Отечественные микропроцессоры

 

Оглавление

Введение

1. ЗАО "МЦСТ"

1.1 Микропроцессор R-500S

1.2 Микропроцессор Эльбрус

1.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+

1.4 Микропроцессор МЦСТ-4R

2. ГУП НПЦ "ЭЛВИС"

2.1 Цифровые сигнальные процессоры

Заключение

Библиографический список

Введение

Когда-то еще советские ЭВМ занимали лидирующую позицию среди своих конкурентов. В это мало верится, но знаменитая БЭСМ-6 (первая в СССР на основе транзисторов и ИС), разработанная под руководством легендарного Сергея Лебедева рассчитывала траекторию полета космического корабля "Союз-19" и американского "Аполлона". Но это было в 70-х, теперь Россия врятли может похвастаться своей компьютерной индустрией. Цель нижеследующего - выяснить, что на сегодняшний день творится с Российским компьютеростроением и ждет его в будущем.

Развал СССР полностью привел в упадок наше высокотехнологическое производство, однако оставались научные центры, которые не переставали вести разработки. В этой курсовой работе я рассмотрю два таких центра: ЗАО "МЦСТ" и ГУП НПЦ "ЭЛВИС".

микропроцессор российский сигнальный цифровой

1. ЗАО "МЦСТ"

Закрытое акционерное общество "МЦСТ", правопреемник ТОО "Московский Центр SPARC-технологий", разрабатывает универсальные высокопроизводительные микропроцессоры и вычислительные комплексы. Опыт его коллектива формировался в течение многих лет, начиная от создания нескольких поколений мощных советских компьютеров "Эльбрус" до выпуска современных вычислительных комплексов этой серии. В них реализованы передовые принципы компьютерной архитектуры, используются созданные высокоэффективные оптимизирующие компиляторы, обеспечивается двоичная совместимость с платформой х86 и защищенность программирования, существенно развиты возможности стандартных операционных систем. Особое внимание в проектах предприятия уделяется достижению максимальной скорости вычислений и надежности вычислительных средств. Благодаря этим свойствам, разработанные компанией вычислительные средства стали основой и определены для дальнейшего применения в ряде систем государственного значения. В настоящее время серийная продукция ЗАО "МЦСТ" включает микропроцессоры собственной разработки, процессорные модули и вычислительные комплексы на их базе.

Разработаны и серийно выпускаются:

·двухядерный микропроцессор "МЦСТ R-500S" с архитектурой, совместимой со SPARC (0.13 мкм) <#"center">1.1 Микропроцессор R-500S

Рисунок 1 - Микропроцессор R500S

Микросхема R-500S представляет собой двухпроцессорную систему на кристалле со встроенными кэшем второго уровня, контроллером оперативной памяти и контроллерами периферийных каналов. Она является наиболее производительной отечественной универсальной системой на кристалле с процессорным ядром архитектуры SPARC. Микросхема разработана по технологическим нормам 0,13 мкм с использованием библиотек стандартных элементов.

В микросхеме реализованы функции и режимы, обеспечивающие:

·организацию параллельных вычислений;

·аппаратную поддержку организации многоуровневой памяти;

·организацию многомашинных комплексов;

·полную программную совместимость с архитектурой SPARC V8;

·отказоустойчивость;

·исправление одиночных и обнаружение двойных ошибок в используемых встроенных памятях и в оперативной памяти, контроль по четности встроенных памятей, не содержащих уникальной информации.

Рассмотрим основные характеристики системы на кристалле R-500S

Таблица 1: Основные характеристики системы на кристалле R-500S

ХарактеристикиЗначения1Технологический процесс0,13 мкм2Число разрядов данных при целочисленных операциях32 (32/64) 3Рабочая тактовая частота500 МГц4Производительность, MIPS/ MFLOPS1493/3915Емкость кэша команд, КБ166Емкость кэша данных, КБ327Таблица страниц64 входа8Емкость внутреннего кэша второго уровня, Кбайт5129Пиковая пропускная способность канала обмена с памятью2,66710Пиковая суммарная пропускная способность каналов удаленного доступа, ГБ/с2,66711Пропускная способность: 12 - шины PCI, МБ/с26413 - канала Ethernet, Мбит/с10014 - шины SCSI-2, МБ/с1015 - канала RS-232, Кбит/с115 (x2 канала) 16 - шины EBus, МБ/с1017 - канала PS/2, МБ/с518Число транзисторов51 млн. 19Количество слоев металла820Корпус/число выводовHFC BGA/90021Напряжение питания, В1,05/2,5/3,322Рассеиваемая мощность5 Вт

Микросхема R-500S предназначена для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ для носимых и встроенных применений.

Рисунок 2 - Блок-схема микропроцессора R-500S

В состав микросхемы R-500S входят следующие основные узлы и компоненты:

·CPU0 и CPU1 - процессорные ядра;

·L2 cache - общая кэш память второго уровня объемом 512 Кбайт;

·SCom - системный коммутатор;

·MC - контроллер оперативной памяти;

·RDMA - контроллер каналов удаленного доступа для связи с другими СнК;

·CPU0 и CPU1 - процессорные ядра;

·MSI - контроллер сопряжения системного и периферийного интерфейсов;

·SCSI - контроллер внешней периферийной шины SCSI;

·Ethernet - контроллер канала Ethernet;

·EBus - периферийная шина EBus;

·LVDS Links - высокоскоростные байтовые каналы;

·SEC - контроллер низкоскоростных байтовых каналов, таймеров и прерываний;

·DDR memory - канал связи с памятью.

Большой набор реализованных в микросхеме интерфейсов позволяет оптимально удовлетворить требования заказчиков вычислительных средств.

1.2 Микропроцессор Эльбрус

Рисунок 3 - Микропроцессор Эльбрус

Микропроцессор "Эльбрус" представляет собой новое поколение высокопроизводительных микропроцессоров, основанных на отечественной архитектуре E2K. Предназначен для построения вычислительных комплексов "Эльбрус-3М1", а также других универсальных или специализированных вычислительных средств.

Новые возможности микропроцессора предусматривают существенное увеличение производительности вычислительных систем:

·широкое командное слово допускает выполнение до 23 операций за такт;

·технология двоичной компиляции, поддерживаемая аппаратно, гарантирует полную, эффективную и надежную совместимость с архитектурой х86;

·аппаратная поддержка типов данных, реализованная в микропроцессоре, обеспечивает защиту программ, простоту их наладки и высокую надежность.

Таблица 2: Основные характеристики микропроцессора "Эльбрус"

ХарактеристикиЗначения1Технологический процесс0.13 мкм2Рабочая тактовая частота300 МГц3Пиковая производительность: 64 разряда 32 разряда 16 разрядов 8 разрядов 5,8 млрд. оп/c, 9,5 млрд. оп/с, 12,3 млрд. оп/с, 22,6 млрд. оп/c4Разрядность данных: целые вещественные 32, 64 32, 64, 805Кэш-память команд 1-го уровня64 КБ6Кэш-память данных 1-го уровня64 КБ7Кэш-память 2-го уровня256 КБ8Кэш-таблица страниц512 входов9Пропускная способность шин связи с кэш-памятью9,6 ГБ/с10Пропускная способность шин связи с оперативной памятью4,8 ГБ/с11Размеры кристалла15,0х12,6 мм212Количество транзисторов75,8 млн. 13Количество слоев металла814Тип корпуса / количество выводовHFCBGA / 90015Размеры корпуса31х31х2,5 мм16Напряжение питания1,05/3,3 В17Рассеиваемая мощность6 Вт

Рисунок 4 - Структура микропроцессора "Эльбрус"

В состав микросхемы Эльбрус входят следующие основные узлы и компоненты:

·ALU0. ALU5 - арифметико-логические устройства;

·APU - устройство предварительной подкачки массивов;

·APB - буфер предварительной подкачки массивов;

·bypass, bypass A,,bypass B - обходные каналы;

·CU - устройство управления;

·PF - предикатный файл;

·IB - буфер команд;

·D$L1 - кэш данных 1-го уровня;

·D$L2 - кэш данных 2-го уровня;

·MAU - устройств организации доступа в оперативную память;

·MMU - устройство организации виртуальной памяти.

Процессор успешно прошел государственные испытания и получил высокую оценку Государственной комиссии. В Акте Комиссии по проведению государственных испытаний отмечается, что архитектура микропроцессора "Эльбрус" является оригинальной отечественной разработкой, отражающей современные тенденции развития вычислительной техники. По архитектурно-логическим решениям микропроцессор "Эльбрус" находится на современном мировом уровне, а по ряду решений превосходит его.

К серийному производству рекомендованы:

·микросхема "Эльбрус-2С+" <#"center">1.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+

Рисунок 5 - Микропроцессор Эльбрус-2С+

Эльбрус-2С+ - первый гибридный высокопроизводительный микропроцессор фирмы МЦСТ. Он содержит 2 ядра архитектуры Эльбрус и 4 ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) фирмы Элвис.

Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU, и процедур для DSP.

Таблица 3: Основные характеристики системы на кристалле Эльбрус-2C+

ХарактеристикиЗначения1Технологический процесс90 нм2Тактовая частота500 МГц3Число ядер архитектуры Эльбрус/DSP 2/44Пиковая производительность микросхемы (CPU + DSP) 64 разряда, GIPS - 64 разряда, GFlops 32 разряда, GIPS - 32 разряда, GFlops - 16 разрядов, GIPS 20 + 2 8 + 0 33 + 16 16 + 12 43 + 485Кэш-память команд (на ядро), КБ646Кэш-память данных (на ядро), КБ647Кэш-память второго уровня (на ядро), МБ18Встроенная память DSP (на ядро DSP), КБ1289Пропускная способность шины связи с кэш памятью, ГБ/с1610Пропускная способность шин связи с оперативной памятью, ГБ/с12,811Количество каналов межпроцессорного обмена Пропускная способность канала межпроцессорного обмена, ГБ/с Количество каналов ввода-вывода Пропускная способность канала ввода-вывода, ГБ/с3 4 2 212Площадь кристалла, мм228913Количество транзисторов368 млн. 15Размеры корпуса, мм37,5х37,5 16Напряжение питания, В1,0/1,8/2,517Средняя рассеиваемая мощность25 Вт

Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU и процедур для DSP.

Рисунок 6 - Блок-схема микропроцессора Эльбрус-2C+

Основная сфера применения процессора Эльбрус-2С+ - системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, такие как радары, анализаторы изображений и т.п.

В стадии разработки находятся:

·четырехядерная система на кристалле "МЦСТ-4R" с архитектурой процессоров, совместимой со SPARC <#"center">1.4 Микропроцессор МЦСТ-4R

Микросхема "МЦСТ-4R" представляет собой четырехядерную систему на кристалле с встроенными общим кэшем второго уровня, и контроллером когерентности, контроллером канала ввода-вывода, системным коммутатором и контроллерами межсистемного обмена.

Таблица 4: Основные характеристики системы на кристалле МЦСТ-4R

ХарактеристикиЗначения1Процессорное ядро: Количество процессорных ядер - 4 Тактовая частота - 1 ГГц2Производительность1.6 GFLOPS3Внутренняя кэш память: Кэш первого уровня: команд - 16 КБ данных - 32 КБ Кэш второго уровня - 1.5 Мб4Оперативная память: Емкость - до 8 Гбайт, Пропускная способность канала - 4.5 ГБ/с5Канал удаленного доступа к подсистеме ввода вывода: Количество дуплексных каналов - 1 Пропускная способность канала в одном направлении - 2 ГБ/с6Канал межсистемного обмена: Количество дуплексных каналов - 3 Пропускная способность канала в одном направлении - 2 ГБ/с7Количество транзисторов, млн. 1508Напряжение питания, В1,0 для внутренних схем, 2,5 и 3,3 для периферии9Технологический процесс, мкм0,0910Площадь кристалла, мм210х10

Микросхема и разрабатываемые на ее базе процессорные модули МВС4/С, МВС4-РС предназначены к использованию в совместимых с высокопроизводительных вычислительных комплексах для автоматизированных систем управления, а также для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ носимых и встроенных приложений.

Рисунок 7 - Блок-схема микросхемы МЦСТ-4R

В состав микросхемы МЦСТ-4R входят следующие основные узлы и компоненты:

·CPU0. CPU3 - четыре процессорных ядра;

·L2 cache - кэш память второго уровня;

·CC - контроллер когерентности

·MC - контроллер оперативной памяти DDR2 SDRAM;

·IOCC - контроллер канала ввода-вывода;

·ISCC - контроллеры межсистемного обмена;

·SCom - системный коммутатор.

К областям применения микросхемы "МЦСТ-4R" и модулей МВС4/С, МВС4-РС относятся:

·Носимые малогабаритные ЭВМ для использования в качестве:

компьютеры для работы в полевых условиях, в частности для выполнения оперативных расчетов, хранения справочной информации, подготовки документов различного назначения и др.;

терминала радиоэлектронных и связных систем, передвижных и носимых комплексов аппаратуры,

терминала контрольно-поверочной аппаратуры на технических позициях, а также в качестве устройства хранения и подготовки документов, связанных с эксплуатацией сложных комплексов, др. применений.

·ЭВМ автоматизированных рабочих мест операторов для использования в качестве средств отображения, документирования выполняемой работы;

·Встраиваемые управляющие ВК для решения задач обработки информации и управления работой специальных объектов в реальном масштабе времени

·Класс мобильных отказоустойчивых серверов для построения автоматизированных систем специального. назначения, в частности, АС органов управления.

ЗАО "МЦСТ" владеет технологиями проектирования, позволяющими разрабатывать российские компьютеры высокого конструктивно-технологического уровня. В настоящий момент предприятие проектирует следующие виды компьютерной аппаратуры:

2. ГУП НПЦ "ЭЛВИС"

Государственное унитарное предприятие научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" является одним из ведущих Fabless электронных центров проектирования СБИС в России, а также отечественным лидером в области охранных технологий, лауреатом многих национальных премий. Предприятие создано в марте 1990 года на базе структурного подразделения научно-производственного объединения "ЭЛАС", выполнявшего в 1960-80 гг. передовые разработки в области космической электронной техники: от разработки собственных САПР до полностью законченных аппаратно-программных бортовых систем управления и обработки информации космического базирования серий "Салют", в частности, функционировавших на борту станции "МИР". В 1974г. был разработан первый в СССР КМОП микропроцессорный комплект сверхбольших интегральных схем (СБИС). Всего же было разработано более 400 микросхем.

Среди них:

·серии программируемых сигнальных контроллеров "Мультикор" для применений от мобильных систем связи до высокопроизводительных радарных и гидроакустических комплексов, а также криптографических систем;

·серия программируемых аналого-цифровых ИМС "Мультифлекс" для цифрового преобразования частоты в системах ввода и предобработки сигналов в фазированных антенных решетках, радарах и системах связи;

·серия программируемых элементов системного сопряжения "Мультикор - конструктор" для ИМС серий "Мультикор", которая обеспечит новую концепцию проектирования бортовых встраиваемых систем;

В настоящий момент предприятие выпускает:

·Цифровые сигнальные процессоры <#"center">2.1 Цифровые сигнальные процессоры

Микросхемы сигнальных процессоров серии "Мультикор" - это однокристальные программируемые многопроцессорные "системы на кристалле" на базе IP-ядерной (IP - Intellectual Property) платформы <#"justify">Микросхема: МС-12МС-24МС-0226NVCom-01МС-0428Технология изготовления0,250,250,250,130,13Размер кристалла, мм10х1010х1012,3х12,68,8х9,514х14Интеграция, млн. транзисторов1818266065Количество процессоров22335Рабочая частота8080100300340Пиковая производительность, MFLOPs240480120036008000Год выпуска2004200420062008-

Рисунок 8 - Структурная схема микросхемы MC-24

В состав микросхемы MC-24 входят следующие основные узлы и компоненты:

·CPU - центральный процессор на основе RISC-ядра;

·CRAM - двухпортовая оперативная память центрального процессора;

·DSP - сопроцессор цифровой обработки сигналов с фиксированной точкой;

·DMA - контроллер прямого доступа в память;

·MPORT - порт внешней памяти;

·SPORT - последовательный порт;

·LPORT - линковый порт;

·UART - универсальный асинхронный порт;

·ICACHE - кэш программ центрального процессора;

·IT - интервальный таймер;

·WDT - сторожевой таймер;

·RTT - таймер реального времени;

·CDB [31: 0] - шина данных CPU;

·DDB [63: 0] - шина данных DMA;

·A [31: 0] - шина адреса порта внешней памяти;

·D [63: 0] - шина данных порта внешней памяти;

·OnCD - встроенные средства отладки программ;

·XRAM, YRAM - памяти данных DSP;

·PRAM - память программ DSP;

·AGU - адресный генератор;

·EDBS - коммутатор внешних шин;

·IDBS - коммутатор внутренних шин;

·PCU - устройство программного управления;

·PAG - генератор адреса программ;

·PDC - программный дешифратор;

·RF - регистровый файл;

·ALU - арифметическое устройство;

·ALUCtr - управление ALU;

·XDB0 - XDB3, GDB, PDB - шина данных DSP;

·XAB, YAB, PAB - адресные шины DSP;

·M, S, A, L - арифметические узлы ALU DSP.

Для разработчиков систем на базе микросхем серии "Мультикор" обеспечивается возможность применения новых адаптивных алгоритмов принятия решений (RLS/LNS алгоритмы), в частности, для адаптивных антенных решеток.

Микросхемы серии могут быть эффективно использованы в следующих приложениях:

·Радиолокационные и гидроакустические системы;

·Фазированные антенные решетки;

·Связь и телекоммуникация: базовые станции, DVB - приемники и т.д.;

·Сигнальная обработка: БПФ, фильтрация, корреляция, быстрая свертка;

·Графические ускорители;

·Мультимедийная обработка изображений и цифровое телевидение;

·Мультимедийная обработка звука;

·Управление объектами с использованием высокоточных адаптивных методов;

·Высокоточная обработка данных для малогабаритных мобильных и встраиваемых систем;

·Системы промышленного контроля.

Заключение

Ситуация на настоящий момент: подписаны контракт на поставку вычислительных комплексов для нужд российской противоракетной и противовоздушной обороны (комплексы С-300 и С-400) и в интересах специфических ведомств, занятых криптографическими исследованиями. Достигнуты принципиальные договоренности по планам развития производства и проектировки процессоров до 2018 г. с постепенным переходом к технологическим нормам 32 нм. По некоторым данным, начата разработка нового восьмиядерного микропроцессора МЦСТ-8R для вычислительных комплексов, которые планируется устанавливать на российские истребители 5-го поколения. Постоянно наращивающийся темп госзакупок в будущем не только позволит оставаться предприятиям "на плаву", но и простимулирует их дальнейшее развитие. На потребительском же рынке отечественные процессоры вряд ли смогут потеснить продукцию таких гигантов как Intel и AMD.

Библиографический список

1.Архитектура SPARC - The SPARC Architecture Manual, Version 8. SPARC International Inc. 1992

2.Архитектура SPARC - http://ru. wikipedia.org/wiki/SPARCstation <http://ru.wikipedia.org/wiki/SPARCstation>

.Микропроцессор "МЦСТ 4R" - Бабаян Б., Ким А., Сахин Ю. Отечественные универсальные микропроцессоры серии МЦСТ-R. Электроника 3/2003

.Микросхема МС-24 - Микросхема интегральная 1892ВМ8Я. Руководство пользователя

.ЗАО "МЦСТ" - <http://www.mcst.ru/>

.Микропроцессоры серии "Эльбрус" - http://topmods.net/articles /sovremennyye_otechestvennyye_mikroprotsessory <http://topmods.net/articles%20/sovremennyye_otechestvennyye_mikroprotsessory>

.ГУП НПЦ "ЭЛВИС" - <http://multicore.ru/>

.Современные российские микропроцессоры - http://www.linux.org.ru/ forum/talks/5031872 <http://www.linux.org.ru/%20forum/talks/5031872>

Оглавление Введение 1. ЗАО "МЦСТ" 1.1 Микропроцессор R-500S 1.2 Микропроцессор Эльбрус 1.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+ 1.4 Микроп

Больше работ по теме: