Малоизвестные российские 65-нм процессоры, на которых есть планшеты и моноблоки

Среди российских разработчиков процессоров есть организация, полное название которой выговорит не каждый: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (краткое – НИЦ «Курчатовский институт» — НИИСИ). Да, здесь создают свои суперскалярные RISC-процессоры с собственной системой команд и оригинальными 32- и 64-разрядными ядрами КОМДИВ. Названия таких процессоров далекому от ИТ-сферы человеку ничего не скажут, но это российские чипы со своими сферами применения, а на их базе есть даже планшеты, моноблоки и маршрутизаторы. Про микропроцессоры КОМДИВ вроде бы и есть немало информации в открытом доступе, но так как это не микросхемы для обычного коммерческого применения, то в общем-то они не слуху. Отделение разработки вычислительных систем НИИСИ создает российские микропроцессоры, системы на кристалле и системы в корпусе. Как уже говорилось выше, ядра в процессорах свои, а процессоры — суперскалярные, RISC, со своей системой команд. Возможна трансляция на аппаратном уровне команд микропроцессоров с архитектурой MIPS. Разработчики также сообщают на своем сайте, что все сложно-функциональные блоки это их собственные продукты, поэтому можно «достаточно просто переносить проекты с одного завода на другой со сходными технологическими нормами, обеспечить информационную безопасность и поддержку выпуска микросхем на всем протяжении их использования».

На протяжении всей деятельности НИИСИ было создано уже 3 поколения микропроцессоров КОМДИВ и компьютеров БАГЕТ на их основе. Как уже, наверное, понимает читатель, это техника совсем не для бытового и массового коммерческого использования, а защищенные доверенные вычислительные системы для работы с информацией ограниченного доступа. Поэтому тут дело не в нанометрах и красивых интерфейсах, а в реальном практическом применении, например, в силовых структурах нашей страны.

Возьмем, например, семейство микропроцессоров 1890ВМ8, спроектированных по далеко не новым топологическим нормам 65 нанометров и запущенных в серийное производство еще в 2016 году. Имеются 3 версии — 1890ВМ8Я, 1890ВМ8АЯ, 1890ВМ8БЯ, выпускаются в корпусе flip-chip BGA с 1294 выводами по технологии 65 нм КМОП. Это 2-х ядерный 64-х разрядный суперскалярный микропроцессор с архитектурой КОМДИВ64, объединяющий на одном кристалле вычислительные ядра, системные и периферийные контроллеры, кэш-память второго уровня, а также специализированные блоки для цифровой обработки сигналов. Процессор поддерживает 32-разрядный режим выполнения инструкций и режима адресации, что обеспечивает совместимость с широким спектром прикладного программного обеспечения.

Вычислительное ядро построено на 7-ступенчатом суперскалярном конвейере с предвыборкой инструкций и возможностью выполнения двух команд за такт. За один такт может считываться до четырёх команд. Для повышения эффективности используется динамическое предсказание переходов и спекулятивное выполнение инструкций. В состав каждого ядра входят раздельные наборно-ассоциативные кэши первого уровня: 32 Кбайт для инструкций (8 секций) и 16 Кбайт для данных (4 секции). Общий кэш второго уровня имеет размер 512 Кбайт, организованный в 4 секции. Внутренняя шина процессора – 128-разрядная.

Подсистема управления памятью обеспечивает трансляцию 32-разрядных и 64-разрядных виртуальных адресов в 36-разрядные физические. Для этого предусмотрен ассоциативный буфер трансляции (jTLB) на 64 адреса (128 страниц), а также раздельные микробуферы трансляции (micro TLB) на 4 адреса для инструкций и данных, прозрачные для программной модели.

Для ускорения вычислений в процессор встроены два сопроцессора. Сопроцессор вещественной арифметики поддерживает форматы чисел одинарной (32 разряда) и двойной (64 разряда) точности, а также формат «пара вещественных чисел одинарной точности». Специализированный векторный сопроцессор оптимизирован под задачи линейной алгебры и цифровой обработки сигналов. Он имеет отдельный регистровый файл на 64 128-разрядных регистра и поддерживает форматы вещественных и комплексных чисел как одинарной, так и двойной точности.

Микросхема включает большой набор встроенных контроллеров и интерфейсов. Для работы с памятью предусмотрены два контроллера динамической памяти DDR2/DDR3 с частотами 400 и 800 МГц. Для межпроцессорных соединений и создания многопроцессорных систем имеются два контроллера RapidIO, а также встроенный коммутатор RapidIO на четыре последовательных и один параллельный канал. Периферийные возможности включают контроллер PCI 33/66 МГц, два контроллера последовательных портов RS232, два контроллера Ethernet 1000/100/10, контроллер SATA 3.0 с двумя каналами, host-контроллер USB 2.0 с двумя каналами, контроллер SPI на четыре устройства и контроллер I2C. Кроме того, в состав входят 16 разовых команд, контроллер прерываний, пять таймеров и контроллер внутрисхемной отладки EJTAG. Также в списке характеристик на сайте разработчика обращает на себя внимание низкое энергопотребление – всего 2 Вт.

В качестве примера использования процессоров данной линейки в российских специализированных устройствах можно привести ранее упомянутые планшет и моноблок семейства «БАГЕТ» на 1890ВМ8Я:

К сожалению, разработчик не приводит полный список характеристик данных устройств. Но есть некоторые детали по использованной в моноблоке материнской плате: она выполнена в конструктиве мини-ITX, 4 канала USB используются для подключения видеокамеры, беспроводных мыши и клавиатуры, а также выходного разъёма. Реализована поддержка 2 дисков SATA и монитора до 2К х 4К (именно так обозначено в первоисточнике). Также российский процессор 1890ВМ8Я используется в маршрутизаторах и даже серверах, но о них мы информации при подготовке статьи не нашли, есть только фото — в начале статьи.
Всё вышеописанное – это серийные и не самые новые изделия, если посмотреть на начало серийного производства линейки процессоров 1890В8М – 2016 год. В данной статье мы хотели рассказать, что в России есть не только «эльбрусы» и «байкалы», о которых более-менее страна уже начала узнавать, но и другие процессоры, также существующие в статусе серийных, со своими заказчиками, устройствами на их базе и т.д.