал США, как и Россия. |
1 +1−0 | June Bug | 11:36:59 18/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Ничего он не ударяет. Доля РФ в продажах Intel ничтожна, они даже не заметят. Арм сосет по полной. Могли бы давно сделали аналоги i3-i7, ан нет, не выходит каменный цветок. Никакого запаса у вортикали нет и не было. Чтобы что-то сделать нужны кадры, много хороших кадров среднего звена, а они тикают аж пятки свистят отсюда и власти сами это официально признают. С кем собрался импортозамещение то делать? Чтобы сделать микропроцессор нужна огромная инфраструктура в стране, у нас же вообще ничего нет, кроме кустарщины и попыток сделать всякую фигню на основе лицензированных западных архитектур. Специалисты, прекрасно понимают, что теперь на это потребуется не 5 лет, а 25. Все. Никаких посредников не будет, если закроют границы наглухо. Теперь все легко контролируется, включая потоки в Китае. Мелкие партии могут и просочиться, но необходимые объемы для нормального функционирования современной экономики уже нет. И так по всему спектру оборудования. Речь идет о том, что США на самом деле не нужен этот конфликт, их вполне устраивает, в реальности, политика вортикали. Ресурсы задарма качаются (теперь в 2 раза дешевле чем раньше), все под контролем, психов рядом с российским ржавым ЯО пока нет. И хорошо. Можно дальше править миром, не отвлекая ресурсы на верхнюю вольту с ракетами. Вот о чем речь - это их эта ситуация устраивает больше, чем реально должна патриотов в России. |
1 +1−0 | June Bug | 11:24:22 18/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Если введут эмбраго, Китай подчинится как миленький. Или потеряет все. Китай нам не друг, а враг, такой же, как и США, даже хуже. |
1 +1−0 | June Bug | 01:07:07 18/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Ничего нам не врежут, у меня всего лишь подчеркивалось, что США с нами(точнее с вортикалью) играют в странную игру, никак не похожую на настоящие санкции и полное экономическое эмбарго. Значит есть резон. А если бы вломили, ваши эльбрусу в лучшем случае на уровне 90нм стали бы делать, т.е. уровень современных атомов. Много можно на атоме наработать? То то же... |
1 +1−0 | June Bug | 01:05:06 18/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Для любых современных. Про программирование вообще молчу. Кто писал большие проекты знает, что много мощи не бывает. Именно этому среднему звену обломиться очень сильно. Хотя у меня всего лишь был резонный вопрос - почему США не накладывает эмбарго? Только упускают время. |
1 +1−0 | June Bug | 22:38:37 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Реэкспорт процов тяжелый бред. Процессоры Intel никогда не делались в Китае, только упаковка в корпуса. И все это делается на заводах, под полным контролем США, никакие левые партии оттуда уйти не могут, даже 1000 штук, не говоря о миллионах, требуемых РФ. Так что достаточно ввести эмбарго на современные решения от Intel/AMD/Ibm и все кранты путиномике. Откат года за два был бы уже солидным, а через 5 лет будет полный пц. При этом естественно запретить делать РФ кристалы на тайване. Иначе, получается, что они, фактически, сами удерживают у власти, так ненавистный им режим. До населения РФ, США нет никакого дела. Достаточно перекрыть кислород поставкам электроники и РФ погрузится в пучину 80х годов прошлого века. Не сразу конечно, но через 3-5 лет уже точно. Ничего своего она за это время принципиально сделать не успеет, у нее не хватит времени. А так получается какая-то странная игра в кошки-мышки. Заигрывание с вортикалью... У нас был шанс 15 лет назад, мы его просрали, сейчас происходит какая-то странная закулисная возня, торговля чем-то на будущее. Западных элит с вортикалью. |
1 +1−0 | Станислав Елецкий | 19:32:37 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
VLIW-архитектура, напротив - кошмар для разработчика. Ибо сложный компилятор = глючный компилятор. Компьютер с процессором такой архитектры будет неконкурентоспособен уже из-за сложности разработки. Также, VLIW хорош только для определённых задач. К примеру, программы с сильными ветвлениями (как то шахматы) - не для этой архитектуры. Резюмирую - при попытке конкурировать с Wintel рыночными методами, гипотетическая VLIW-платформа разделит участь MC68k и PPC, но куда быстрее. |
1 +4−3 | June Bug | 19:21:15 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Тебе не надо думать, ты не программист и ничего в этом не понимаешь. |
1 +2−1 | June Bug | 19:19:34 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Невозможно из под палки заставить сделать передовой продукт сейчас. Уровни не те, что раньше. Раньше 2-3 человека могли определить развитие отрасли (60 лет назад), теперь только большие и слаженные коллективы, работающие не за баланду, а за интерес и спокойную комфортную жизнь. |
1 +1−0 | George Goroshyn | 19:17:09 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Согласен, совершенно непонятно причем тут импортозамещение? |
1 +1−0 | June Bug | 19:15:29 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Важна не команда, выигрывающая олимипиады, а средний уровень, а по нему мы уже давно слились. А вот вчера и олимпиаду проиграли вчистую международную, впервые, по математике (что гораздо важнее олимпиады по программированию, для системщиков так точно). Ни одной золотой медали. Как бы показательно во что превратилось российское образование: Ссылка на www.rbc.ru |
1 +2−1 | June Bug | 19:06:23 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Аргументы больше похожи на самоуспокоение и убаюкивание ваты. Отвлечение внимания от реально напряжных моментов. В таких делах все крайне приниципально. И противная сторона пойдет на все, чтобы получить эти закладки. Сам софт стал настолько сложным, что даже в ядре линукс с открытом кодом периодически находятся хитроумные закладки призванные ослабить безопасность ядра или каких-либо периферийных модулей. Провести аудит кода уже просто нереально - не хватит ни каких ресурсов. Остается только надеяться на авось и на квалификацию проверяющих код хотя бы частично. |
1 +1−0 | Жданов Евгений | 18:43:04 17/07/2015 |
т.е. заглавный откоряк темы в том что лицензирование ядра и отсутствие собственных производств это как бе нормально и общемировая тенденция ну а как же упомянутая безопасность мсье? "завтра" КНР по какой то причине скажет гудбай контрактному производству Эльбрусов, а у нас нет литографических машин нужного диапазона и производства подложных схем и потом, очень хорошо что у сертифицированных ФАПСИ ведомств будет свой CPU, но как быть с широким рынком? |
1 +1−0 | . . | 18:13:58 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
в курсе. пусть там и будут. |
1 +1−0 | Максим Смирнов | 13:37:35 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Увы, вы проигнорировали большую чать моих доводов. Борьба с коррупуцией - дело нужное, но сделать дешевый процессор не получится все равно. |
1 +1−0 | Максим Смирнов | 13:20:04 17/07/2015 | ||||||
| ||||||||
Куда уж детальнее? Ну хорошо. Чтобы процессор (вообще любое изделие) был дешев, его нужно делать много. А для этого нужно сложное оборудование для массового производства. А сложное оборудование содержит много деталей, которые, опять таки, тоже будут дешевы только при изготовлении крупной серии. Ситуация как на советских оборонных заводах, где даже крепеж делают самостоятельно (интеграция) - совершенно ненормальна. Специализация и массовость выпуска - вот основное направление прогресса, а для этого нужно задействовать много людей. Это законы технологии, их нельзя объехать. |