• РЕГИСТРАЦИЯ

Обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С. Часть 3: тесты, сравнение с Intel

Андрей Курочкин
9 июня 2015 г. 10:50 7 9717

В этой статье мы заканчиваем наш первый обзор уникального российского микропроцессора «Эльбрус». На сей раз речь пойдёт о реализованных на его основе устройствах, персональных компьютерах, планах серийного производства, а также сравнительные тесты производительности.

Автор: Владимир Иванов

Часть 1: http://cont.ws/post/92016

Часть 2: http://cont.ws/post/92508

Модули на микропроцессорах «Эльбрус»

В настоящее время ЗАО «МЦСТ» выпускает несколько готовых модулей на основе процессоров R1000 архитектуры SPARC, а также серию модулей на основе «Эльбрус». Каждый из модулей изготовлен в виде системной платы с набором необходимых внешних интерфейсов, по сути представляя собой готовый компьютер, требующий лишь подключения источника питания и накопителей для хранения данных, да и то не всегда (зачастую флеш-диск достаточного объёма распаян прямо на плате). Он выполнен в стандартном форм-факторе потребительского либо промышленного стандарта, и устанавливается в корпус заказчика. В настоящее время модули комплектуются процессорами «Эльбрус-2С+», а с началом серийного выпуска «Эльбрус-4С» элементная база будет обновлена.

В каталоге компании «МЦСТ» представлены следующие модули: МВКУБ/С, МВК/U, Монокуб, КУБ-COM, МВ3S/C-К. Первый из них содержит два процессора, остальные — один. Каждый модуль оснащён картой CompactFlash, использующейся либо для хранения системы двоичной трансляции, либо для установки ОС, причём последний из перечисленных модулей содержит также дополнительный SSD-диск стандарта mSATA. Пусть вас не вводит в заблуждение слово «куб» в названиях некоторых из них: форм-фактор конструктивного исполнения — Compact PCI, COM Express type 2 и mini-ITX, напоминающие в лучшем случае прямоугольный параллелепипед, а слово «куб» выбрано, видимо, только «для красоты». Ещё один модуль, МВ3С2/C, не содержит процессора, а предоставляет лишь набор периферийных интерфейсов. Заметим, что интерфейсных модулей существует большое множество, но мы не стали перечислять их все для экономии места.

Вычислительные модули на основе микропроцессоров «Эльбрус»  (При нажатии на миниатюру откроется полномасштабное изображение)

Вычислительные комплексы

Этим научным термином в компании «МЦСТ» называют любые законченные компьютеры на основе процессора «Эльбрус», от ноутбука и до мощного сервера. Да, вы не ослышались: ноутбук на этом кристалле уже выпускается и носит гордое название «Носимый терминал НТ-ЭльбрусS». Конечно, ему пока ещё далеко по изяществу до Macbook Air, своим брутальным видом он напоминает, скорее, защищённые ноутбуки фирмы Panasonic или аналогичные.

НТ-ЭльбрусS

Характеристики «НТ-ЭльбрусS» достаточно скромные, но вполне достаточные для запуска «офиса» и подобных программ. А вот прочность конструкции находится на высоком уровне: аппарат не только способен нормально работать в широком диапазоне температуры (от -10 до +55°С) и влажности (вплоть до полного погружения под воду до глубины 1 м), но и вибрации, ударных нагрузках (вплоть до падения на бетон с высоты 0,75 м).

Полезным может оказаться и наличие универсального приёмника сигналов спутниковой навигации (ГЛОНАСС/GPS), а при необходимости может быть установлен адаптер Wi-Fi. Вот разве что разрешения экрана — 1024 на 768 точек — маловато для комфортной работы, да и батарею можно было бы поставить помощнее, так как заряда штатной хватает всего на 1 час.

Монокуб-РС

Другой ВК — «Монокуб-PC» — вполне сопоставим с недорогим офисным ПК, да и по размерам весьма похож на него. 4 ГБ оперативной памяти и 500 ГБ жёсткого диска, разумеется, могут быть заменены на другие стандартные компоненты нужного объёма, благо что интерфейсы внутри самые что ни на есть общедоступные: слоты DDR2 и разъёмы SATA II (правда, DDR2 смотрится в наши дни некоторым анахронизмом, да и по цене уже проигрывает DDR3). К нему подключается любой стандартный монитор с коннектором VGA или DVI, а также клавиатура и мышь. Лишь наличие интерфейсов GPIO слегка намекает нам на то, что перед нами не обычный офисный ПК, а изделие для лабораторно-промышленного применения.

КМ4-Эльбрус

Ещё одна традиционная компоновка — моноблок КМ4-Эльбрус, или конструкция «всё-в-одном». Это ПК, собранный в общем корпусе с монитором. Его экран обладает уже вполне достойным разрешением 1600 на 900 точек, более того, он сенсорный! Корпус, правда, несколько толстоват, но по большому счёту, малая толщина его — лишь дань моде. На рабочий стол он впишется вполне нормально, а при желании к нему можно без дополнительных средств подключить второй монитор, с разрешением вплоть до 1920 на 1440.

Экспериментальный 4-процессорный сервер на базе процессора Эльбрус-4С

И ещё один ВК, «Эльбрус-3С», является мощным модульным сервером с 16-ю процессорами (4 процессорных модуля по 4 процессора), 128 ГБ ОЗУ, встроенным коммутатором Gigabit Ethernet и оптическим контроллером сети. Он рассчитан на высокопроизводительные вычисления, а благодаря модульной конструкции, его конфигурация может сильно различаться, в зависимости от требований заказчика.

Вычислительные модули на основе микропроцессоров «Эльбрус» (При нажатии на миниатюру откроется полномасштабное изображение)

Тесты, тесты, тесты

Наверняка многим из вас не терпится узнать, на что способны новые кристаллы в плане производительности? Есть ли у новой архитектуры преимущества в реальных задачах? Чтобы выяснить это, мы подготовили три «боевых» теста: архивацию и распаковку архиватором 7-zip, обработку видеосигнала цифровым фильтром, и шифрование информации по алгоритму ГОСТ. Такой выбор задач был сделан отчасти из-за того, что все они реализованы в виде приложений для ОС Linux, способной функционировать как на процессорах Эльбрус, так и на чипах производства Intel, что позволяет провести сравнительный анализ, а отчасти потому, что эти задачи входят в число наиболее типичных применений разработанных ВК (не забываем, что основными заказчиками оных являются различные предприятия).

Характеристики тестовых стендов приведены в таблице. Отметим лишь, что в день тестирования сервер на четырёх процессорах «Эльбрус-4С» с частотой 800 МГц оказался занят, и нам предложили такой же, работающий на частоте 700 МГц, что несколько повлияло на результаты. В принципе, ничто не мешает пересчитать их, умножив или разделив на 8/7, так как производительность сервера линейно зависит от частоты. Также следует иметь в виду, что все тесты выполнялись в однопоточном режиме; для хорошо распараллеливаемых задач, а к ним принадлежат все упомянутые тесты, с ростом числа задействованных ядер производительность будет возрастать практически линейно. Соперником наших героев, а также точкой отсчёта, послужил сервер на процессоре Intel Core i7-2600, работающем на частоте 3400 МГц.

Коммуникационными портами компьютеры "Эльбрус" не обделены

Первый тест, архивация по алгоритму 7-zip, является, пожалуй, антипримером, с точки зрения демонстрации эффективности отечественной архитектуры. Алгоритм 7-zip довольно сложен и плохо поддаётся оптимизации, поэтому общая скорость упаковки, измеряемая в мегабайтах в секунду (т.е. чем лучше производительность, тем больше числа), почти точно пропорциональна тактовой частоте, которая у российских кристаллов сильно уступает продукции лидера мирового процессоростроения. При распаковке ситуация чуть лучше: в самом деле, если частоты Core i7 и «Эльбрус-2С+» различаются в 3400/500=6,8 раза, то результаты теста лишь в 33,437/6,296=5,31 раза, что говорит о том, что работая на той же частоте, что и процессор Intel, «Эльбрус» смог бы его обойти!

Логи тестов на скорость архивации по алгоритму 7-zip:

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l2_7z.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/i4_7z.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l16_7z.jpg

С фильтрацией видеосигнала наш кристалл справляется лучше. Недаром эта область являлась одной из профильных при его разработке. Но не следует полагать, что тут задействованы дополнительные ядра встроенного DSP — так было бы «нечестно» по отношению к сопернику, поэтому тестовая программа использует только ядра общего назначения. Здесь «Эльбрус-2С+» медленнее лишь в 2,5 раза (тест измеряет время выполнения одной и той же задачи, так что здесь лучшей производительности соответствует меньшее число). «Эльбрус-4С» практически подобен своему собрату, выдавая результат во столько раз лучше него, во сколько раз различаются их тактовые частоты).

Логи тестов на фильтрацию видеосигнала:

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l2_filter.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/i4_filter.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l16_config.jpg

Но самый выигрышный результат оказался при шифровании по алгоритму ГОСТ, недаром он тоже разрабатывался нашими специалистами. Здесь «Эльбрус-2С+» выполнил задачу на 30% быстрее, несмотря на почти семикратную разницу в частоте, а «Эльбрус-4С» — почти в 2 раза быстрее! Что говорит о том, что эффективность отечественной архитектуры на подобных задачах лучше почти в 9 раз. Подробности можно лицезреть на скриншотах окна терминала. Не удивляйтесь, увидев неожиданное сообщение cpuinfo о странном процессоре «Эльбрус-2S»: именно так планировалось ранее назвать новый четырёхъядерный чип, но в последний момент он был переименован с целью отображения в названии количества ядер. Это же «старое» название можно прочесть и на фотографии крышки корпуса кристалла, массово отштампованной до этого момента.

Логи тестов шифрования по алгоритму ГОСТ:

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/i4_gost.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l2_gost.jpg

http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2014/05/21/l16_gost.jpg



Вперёд, к светлому будущему?

Итак, всё выглядит не так уж и плохо? И да, и нет. Несмотря на успешный старт, у МЦСТ осталась ещё масса нерешённых проблем. Главная из них — поиск производственных мощностей для выпуска чипов. Пока «Эльбрус-2С+» производится на фабриках партнёров из Юго-Восточной Азии, что не очень-то вписывается в картину России, как независимой интеллектуальной державы. К тому же для изготовления нового чипа, «Эльбрус-4С», требуется более «тонкий» процесс с нормами литографии 65 нм. Однако, перечитывая новости прессы, можно заметить, что зеленоградский завод полупроводниковых компонентов «Микрон» не так давно разработал новую для России технологию – как раз 65 нм – и закупает под нее дополнительное оборудование в свою производственную линию. Очевидно, что именно туда планируется перенести производство «Эльбрус», но «гладко бывает только на бумаге»: чтобы запустить линию и наладить серийное производство, как правило, требуется не меньше двух лет, а то и заметно больше. К чести предприятия "Микрон" стоит отметить, что задача освоения нового технологического процесса - дело далеко не тривиальное (о том, как организовано производство процессоров мы расскажем в рамках отдельного репортажа).

Вторая актуальная проблема — рост тактовой частоты. Чтобы на равных конкурировать с мировыми производителями, неплохо бы поднять её хотя бы вдвое, а лучше впятеро. Казалось бы, этого можно достичь дальнейшим уменьшением норм техпроцесса, но не всё так просто. Сменив легковушке 100-сильный двигатель на 1000 л.с., не увеличить скорость со 150 до 1500 км/ч. Необходима существенная переработка топологии под новую частоту, отладка, тесты... Да и возможности производства в нашей стране на таких линиях пока призрачны. Проще линейно наращивать количество ядер, добавив кеш-памяти и слегка повышая частоту (по мере оптимизации внутренних узлов). Примерно так и сконструирован «Эльбрус-8С», разработка которого уже идёт полным ходом и должна завершиться в будущем году. Помимо повышения частоты до 1,3 ГГц, в нём вдвое (по сравнению с «Эльбрусом-4С») увеличено количество ядер, и во столько же раз — кеш-памяти, но не только: количество вычислительных устройств с плавающей запятой также возросло с 4-х до 6-ти, что дополнительно позволит выжать из него чуточку мощности, доведя итоговую производительность до впечатляющей цифры в 250 Гфлопс. Правда, уменьшение норм техпроцесса всё же планируется, что позволит сохранить или даже уменьшить при этом суммарное тепловыделение кристалла.

А что же дальше? Увидим ли мы когда-нибудь на прилавках обилие полностью, на 100%, отечественных ПК? Если и увидим, то очень не скоро. Несмотря на некоторые явные преимущества, по соотношению главных потребительских качеств «производительность/цена» наш «Эльбрус» всё ещё проигрывает конкурентам, а доплачивать за сомнительные преимущества в виде защищённого режима или эффективного шифрования массовый потребитель вряд ли захочет. Другое дело — корпоративный клиент, для которого надёжность работы и наличие полной документации является определяющим критерием. А так как всё равно в большинстве случаев систему для него придётся разрабатывать «под заказ», то здесь отечественный производитель может даже предложить более выгодную цену, чем зарубежный партнёр. Поэтому клиентов у МЦСТ пока хватает.

Что ж, пожелаем им удачи! И будем надеяться на то, что наша страна снова станет «супердержавой», как это уже было не раз.

Источник: http://zoom.cnews.ru/publicati...


Дополнение

Перед Новым Годом сотрудники МЦСТ решили протестировать работу обновлённой графической подсистемы платформы Эльбрус, поддерживающей аппаратное 3D ускорение. Для этого решили немного поиграть.

Для теста был выбран RBDOOM3-BFG - вариант игры Doom3 с открытым исходным кодом. В качестве игровой платформы выбрали экспериментальную однопроцессорную материнскую плату с процессором Эльбрус-4С, работающем на частоте 720 МГц, с 12-ю гигабайтами оперативной памяти DDR3.

Главной целью тестирования был стек драйверов с открытым исходным кодом, реализующий стандарт OpenGL 3.3.

Установили мощную видеокарту AMD Radeon HD 6970 c двумя гигабайтами видеопамяти.

Кроссплатформенный проект RBDOOM3-BFG представляет из себя улучшенный вариант широко известной игры Doom3, модифицированный для работы под Linux (ведущий разработчик проекта - Роберт Бекебанс). Оригинальная игра Doom3 вышла в 2004 году и на тот момент предъявляла очень высокие требования к аппаратуре, редакция Doom3 BFG вышла в 2012 году.

Мы скомпилировали исходные коды игры в "родную" систему команд архитектуры Эльбрус. Отметим, что в них активно используется векторное расширение набора команд SSE2, оформленные в виде интринсиков (то есть псевдофункций на

языке Си). Это позволило проверить эффективность работы нашего компилятора с интринсиками и уровень его совместимости с компилятором GCC.

Звуковую карту использовали штатную, встроенную в южный мост КПИ. Использовалась операционная система Эльбрус с ядром Linux 2.6.33.

Игра использует все 4 ядра процессора. Для демонстрации возможностей системы мы выставили разрешение FullHD (1920 на 1080 точек). 


Ротенберги, мосты и товарищ Сталин

Сегодня президент России Владимир Путин наградил бизнесмена Бориса Ротенберга орденом Александра Невского. Официально «за заслуги в развитии физической культуры и спорта». Ротенберг д...

Коррупция и римское право

Сегодня с утра вышла прекрасная новость: Конституционный суд не нашел противоречий с Основным законом в нормах, позволяющих изымать в пользу государства имущество, если оно приобретено на доходы, зако...

Дикая охота за литием: Как Tesla свергла Моралеса

Cреди обычной публики принято считать, что разные там революции и перевороты происходят как бы сами собой. Кинематограф добавляет в это представление идею о роли личности в истории. Мол...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Андрей Курочкин 7 октября 2015 г. 16:57

    Зачем России Сирия?

    На просторах интернета не умолкают споры вокруг военной операции России в Сирии. И одно из главных направлений дискуссии - зачем Россия полезла в какую-то далекую Сирию, когда под боком тлеет конфликт на Укриане. Не лучше ли было бросить войска на помощь Новороссии и пройти победным маршем до Киева?Для понимания проблемы, давайте рассмотрим, чем России ...
    11655
    Андрей Курочкин 10 июля 2015 г. 13:19

    Первый 90нм продукт из Микрона под микроскопом — 16 Mbit SRAM

    Много громких заявлений вокруг Микрона на просторах Рунета — но не часто их удается проверить на практике. Каков он, 90нм от Микрона? Благодаря анонимному читателю удалось получить образец 90нм микросхемы, произведенной на Микроне — 1663РУ1, 16Мбит статической памяти. Не стану томить — 90нм там таки есть! Вид сверху, нечасто приходится видеть пронумерова...
    1933
    Андрей Курочкин 8 июня 2015 г. 14:16

    Обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С. Часть 2: архитектура

    В этой статье мы продолжаем рассмотрение уникальной архитектуры отечественных микропроцессоров «Эльбрус», продолжая тему, начатую в первой части. Речь пойдёт о том, чем эта архитектура отличается от подходов, принятых у доминирующих на рынке процессоров известных производителей, её преимуществах и недостатках.Автор: Владимир ИвановЧасть 1:http://cont.ws/post/92016RISC...
    5214
    Андрей Курочкин 5 июня 2015 г. 16:51

    Обзор российского 4-ядерного процессора Эльбрус-4С. Часть 1: история создания

    В умах подавляющего большинства обывателей прочно укоренилась мысль о том, что в области проектирования вычислительной техники наша страна играет роль безнадёжного аутсайдера. США, Европа, и, быть может, Китай – вот лидеры производства современных микропроцессоров и систем. Однако это не совсем верно: как подтверждают факты, собственные разработки у нас тоже имеются, ...
    5184
    Андрей Курочкин 6 марта 2015 г. 00:13

    Украинский синдром и Беларусь

    Министерство культуры Республики Беларусь уже несколько лет контролируется сторонниками западной ориентации Беларуси События последнего года на Украине - осуществленный при поддержке Запада вооружённый государственный переворот, террор националистов, гражданская война, сменившаяся вялотекущим, но уносящим человеческие жизни конфликтом, - несколько отодвинули на...
    4605
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика