Российские серверные CPU и производство электроники. Есть ли свет в конце тоннеля?

Фото: Yadro

Как мы рассказали в первой части, с 1 января 2022 года вступит в силу постановление правительства, по которому серверы с отечественными процессорами получат безусловное преимущество над российскими серверами с иностранными процессорами в гостендерах. По сути, это означает передел рынка и постепенное вытеснение тех производителей серверов, которые заняли «неправильную позицию».

Передел рынка происходит на фоне бурного роста: продажи серверов достигли $1,32 млрд (+18% за год), а государство не скупится на прямые и косвенные дотации отечественным производителям. Таким образом, сложилась очень выгодная ситуация для инвестиций в R&D, то есть в разработку новых процессоров.

Будущие CPU

На данный момент известно о планах разработки и выпуска следующих CPU:

Эльбрус-12С и Эльбрус-16С

В прошлом году на выставке «Микроэлектроника-2020» был показан первый инженерный образец 16-ядерного процессора «Эльбрус-16С», разработка которого ведётся с 2018 года.


На стенде рядом с инженерным образцом стоял блейд-сервер с жидкостным охлаждением на базе процессора «Эльбрус-8СВ»

Разработку процессора планировалось завершить в 2021 году, а начало серийного выпуска можно ожидать в 2022 году.

Некоторые технические характеристики: топология 16 нм, 16 вычислительных ядер общей производительностью 1,5 Тфлопс одинарной точности и 750 Гфлопс двойной точности, базовая частота 2 ГГц, 12 млрд транзисторов, 8 каналов памяти DDR4-3200 ECC, встроенные контроллеры Ethernet 10 и 2,5 Гбит/с, 32 линии PCI-Express 3.0, 4 канала SATA 3.0. Многопроцессорные системы поддерживают объединение до четырёх CPU и до 16 ТБ оперативной памяти.

Это первый российский процессор, спроектированный по топологии 16 нм и с поддержкой памяти DDR4-3200, а также первый «Эльбрус» с базовой частотой 2 ГГц.



Максимальная производительность ядра в теории составляет 96 Гфлопс одинарной точности и 48 Гфлопс двойной. Для всех ядер — 1,5 Тфлопс и 768 Гфлопс.


Технические характеристики процессоров «Эльбрус» прошлого (4С), актуального (8С), нового (8СВ) и будущего (16С) поколений в сравнении с аналогичными процессорами Intel x86, источник

Кроме того, в ближайшее время планируется выпустить модели попроще: двухъядерный «Эльбрус-2С3» и 12-ядерный «Эльбрус-12С», оба по топологической норме 16 нм с DDR4-3200 и прочими преимуществами нового поколения. Двухъядерный процессор с TDP 10 Вт больше похож на мобильный CPU (аппаратное 3D-ускорение, аппаратные кодеры и декодеры видео, вывод 4K), а 12-ядерный можно ставить и на рабочие станции, и на серверы.




Планы по материнским платам с февральской презентации

Эльбрус-32С

В планах МЦСТ — разработка 32-ядерного процессора по технологии 6–7 нм. Первые рабочие образцы ожидают в 2025 году.



В ноябре 2020 года Минпромторг объявил конкурс на разработку процессора «Эльбрус-32С» для высокопроизводительных серверов. Победителю конкурса предложили освоить 7,5 млрд рублей из государственного бюджета (примерно $100 млн). Разумеется, конкурс выиграла компания МЦСТ.

Байкал-S

«Байкал-S» — 48-ядерный ARM общего назначения для серверов, СХД и суперкомпьютеров. Это разработка частной компании «Байкал Электроникс» (основана в 2012 году как дочерняя компания «Т-Платформы»). До сих пор она не выпускала серверных процессоров, тем более таких мощных. Ориентировочная цена «Байкал-S» составляет около $3000.

Технические характеристики

• Архитектура: ARM Cortex-A75, 64 бита
  
• Ядер: 48
  
• Тактовая частота: до 2,2 ГГц
  
• Топология: 16 нм, производство TSMC
  
• Транзисторов: более 15 млрд
  
  
  Первая инженерная партия «Байкал-S»
  
• Память: 80 линий PCIe Gen4, 6 каналов памяти DDR4-3200
  
• Интерконнект: три интерфейса CCIX x16, каждая полоса на 16 Гбит/с.
  
• Ввод/вывод: 80 линий PCIe Gen 4.0 (48 линий общие для CCIX-интерфейса), две линии 1Гбит Ethernet RGMII, одна USB 2.0 ULPI
  
• Производительность: 358 Гфлопс (в Linpack)
  
• Энергопотребление: 120 Вт
  
• Диапазон рабочих температур: 0–70 °С
  
• Динамическое управление рабочими частотами и энергопотреблением CPU, поддержка доверенной загрузки

Первые инженерные платы для «Байкал-S» разработала компания ООО «Гаоди Рус».

Анонс Baikal-S состоялся 26 ноября 2020 года. В производство запущен в мае 2021 года. Недавно на заводе TSMC были изготовлены инженерные образцы (400 шт.), а первую коммерческую партию из 12–14 тыс. экземпляров ожидают в III кв. 2022 года, заказ на неё сформируют в декабре 2021 г.

Отметим, что «Байкал Электроникс» сейчас полностью перешла на ARM, как самую перспективную архитектуру, и все будущие процессоры планирует выпускать только на ней.

«Байкал-S» станет первым российским серверным процессором с поддержкой аппаратной, а не просто контейнерной виртуализации. Из существующих процессоров «Байкал Электроникс» самым производительным является 8-ядерный «Байкал M1000», вот его показатели в сравнении с 8-ядерными процессорами «Эльбрус 8С» и «Эльбрус 8СВ»:

Из результатов следует, что «Эльбрус» 2016 года выпуска с частотой 1300 МГц работает быстрее «Байкала» 2019 года выпуска с частотой 1500 МГц.

Однако 48-ядерный «Байкал-S» с производительностью 358 Гфлопс легко побьёт все эти рекорды и станет самым мощным серверным CPU российского производства. У некоторых экспертов есть мнение, что будущее CPU общего назначения именно за архитектурами вроде RISC/CISC (ARM и x86), а вовсе не VLIW, как у «Эльбруса» (и «Итаниума»).

Процессор «Ядро»

В середине июля госкорпорация «Ростех» и компания Yadro объявили, что к 2025 году выпустят процессоры собственной разработки для серверов Минобрнауки, Минпросвещения и Минздрава (в бизнес-плане обозначены продажи 60 000 процессоров в 2025 году).

8-ядерный процессор с тактовой частотой 2 ГГц создаётся на открытой архитектуре RISC-V по топологии 12 нм. Разработку ведёт дочерняя компания «Ядро микропроцессоры» (вероятно, с участием команды Syntacore).

Некоторые специалисты считают рискованным план серийного производства высокопроизводительных серверных процессоров на архитектуре RISC-V.

Кадровый голод и дефицит комплектующих

К сожалению, в российской электронике острый кадровый голод. Особенно не хватает разработчиков самой аппаратуры — интегральных схем. Такая ситуация сложилась из-за того, что в прежние десятилетия отрасль плохо финансировалась, здесь работало совсем мало компаний. Сейчас наступили другие времена. Денег хватает, рынок быстро растёт, а вот опытных специалистов уже нет, да и откуда им взяться — получается своего рода замкнутый круг.

Для развития предприятий электроники необходимо выпускать минимум 10 000 молодых специалистов в год, а сегодня российские вузы выпускают только 1200–1500 инженеров, за которых идёт настоящая охота. Доходит до того, что с целью возобновления производства на зеленоградском заводе «Ангстрем-Т» приходится завозить десятки тайваньских спецов с семьями. Предполагается, что завод будет выпускать чипы 130–90 нм.

Поэтому далеко не факт, что в ближайший год отрасль сумеет выпустить десятки тысяч серверов с российскими процессорами.

Кроме того, из-за общемирового дефицита у российских производителей уже возникли проблемы с получением процессоров и многих компонентов — источников питания, пассивных элементов, различных контроллеров и т. д. Циклы поставки по большинству компонентов значительно выросли. Запасы на складах заканчиваются, говорят источники на рынке микроэлектроники, так что ближайшее будущее выглядит довольно мрачно.

Российский завод на 5 нм

Сейчас в России на заводах «Микрон» возможно производство микросхем с топологией 65 нм. Вообще, два года назад была принята Национальная стратегия развития электронной промышленности до 2030 года, по которой в России должны появиться фабрики по производству чипов с топологией до 5 нм. Но это скорее напоминает альтернативную реальность. Сейчас в России нет ничего, что требуется для такого производства: ни оборудования (его могут вообще не продать из-за санкций), ни опытных специалистов для наладки современных EUV-степперов. Хотя есть вероятность, что в 2030 году топология 5 нм морально устареет, так что появится возможность купить где-то подержанные степперы или даже всю производственную линию за полцены. Возможно, даже в обход санкций.

Александр Ким из МЦСТ уверен, что Россия найдёт способ закупить оборудование и построить фабрику для производства собственных процессоров, иначе государство «станет ещё уязвимее для кибервоздействий», поскольку «в зарубежных процессорах огромное количество недокументированных функций, уязвимостей на аппаратном уровне».

Президент Kraftway Алексей Кравцов считает, что у России нет выбора — нужно развивать собственное производство электроники и строить современные заводы, и этот вопрос «решается на самом высоком уровне».

Для программы до 2030 г. предусмотрено бюджетное финансирование на 2021–2023 гг. в размере 350 млрд руб, что представители отрасли считают недостаточным.

Посмотрим, насколько успешными окажутся эти планы наладить собственное высокотехнологическое производство процессоров по топологии 5 нм к 2030 году. Сейчас это выглядит просто фантастикой. Возможно, реальность опровергнет пессимистические оценки.

По теме:

• «Процессор Эльбрус — почему это тупик для развития отечественной линейки general-purpose CPU», автор Armmaster
  
• «Процессор Эльбрус — почему статья о тупике несостоятельна», автор alexanius
  
• «Отечественный процессор — так каким он должен быть?», автор Armmaster
  
• «Легенды и мифы процессора Эльбрус в примерах» автор тот же, Armmaster, он участвовал в разработке архитектуры E2K
  
• «Чем отличается производительность СХД на базе процессоров „Эльбрус” и Intel»

UPD. Во время подготовки статьи к публикации прошло совещание у замглавы Минцифры, по итогам которого отметили «неготовность отечественных производителей CPU обеспечить поставки в 2022 г. в объёме, достаточном для удовлетворения спроса на рынке». Как сообщается, на зарубежных фабриках заказано «не более 300 тыс. процессоров для клиентских устройств при потребности 1,5 млн и не более 30 тыс. CPU для серверов и СХД при потребности более 150 тыс.» И это максимально возможный объём производства на сегодняшний день.

Тем временем компания «Байкал Электроникс» выиграла 9,44 млрд руб. от Минпромторга на разработку ещё двух процессоров: Baikal-L (12 нм, архитектура ARMv9, 2023 г) для ноутбуков и Baikal-S2 (6 нм, ARMv9, 2025 г) для серверов.

---

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

Доступно до 31 декабря 2021 г.