ДОВЕРЕННАЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНАЯ ПЛАТФОРМА ЭЛЬБРУС. БЕЗОПАСНОСТЬ И ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ Трушкин Константин Александрович

О компании АО МЦСТ 1948 — Образован ИТМиВТ им. Лебедева 1992 — Образовано АО «МЦСТ» группой специалистов ИТМиВТ 1995 — Разработка для фирмы SUN логической схемы и физического дизайна первого 64-разрядного процессора SUN UltraSPARC 2001 — Первый микропроцессор МЦСТ-R150 (150 МГц, система команд SPARC) и ВК на его базе 2007 — Первый микропроцессор серии Эльбрус (300 МГц) и ВК на его базе 2017 — Сервер на базе МП Эльбрус-8С, производительность 1 Тфлопс

О компании ПАО ИНЭУМ 1958 — Основан ИНЭУМ на базе Лаборатории электрических систем МЭИ 1974 — серия «малых» СМ ЭВМ для управления производств. процессами 1988 — продолжение линии ЭВМ СМ 1820 на зарубежной элементной базе, поставки для атомной промышленности 2006 — начало кооперации коллективов АО «МЦСТ» и ПАО «ИНЭУМ им. И.С.Брука», переход на отечественные микропроцессоры

Разработка вычислительной платформы — Микропроцессоры и контроллеры — Средства разработки ПО — BIOS, операционные системы Вычислительные комплексы (ВК) — Разработка образцовых дизайнов ВК — ВК специального назначения для нужд МО

— Разработка и производство вычислительной техники для гражданского рынка — Серверы, ПК, терминалы, СХД, супер-ЭВМ — Промышленная автоматизация — Робототехника и мехатроника, медицинская техника — Инженерное и специальное ПО (САПР)

Специализация ПАО ИНЭУМ Специализация АО МЦСТ

Имеется ВП МО РФ Лицензия для работы с ГТ

Микропроцессоры серии Эльбрус

Операционная система

Приложения

Микропроцессоры серии МЦСТ-R — Система команд SPARC v.8, v.9 (стандарт IEEE 1754—1994) — Отечественная схемотехника и микроархитектура — простота внутреннего устройства, экономичность, высокая тактовая частота. — МЦСТ R50 - первый микропроцессор собственной разработки АО «МЦСТ», 1998 г. SPARC (Scalable Processor ARChitecture — масштабируемая архитектура процессора) — архитектура RISC-микропроцессоров, первоначально разработанная в 1985 году компанией Sun Microsystems.

— Отечественная система команд — Отечественная схемотехника и микроархитектура, не зависит от зарубежных лицензируемых IP-ядер — Высокая архитектурная производительность (на 1 ГГЦ частоты) — Elbrus - первый микропроцессор на архитектуре «Эльбрус», 2005 г. VLIW (англ. very long instruction word — «очень длинная машинная команда») — архитектура процессоров с явным параллелизмом операций. Одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно

Получены сертификаты Минпромторга о статусе Продукции, произведённой на территории Российской Федерации

Дорожная карта: микропроцессоры Эльбрус и МЦСТ-R

Встраиваемые микропроцессоры

Настольные микропроцессоры Серверные микропроцессоры

Спектр микропроцессоров Эльбрус и МЦСТ-R

МЦСТ R1000 2010

Эльбрус-1С+ 2015

Эльбрус-4С 2013 Эльбрус-8С

2015

Эльбрус-8СВ 2018

Эльбрус-16С 2021

МЦСТ R2000 2018

Эльбрус-1СК 2018

Эльбрус-2С3 2020

Эльбрус-12С 2020

Поставлено потребителям более 5.000 МП Эльбрус-4С

Микропроцессоры Эльбрус и МЦСТ-R

Микропроцессор Количество ядер

Тактовая частота, до,

МГц

Технологич. норма

Год вып.

Эльбрус Эльбрус-4С 4 800 65 нм 2013

Эльбрус-1С+ 1 + Графика 1000 40 нм 2015

Эльбрус-8С 8 1300 28 нм 2015

Эльбрус-8СВ 8 1500 28 нм 2018

Эльбрус-2С3 2 + Графика 2000 16 нм 2020

Эльбрус-12С 12 2000 16 нм 2020

Эльбрус-16С 16 2000 16 нм 2021

МЦСТ-R МЦСТ R1000 4 1000 90 нм 2010

МЦСТ R2000 8 2000 28 нм 2018

МЦСТ R2000+ 2 + Графика 2000 28 нм 2021

Полностью отечественная вычислительная платформа На территории России: — Разработка ядра микропроцессора (лог. схемы; сист. команд для МП Эльбрус) — Разработка контроллеров периферии (USB, SATA, Ethernet и т.д.) — Разработка микропроцессора в целом, топологии, их верификация — Разбраковочное углублённое тестирование (тесты конфиденциальны) — Программа начального старта (BIOS) — Развитие средств разработки ПО для платформы «Эльбрус» и «МЦСТ R» (собственных компиляторов, эмулятора процессора, двоичного транслятора) — Разработка математических библиотек — Доработка архитектурно-зависимых участков кода, собственная сборка операционной системы — Доработка ОС до требований безопасности МО и ФСТЭК — Разработка средств защиты информации — Разработка собственных средств проектирования СБИС (частично) — Разработка собственной методики проектирования СБИС, ВК, ОС, ПО, ОПО с многостадийным тестированием независимыми командами — Разработка и производство вычислительных комплексов на базе собственных микропроцессоров, в том числе и по требованиям Министерства Обороны РФ — Разработка периферийных устройств для ВК (модули привязки точного времени, 10 GEthernet,видеокарты и т.д.) — Разработка многомашинных комплексов и суперЭВМ Сертификация по требованиям ФСТЭК, МО, ФСБ – возможна любая глубина проверок

Полностью отечественная вычислительная платформа

Вся прочая логика и физический дизайн разработаны в России, могут развиваться без ограничений

Инновационные технологии Эльбрус Параллельная энергоэффективная архитектура • До 25 операций за один такт одним ядром микропроцессора. Intel/AMD лучший показатель в 10 операций за такт одним ядром микропроцессора • Упрощение проектирования кристалла и повышение энергоэффективности в сравнении с микропроцессорами RISC/CISC-архитектуры • Собственный оптимизирующий компилятор • Ускорение существующих программ за счет усилий программистов – в несколько раз

Эффективная двоичная совместимость с Intel x86, x86-64 • Полная ДС: исполнение Windows XP, Windows 7 и выше, Linux • ДС приложений в кодах x86/x86-64 для ОС семейства Linux • Возможность «плавного» перехода на отечественное оборудование с сохранением работы в старом ПО • Возможность использования периферийной аппаратуры с драйверами, доступными только под Windows

Технология защищённых вычислений • Защита структуры памяти • Гарантированное предотвращение эксплуатации уязвимостей • 10x повышение скорости отладки программ • Надёжность программ, защита от компьютерных вирусов

1 1,04 1,1128 1,268592 1,3320216 1,451903544 1,49546065 1,547801773 1,594235826 1,658005259 1,740905522 1,845359854 1,937627846 2,053885517

1 1,24 1,3888

1,708224 1,91321088

2,085399859 2,189669852 2,299153345 2,483085612 2,632070749

2,816315702 3,069784115

3,284669003 3,580289213

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

1.10 1.141.14.1

1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25

рост

про

изво

дите

льно

сти

версии компилятора

прирост производительности (логической скорости) за счет оптимизаций компилятора

целочисленные задачи вещественные задачи

Технология безопасных вычислений

• Защита от ошибок программиста: • неинициализированные данные • контроль границ объектов • обращение к освобождённой памяти

• Защита от эксплуатации ошибок злоумышленником: • Переполнение буфера • use-after-free • Ограничивает бесконтрольные вызовы

библиотек • Изоляция недоверенного модуля / защита от

утечек информации • межмодульная защита

• Замедление работы программ ~20% • Рост производительности труда программиста

– на порядок Пока все программы действуют без ошибок «по правилам», всё хорошо работает…… но если нарушить правила, под угрозой будет безопасность всей вычислительной машины. ТБВ даёт «железные» гарантии, что все корректно работающие программы будут в безопасности

Жизненный цикл вычислительной платформы

Разработка сложных программных и аппаратных средств сопряжена с непрерывным процессом их улучшений и исправления выявленных недочётов (сопровождение жизненного цикла). Новые РД ФСТЭК по информационной безопасности предписывают обеспечить непрерывный процесс доставки обновлений Наличие у АО МЦСТ полноценной вычислительной платформы (BIOS, ОС и компилятор) позволяет обеспечить быструю и надёжную выработку противодействия новым угрозам и доставку обновлений. Обеспечена максимальная технологическая независимость. Более того, обеспечена возможность исправления недочётов и повышения эффективности использования аппаратуры процессора чисто программными методами, без перевыпуска кристаллов.

Тестирование в составе ВК, выявление недочётов

Доработка логического

описания

Верификация логики

Синтез топологии

Верификация физ. дизайна

Выпуск кристалла

Программная экосистема

Операционная система Эльбрус-Д Основана на ядре Linux 4.9 Более 7400 пакетов Готовность – конец 2019 года Собственный BIOS Средства информационной безопасности

Программная экосистема

Собственные средства разработки: С11, С++11, С++14, С++17 (Совместимость с gcc 7.3) Fortran2003 Java 8 Mono 5.4 (.NET) Библиотека EML ~ 1500 функций Двоичный транслятор Другие ОС и ПО

Развитие ОС

Спектр ВТ на базе МП Эльбрус и МЦСТ-R

Настольные ПК Рабочие станции Терминалы, тонкие клиенты и промышленные компьютеры

Ноутбуки и планшеты

Блейд-серверы, Кластеры и СуперЭВМ

Серверы общего назначения

Системы хранения данных

Серверы баз данных

Системы хранения данных Распределенные и монолитные

Распределённая СХД Ceph версии 10.х Процессор Эльбрус-4С/Эльбрус-8С Фактор репликации >=2 Опробован в ЦОД ПВДНП Открытый исходный код СХД Raidix 4.x Процессор Эльбрус-8С/4C 2-контроллерный дизайн Active-Active Ведутся испытания

СХД Raidix RAIN Процессор Эльбрус-4C/8С Распределённая СХД Фактор репликации <2 Ведутся испытания

ВК Эльбрус 801-М

ВК Эльбрус 801-М • 1 процессор Эльбрус-8С (8 ядер, 1300 МГц), 250 GFLOPs • Оперативная память: 4…16 Гбайт, DIMM DDR3 • Видеокарта Radeon R5 или SiliconMotion 768 • Корпус Моноблок • Интерфейсы:

– Gigabit Ethernet – 1…3 канала – USB 2.0 – до 8 каналов

Моноблок

ВК Эльбрус 801-К ПАК для организации коллективных рабочих мест ВК Эльбрус 801-К

• 1 процессор Эльбрус-8С (8 ядер, 1300

МГц), 250 GFLOPs • Оперативная память: 8…16 Гбайт, DDR3 • Видеокарта Radeon R5, до 3 шт • Корпус Десктоп • Интерфейсы:

– Gigabit Ethernet – 1 канал – USB 2.0 – 8 каналов – USB 3.0 – 2 канала (опционально)

Обеспечивает до 3 независимых рабочих мест Разрабатывается вариант конструкции для 6 независимых рабочих мест

Планшет

Планшет на базе МП Эльбрус-1СНК • Экран 10 / 11”, IPS FullHD • 1 процессор Эльбрус-1С+ (1 ядро, 1000 МГц),

24 GFLOPs , 1 мост КПИ2 для связи с периферией на единой подложке

• Оперативная память: до 8 Гбайт, DIMM DDR3 • Встроенное 3D ядро • Интерфейсы: USB 3.0, Wi-Fi, Bluetooth, Глонасс,

Камеры (фронтальная/тыльная), LTE, NFC. • Режим энергосбережения • Охлаждение пассивно-активное • Беспроводная зарядка (прорабатывается)

На базе МП Эльбрус-1СНК

Кластер/суперЭВМ на базе МП Эльбрус-8С/8СВ

Узел Эльбрус 8С.4 • 4 процессора Эльбрус-8С (8 ядер, 1300 МГц), • 1 ТFLOPs SP, 0.5 Тflops DP • Оперативная память: до 256 Гбайт, DIMM DDR3 • До 3 дисков mSATA

Кластер (стойка) • 150 узлов • 75 TFLOPs в стойке • Водяное охлаждение

Узел Эльбрус 8.4В • 4 процессора Эльбрус-8СВ (8 ядер, 1500 МГц), • 1 мост КПИ2 для связи с периферией • Оперативная память: не менее 128 Гбайт на

узел, DIMM DDR4

Кластер (стойка) • До 153 узлов, 177,5 TFLOPs • Топология сети 4D top • Водяное охлаждение

– 75 КВт в стойке – PUE < 1,06 – Плотность в стойке 4,46х – Площадь ЦЩД: 0,1х – Унификация для Э-8С, Э-8СВ, Э-16С

Промышленный компьютер тип 3 Промышленный компьютер в облегченном металлическом корпусе на базе микропроцессора Эльбрус-1С+. Кондуктивное охлаждение.

Микропроцессор Эльбрус-1С+ Количество микропроцессоров 1

Оперативная память До 8 ГБ DDR3 ECC (2 канала, паяная)

Flash-накопитель 8 – 16 ГБ (паяный) + mSATA Звук AC97

Ethernet 3х10/100/1000 Мбит/с IEEE-1588 RS-232 2 канала

RS-485/RS-422 2 канала с гальванической изоляцией

USB 2.0 6 каналов Видео 2хHDMI

Дополнительные интерфейсы SATA, PCI-104, 2-канальный LVDS

Индикация 4 светодиода Внешние каналы GPIO 8 шт TTL с защитой

Сторожевой таймер Да Напряжение питания 12В DC

Потребляемая мощность, не более

30 Вт

Охлаждение Без вентиляторов Рабочий диапазон температур -40 … +50

Степень защиты IP-20 Стойкость к синусоидальной

вибрации 5-500 Гц, 1g

Опытные образцы Начало 2018 года

ПК-3

МЭК 61131-3 – САПР Beremiz

Языки стандарта МЭК 61131-3 – САПР Beremiz Система программирования ПЛК на базе технологических языков высокого уровня стандарта МЭК-61131-3.

• Поддержка пяти языков: ST, FBD, SFC, LD, IL

• Кросс-платформенная среда разработки (Windows, Linux, ОС Эльбрус

• Поддержка защищенного режима Эльбрус

• Поддержка алгоритмов резервирования

• Поддержка алгоритмов мажорирования

• Поддержка всей линейки устройств семейства СМ1820М

• Поддержка протоколов передачи данных (Modbus-RTU/TCP Master/Slave, OPC-UA, SMRS, SMTCP, IEC-104)

• Наличие OPC-DA сервера под ОС Windows

SCADA-ЭЛЬБРУС

SCADA-Эльбрус предназначена для разработки систем сбора, обработки, архивирования, визуализации и управления объекта мониторинга.; Комплекс программного обеспечения SCADA кроссплатформенный и поддерживает следующие операционные системы:

• Адаптирована к платформе Эльбрус и к ОС Эльбрус; • Linux с ядром выше 3.0; • Windows 7/10/Server2012/2016.

SCADA обладает стандартизированной базой динамических и статических объектов для разработки:

• Органы управления различных типов; • Окна, мнемосхемы, и.т.д. для представление

информации; • Возможность создания архивов аварий, событий и

поведения переменных процесса во времени; • Язык для написание алгоритмов обработки сигналов; • Поддержка стандартных протоколов передачи и

получения данных; • Средства защиты от несанкционированного доступа; • Поддержка многооконного/многоэкранного

представление информации. • Совместимость с оборудованиям семейства

СМ1820М.

Проект Паспортно-визовых документов нового поколения

Эльбрус-БД (сервер СУБД)

Эльбрус-ЦЭФ (СХД)

Эльбрус-СП (сервер приложений)

Эльбрус-ТС (технологический)

ЦОД на базе 180 серверов Эльбрус • Серверы на базе МП Эльбрус-4С (от 1 до 4) • Роли: серверы приложений, серверы баз данных,

серверы хранения, технологические серверы мониторинга и обновлений

• Функционирование 24х7. Поддержка с жёстким SLA (восстановление работоспособности в течение 8 часов)

• Стоимость закупки и поддержки дешевле, чем стоимость только одной поддержки IBM

• Обработано более 3.5 млн документов

Экосистема ПО: развитие с помощью PDK

• Базовые средства разработки

• ОС Эльбрус в сборках для МП Эльбрус и МП x86-64

• Кросс-компилятор • Отладчик и профилировщик, другие

средства мониторинга и анализа производительности

• Высокопроизводительные библиотеки • Примеры архитектурно-зависимого исходного кода (SDK): приложения, операционная система, загрузчик (boot)) • Инфраструктура сборки приложений • Симулятор машины • Средства повышения производительности • Методические материалы

Материалы для разработчиков всех профилей, от фундаментальных до прикладных:

Экосистема Hardware: Reference Design

Материалы для разработчиков

вычислительных комплексов:

• Электрическая схема

• Библиотека элементов

• Готовый проект для САПР Mentor Graphics

• Проверен в реальных проектах

• Доступен для микропроцессоров Эльбрус-4С

Эльбрус-8С, Эльбрус-1С+

Цель: построение экосистемы партнёров-OEM

Поддержка

Стенд бесплатного тестирования • Удалённый доступ к серверам на базе

Эльбрус-4С • Тестирование в офисе в г. Москва

Служба поддержки • Email • Web-портал (Bugzilla)

Таблица характеристик

Эльбрус-4С Intel Core i3-

3110M Эльбрус-8С Intel Xeon E5-2609 v3 Эльбрус-8СВ

Intel Xeon E7-4850 v4 Эльбрус-16С

Микроархитектура Эльбрус

поколение 3 Ivy Bridge

Эльбрус поколение 4

Haswell Эльбрус

поколение 5 Broadwell

Эльбрус поколение 6

Тактовая частота 800 МГц 2.4 ГГц 1.3 ГГц 1.9 ГГц 1.5 ГГц 2.1…2.8 ГГц 2 ГГц Пик. произв-ть Гфлопс

DP 25 38.4 125 182.4 288 537.6 768

Скалярных/ векторных FP DP** операций в такт 23/8 6/8 25/12 8/16 25/24 8/16

25/24 (прогноз)

Число ядер 4 2 8 6 8 16 16 Кэш-память 8 МБ 3.5 МБ 16 МБ 15 МБ 16 МБ 40 МБ 24…32 МБ

Количество каналов памяти 3 2 4 4 4 4 4…8

Пропускная способность каналов

памяти 38.4 ГБ/сек 25.6 ГБ/сек 51.2 ГБ/сек

51.2 ГБ/сек

68.2 ГБ/сек 102 ГБ/сек >100 ГБ/сек

Многопроцессорность До 4 Нет До 4 До 2 До 4 До 4 До 4 Технологический

процесс 65 нм 22 нм 28 нм 22 нм 28 нм 14 нм 16 нм TDP 45 Вт 35 Вт 70Вт 85 Вт 80 Вт 115 Вт ~110Вт