Внутри российского процессора Байкал М
В 2014 году компания Байкал Электроникс приобрела лицензию на самое передовое на тот момент процессорное ядро. После череды инцидентов, повлиявших на дальнейший исход событий, в октябре 2019-го года компания официально представила широкой общественности первый российский процессор общего назначения, реализованный на архитектуре ARM. Создатели решают назвать своё уникальное отечественное детище «Baikal-М».
Байкал М
Воплотивший в себя труд около 50 инженеров и три года разработки в октябре 2020 года был признан Минпромторгом микросхемой второго уровня, произведённой на территории Российской Федерации.
В соответствии с действующей нормативной базой, разработчик российской микросхемы второго уровня обязан обладать правами на его конструкторскую документацию, а проектирование, разработка и испытания микросхем должны происходить в границах нашей страны. От микросхем первого уровня они принципиально отличаются только тем, что их непосредственное производство осуществляется за рубежом. Сегодняшнее положение дел в России таково, что ни одна процессорная разработка малой топологии получить статус первого уровня не может по определению — у нас просто нет соответствующих производственных мощностей.
В 2017 году Михаил Сваричевский осуществлял вскрытие микропроцессора Байкал Т — предыдущей разработки Байкал Электроникс на архитектуре MIPS. Сейчас у нас появилась уникальная возможность взглянуть в полной мере на свеженький Байкал-М, — одну из самых значимых процессорных разработок в России за последние годы.
Итак… Байкал М1000 – микропроцессор общего назначения, изготовленный по 28 нанометровым технологическим нормам на заводах тайваньской компании TSMC с использованием десяти металлических слоёв и включающий в себя более двух миллиардов транзисторов. Максимальный TDP Байкал М составляет 35 Ватт.
Кристалл микропроцессора Байкал М
Процессор выполнен в форм-факторе BGA с размерами подложки 40 на 40 миллиметров. Каждый BGA-контакт отвечает за питание и функционирование конкретного элемента на кристалле. У Байкал Электроникс есть достаточно подробный даташит на официальном сайте. Посмотрев карту BGA-контактов, можно без труда определить расположение функциональных блоков.
Сняв теплораспределительную крышку, мы видим кристалл с нанесенной на него термопастой.
Площадь кристалла процессора составляет 248,78 квадратных миллиметров. Размер чипа без, так называемых «scribes lines», — областе́й по периметру чипа, являющихся «мусором» — 239,97 квадратных миллиметров.
Когда на кремниевой пластине уже «напечатаны» будущие чипы, её необходимо разрезать на отдельные составные части. Между топологией каждого кристалла есть специальные разделительные дорожки, по которым осуществляется резка. После разделения остатки разделительных дорожек остаются на кристалле, их размер настолько мал, что производители, указывая площадь микросхемы, зачастую пренебрегают этими значениями.
Кристалл, как и большинство современных микропроцессоров, имеет по всей площади контакты, часть которых отвечает за подачу питания по всей поверхности чипа, часть за высокоскоростные и низкоскоростные интерфейсы и тд…
Если приблизить микросхему к нижнему левому углу – можно увидеть логотип компании Байкал и год изготовления микросхемы.
После снятия металлизации мы подобрались к самому интересному – структурным элементам.
Бесстыдная красота всех его внутренностей
Байкал М имеет 4 двойных процессорных кластера с ядрами ARM Cortex-A57 (или ARMv8-A), первых 64-разрядных ядер HP от ARM, работающих на частоте до 1,5 ГГц. В распоряжении каждого ядра есть кэш второго уровня (L2) размером 512 килобайт, а также кэш первого уровня (L1) включающий в себя 32 килобайта данных и 48 килобайт инструкций. В верхней правой части кристалла интегрирован графический процессор Mali-T628 с восемью шейдерными ядрами (фактически двумя четырёхъядерными кластерами), использующими отдельный общий кэш второго уровня, объёмом в 256 килобайт (по 128 килобайт на каждый кластер). Шейдерное ядро сопоставимо с шейдерным движком и графическими процессорами от AMD/NVidia. Оно включает в себя геометрию, пиксельные конвейеры, блоки TMU и векторы со скалярным движком. Сам GPU-кластер функционирует на частоте до 700 МГц.
Структурные элементы Байкал М
По всему периметру чипа расположены блоки мониторинга, полюбоваться строением которых мы можем чуть ближе.
Один из блоков мониторинга
В центральной части чипа расположена когере́нтная сеть кэша CoreLink Cache Coherent Network (CCN), использующаяся с восемью мегабайтами системного кэша третьего уровня (L3). Байкал М использует CCN 504, которая может обеспечить размещение до четырёх процессорных кластеров, (в каждом по 4 ядра) и максимальную поддержку до шестнадцати мегабайт кэша третьего уровня. CCN организовывает согласованную работу всех интерфейсов на кристалле, своего рода Infinity Fabric от AMD.
Два контроллера памяти, работающих в 72 битном режиме (8 бит из которых составляет память с коррекцией ошибок, ECC), поддерживают работу со стандартами DDR3-1600 и DDR4-2400.
В правой нижней части чипа расположен комплекс из 16 линий PCI-e 3.0 вместе с контроллером, система управления различными интерфейсами.
В верхней правой части чипа находятся остальные периферийные блоки: два десяти-гигабитных Ethernet интерфейса, а также USB 2.0 и 3.0, интерфейсы SATA с сопутствующими им контроллерами.
Слева от системного кэша между двумя процессорными кластерами расположен блок аппаратного декодирования видео HDMI/LVDS. Этот интерфейс позволяет воспроизводить видео в разрешении 2560 на 1440 при 60 Гц.
Ммдаа… процессор сложная штука. Действительно на грани возможного. Это полезно вспомнить, когда в запале очередного спора возникает желание назвать сотрудников Байкал или МЦСТ придурками. Подумайте, какой интеллектуальный труд стоит за разработкой даже не самого быстрого процессора.
Полупроводниковая индустрия – самая сложноустроенная инфраструктура в мире. Мы привыкли думать, что самая сложная индустрия – это космос, но космическую ракету одна страна самостоятельно сделать может, а современный чип – нет. Сейчас на TSMC стоят самые высокотехнологичные степперы по полупроводниковой литографии в мире уже по технологии 5 нанометров и всё идёт к тому, что 3 и даже 2 нанометра тоже будут. Помимо всего прочего у одной такой фабрики есть целая сеть поставщиков ресурсов, необходимых для производства микросхем. Плюс там есть специализированное программное обеспечение, роботы, высококвалифицированные специалисты. Есть голландская ASML, есть американская Applied Materials, есть французская Air Liquide, японские производители фоторезистов… И всё это собирается воедино в сложном огромном производстве. Учитывая это, можно ответить на вопрос: «Возможна ли технологическая авта́ркия?» Нет, невозможна. Сделать полностью обособленное производство внутри страны нельзя.
В 60-х годах каждая компания должна была сама себе обеспечить производство. Потом появились разработчики софта, выделились производители IP-блоков. Постепенно количество фабрик стало сокращаться. Каждый следующий этап становился на порядки дороже, чем предыдущий. Помимо всего прочего, инвестиции TSMC в семь нанометров измеряются в десятках миллиардов долларов. И все понимают, что окупить инвестиции можно только при огромном объеме, что нужно всем делать этот объем в одном месте и тогда получить лучшую цену.
В мире есть долгоживущие технологии, например, 90 нанометров. Многие компании разворачивают производство на старых техпроцессах, поскольку в рамках того производства, которым они занимаются, использование экстремально тонких технологических норм нецелесообразно по многим аспектам.
Если мы понимаем, что будем производить на этой фабрике сотни тысяч пластин в месяц (а сотни тысяч пластин по семь нанометров – это миллионы или даже десятки миллионов чипов), если мы понимаем, кто будет к нам приходить, чтобы там производиться, наверное, об этом есть смысл говорить. Семь нанометров вы не отправите в космос, семь нанометров вы не поставите в автомобиль, семь нанометров не будете использовать в бытовой технике. Семь нанометров необходимы там, где нужна максимально низкая норма энергопотребления и экстремально высокая производительность.
Фотографии кристалла процессора Байкал М, сделанные Fritzchens Fritz в полном качестве:
Благодарю Locuza за опознание функциональных блоков на чипе.
Новые российские процессоры «Байкал» перейдут на техпроцессы вплоть до 6 нм
Российская компания «Байкал Электроникс», известная процессорами собственной разработки, вложит 23 млрд рублей в расширение продуктовой линейки.
Как сообщает источник, к 2025 году объёмы производства вырастут до 600 тысяч CPU. Для сравнения, по итогам текущего года компания намерена продать 130 тысяч процессоров. Правда, эксперты отмечают, что компания может столкнуться с недостатком производственных мощностей TSMC, которая и будет производить процессоры.
В грядущей линейке CPU будут модели Baikal M2 для настольных ПК, Baikal L для ноутбуков и планшетов, а также Baikal S2, нацеленные на серверы, суперкомпьютеры и системы хранения данных. Что важно, новинки будут производиться по техпроцессам от 6 до 12 нм вместо нынешних 28 нм.
Оговариваемые CPU будут опираться на архитектуру Armv9, но компания также рассматривает возможность разработки решений на архитектуре RISC-V.
«Байкал» запланировал обновление процессоров и переход на 6-12-нм техпроцессы
Компания «Байкал Электроникс» утвердила стратегию развития до 2025 года. Согласно документам, организация планирует сосредоточиться на разработке новых чипов и наращивании объёма производства. Об этом пишет «Коммерсант», который ознакомился с отчётом компании.
Источник: фэйсбук «Байкал Электроникс»
Ожидается, что инвестиции будут привлекаться тремя путями: собственными средствами, государственными субсидиями и заёмным капиталом. До 2025 года компания планирует потратить на разработку новых продуктов до 23 миллиардов рублей.
«Байкал» планирует увеличить число выпускаемых процессоров до 600 тысяч штук в год. Для этого хотят использовать производственные мощности TSMC. В основу обновлённого модельного ряда лягут три модели Baikal следующего поколения на архитектуре ARMv9, которые будут использоваться для десктопных компьютеров (Baikal M2), ноутбуков с планшетами (Baikal L) и систем хранения данных (Baikal S2). Топологические нормы продуктов составят от 6 до 12 нанометров. Текущие процессоры компании выпускают по 28-нанометровым нормам.
По словам гендиректора предприятия Андрея Евдокимова, параллельно компания рассматривает возможность создания процессора на базе открытой архитектуры RISC-V. Вероятно, его будут использовать в телекоммуникационном оборудовании. «Изучается вопрос создания линейки ускорителей искусственного интеллекта как для работы в дата-центрах, так и для продвинутой обработки на устройствах», — уточнил Евдокимов.
Напомним, что в июне 70 % «Байкал Электроникс» перешло под контроль группы компаний «Вартон». Сумма сделки не называлась, но эксперты оценивают её от 3 до 6 миллиардов рублей. Несмотря на это, производитель заявил, что продолжит развиваться в качестве отдельного бизнеса.
Рассекречены характеристики российского восьмиядерного процессора «Байкал». Цена
Спустя три недели после закрытой презентации для представителей госорганов своего нового ARM-процессора, компания «Байкал электроникс» сделала публичным достоянием его базовые характеристики.
Официальные характеристики Baikal-M
Российская компания «Байкал электроникс» впервые официально обнародовала характеристики своего нового, второго по счету микропроцессора Baikal-M, ранее продемонстрированного представителям госучреждений на закрытой презентации. В отличие от первого чипа компании — Baikal-T1 (новое название — BE-T1000) на архитектуре MIPS (созданной в соответствии с концепцией RISC, то есть для процессоров с сокращенным набором команд), новинка реализована на архитектуре ARM (от англ. Advanced RISC Machine).
В соответствии со спецификацией, чип представляет собой выпускаемую по техпроцессу 28 нм так называемую систему на кристалле, в основе которой лежат восемь 64-битных ядер ARM Cortex-A57 (ARMv8-A; четыре кластера по два ядра) с частотой до 1,5 ГГц и восьмиядерный графический процессор Mali-T628 с частотой до 700 МГц.
Объем кэша третьего уровня (L3) — 8 МБ. Параметры оперативной памяти: 2 × DDR3/DDR4-2133 64 bit DRAM, ECC. Заявленное энергопотребление — менее 30 Вт.
«Процессор обладает широким набором интегрированных коммуникационных интерфейсов и высокой вычислительной мощностью, благодаря чему он сможет найти применение в рабочих станциях, моноблоках, ноутбуках, серверах и тонких клиентах», — говорится в официальном сообщении разработчиков.
Среди упомянутых встроенных интерфейсов приводятся два 10 Gb Ethernet (10G Base-KR/KX4), два 1 Gb Ethernet (RGMII), три PCI eGen.3 (8+4+4 линии), два SATA 6G, шесть USB 3.0/2.0, 4K video-decoder, HDMI 2.0. Процессор выпускается на тайваньской фабрике TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).
По данным источника CNews, знакомого с ходом проекта, сейчас речь идет об инженерных образцах нового процессора, хотя новинка продемонстрировала работоспособность и предположительно в серию пойдет без доработок.
В свободном доступе для заказчиков процессор появится в декабре 2019 г. как отдельно, так и в составе плат по розничной цене $250 (в составе платы — $500).
Первая промышленная партия процессоров, как сообщили CNews представители «Байкал электроникс», выйдет до конца 2020 г. Ее начальный тираж — 10 тыс. штук.
По опубликованным в Сети фрагментам электронной презентации новинки можно заключить, что в октябре 2019 г. процессоры в составе электронных плат должны стать доступной ключевым заказчикам. В декабре 2019 г. компанией обещан «удаленный доступ» к этим платам через сайт «Байкал электроникс».
Драматичная предыстория
Представленный чип мог появиться на свет еще примерно три года назад. В январе 2016 г. «Байкал электроникс» обнародовал планы по выпуску трех новых процессоров на архитектуре ARM для использования в различных устройствах: от встроенных систем, до ПК и серверов. По этим планам инженерные образцы Baikal-M разработчики намеревались выпустить еще до конца 2016 г.
К указанному сроку этого не произошло, но на воплощение своих идей компании удалось получить государственные деньги. Проект «Байкала» под названием «Разработка и реализация отечественного энергоэффективного микропроцессора для персональной вычислительной техники» был субсидирован Минпромторгом в конце 2016 г. по итогам конкурса на создание задела для разработки базовых технологий производства приоритетных электронных компонентов и радиоэлектронной аппаратуры госпрограммы «Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности на 2013–2025 гг.».
По условиям договора министерства с «Байкалом» при общей стоимости проекта в 2,3 млрд руб. разработчикам на него была выделена от государства субсидия (не путать с обычным контрактованием по итогам тендера) в размере 1,1 млрд руб. По утвержденному графику к маю 2017 г. должны были завершиться опытно-конструкторские работы, к ноябрю 2017 г. — созданы опытные образцы чипа, а к маю 2018 г. — изготовлена опытная серийная партия, осуществлен вывод продукта на рынок и реализовано продукции на 1,17 млн руб., включая (видимо) $4,2 тыс. за счет экспорта.
В реальности создатели новинки от графика серьезно отстали. «Разработка процессора “Baikal-M” (BE-M1000) была завершена в 2018 г., — сообщил CNews 2 апреля 2019 г. Михаил Махсон, действующий в то время гендиректор “Байкал электроникс”, который в конце мая покинул компанию. — В настоящий момент осуществляется производство партии микропроцессоров, которая будет выведена на рынок. В середине этого года BE-M1000 будет доступен компаниям-разработчикам для прототипирования и производства опытных образцов конечных устройств».
Пресс-служба Минпромторга в течение полутора месяцев не смогла ответить на вопрос CNews, какого рода санкции могут быть применены министерством к «Байкал электроникс» за просрочку проекта.
Несколько фактов о «Байкал электроникс»
По данным ЕГРЮЛ, АО «Байкал электроникс» было зарегистрировано в Москве 11 января 2012 г. Соучредителями выступают отечественный суперкомпьютерный разработчик «Т-платформы» с долей в 75% и компания «Т-нано» с долей в 25%. В структуре учредителей последней доля в 62,8% приходится на «Роснано» (через промежуточные структуры), в 37,2% — на «Т-платформы». При этом доля «Т-платформ» на данный момент находится в залоге у входящего в группу «Роснано» Фонда инфраструктурных и образовательных программ.
Свой первый процессор — Baikal-T1 (новое название — BE-T1000) на архитектуре MIPS по топологии 28 нм — «Байкал электроникс» разработал к концу 2014 г. и запустил в производство в 2015 г. Разработка осуществлялась при поддержке Минпромторга с привлечением средств самого ведомства и федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 гг.», а также инвестиций компаний «Т-нано» и «Т-платформы». Конкретная сумма вложений в проект не раскрывалась.
Напомним, что «Т-платформы» сейчас переживают не лучшие времена. В конце марта 2019 г. в Москве задержали и отправили под арест ее гендиректора и основателя Всеволода Опанасенко. Предъявленная ему статья грозит лишением свободы на срок до 10 лет.
На днях российский бизнес-омбудсмен Борис Титов выступил в защиту Опанасенко, заявив, что его заключение нельзя считать справедливым. Для максимальной огласки Титов обратился в социальные сети, разместив публикации в Facebook и «Вконтакте» с подробностями дела и обстоятельствами ареста.