Байкал т1 тесты. Российские процессоры «Байкал» впервые появились в розничной продаже

Думаю многие уже слышали про реализованный московскими разработчиками Байкал Электроникс процессор Байкал-Т1 - с двумя ядрами Imagination Technologies P5600 MIPS 32 r5 и набортным 10GbE. Байкал оказался первым, кто реализовал в кремнии это ядро.

Внимание, картинки кликабельны - но местами довольно тяжелы (до 100Мб).

Сами процессоры (всего их пришлось вскрыть 4 штуки):

BGA-подложка и теплораспределяющая/защитная крышка - как и у других современных процессоров (Intel и ко), чип перевернут контактами вниз (flip-chip BGA):

Сам кристалл - по всей площади имеет контакты, большая часть из которых - для подачи питания по всей площади чипа. Это необходимо не столько из-за высокого потребления энергии (оно как раз невысокое, ≤5Вт), сколько для снижения индуктивности цепей питания. Опять же, большинство современных процессоров имеют аналогичную систему питания:

В левой части - Ethernet контроллер (вероятно 10GbE KR/KX4), на кадре видна половина:

После снятия металлизации - видим автосинтезированную из стандартных ячеек логику (Мультиклет например аналогичными «волнами» синтезировался на 180нм), кучу сгенерированных инстансов памяти/регистровых файлов (их обычно поставляет фабрика), и по всей площади раскиданные идентичные блоки мониторинга (предположительно, мелкие бело-синие вертикальные прямоугольнички). Заметная часть чипа (около 25%) транзисторами не занята, и там просто заполнение пустыми ячейками.

Посмотрим чуть ближе:
Предположительно, блок мониторинга (температура/скорость генерации инверторной цепочки например). Вокруг - поле пустых ячеек:

Ряды стандартных ячеек в максимальном оптическом разрешении. Тут 1 пиксель = 28.5нм, 28 микрометров (0.03мм) на ширину кадра, но оптическое разрешение ограничено дифракцией на уровне порядка 200нм (потому кадр кажется и является нечетким). Видно, что в первом приближении тут подход тот же, что и на 180нм - те же ряды транзисторов «спина-к-спине» - … транзисторы (т.е. соседние ряды стандартных ячеек зеркально отражаются). Линия с P транзисторами чуть шире:

Один из мелких сгенерированных блоков памяти - собственно массив SRAM ячеек занимает небольшую часть блока (остальное - драйверы строк/колонок и усилители сигнала, логика внешнего интерфейса). Вокруг детальнее видно поле «пустых» ячеек (совсем ничего там рисовать нельзя - чип получится неравномерным по высоте, что недопустимо):

Напоследок - фотография Байкала в иммерсионном масле, сразу после последних кадров:

На мой взгляд Baikal-T1 - большой шаг вперед для отечественной гражданской микроэлектроники. Это современное ядро, разработанное и произведенное по современным массовым гражданским технологиям, которое решает поставленные задачи стандартными средствами - общепринятый в мировой индустрии маршрут разработки, всем понятный и открытый компилятор, всем понятная и открытая ОС. Изобретение своих велосипедов там, где без них можно обойтись - это настоящий бич отечественных разработок, и тут этого удалось избежать.

На этом пока все - надеюсь в обозримом будущем чаще выходить с публикациями. Если работы такого рода вам нравятся - теперь вы можете поддержать их на

Разработчики отечественных процессоров «Байкал» провели их развернутое тестирование по ряду метрик. Одна из них выгодно демонстрирует сопоставимость характеристик российского изделия с продукцией мировых лидеров рынка.

Позитивный тест для «Байкала»

Отечественные процессоры «Байкал» по ряду параметров продемонстрировали показатели производительности, сопоставимые с продукцией признанных мировых лидеров отрасли.

В августе 2017 г. компания-разработчик «Байкал электроникс» провела полноценное тестирование быстродействия своего процессора Baikal-T1, работающего с тактовой частотой 1,2 ГГц. Для оценки его свойств применялась методика, предусматривающая возможность систематизации полученных результатов вне зависимости от типа процессорной микроархитектуры и используемой программной платформы.

Измерения проводились в шести приложениях, определяющих производительность как вычислительных модулей процессора, так и пропускную способность реализованных функциональных блоков: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006.

Условия тестирования (источник: «Байкал электроникс»)

«Бенчмаркинг показал, что реальные показатели быстродействия процессора Baikal-Т1 превосходят оценочные характеристики для процессорных ядер MIPS P-класса, а те, в свою очередь очень выгодно смотрятся по сравнению архитектурой х86», — прокомментировал CNewsитоги теста представитель «Байкал электроникс» Андрей Малафеев. Из его пояснений можно было заключить, что речь идет об отношении производительности к энергопотреблению и производительности к площади кристалла.

Результаты тестирования Baikal-T1 (источник: «Байкал электроникс»)

При этом Малафеев отдает себе отчет в том, что Baikal-T1 архитектурно ориентирован в первую очередь на рынки коммуникационных решений и встроенных систем. Однако с точки зрения Малафеева, хорошая производительность позволяет использовать рассматриваемый Baikal-T1 как универсальный процессор «в обширной экосистеме, которая развивается уже более четверти века и имеет значительный потенциал на существующих и только возникающих рынках».

Условное сравнение

Как можно было понять из общения с Малафеевым, наибольшее значение его компания придает тесту на бенчмарке CoreMark (о его сравнении с другими метриками читайте ниже), который в большей степени ориентирован на процессоры для встраиваемых систем, хотя применяется и для других процессоров самого разного назначения.

На сайте кураторов теста Baikal-T1 официально на данный момент не представлен — «Байкал электроникс» еще не подавала в него полученные на ее тесты результаты.

Выборочное условное сравнение известных процессоров с Baikal-T1 на тесте CoreMark

Источник: CNews Analytics

* тестировался сервер на базе двух одноядерных процессоров

В этой связи CNews Analytics для наглядности отобрал результаты тестирования нескольких актуальных процессоров известных марок и указал среди них предполагаемое место Baikal-T1 (см. таблицу).

На чем тестировался «Байкал»

По словам Малафеева, приведенные шесть бенчмарков представляют собой наборы синтетических тестов с определенной смесью инструкций, характерной для тех или иных приложений.

«Традиционные бенчмарки Dhrystone и Whetstone предназначены для оценки производительности центрального процессора на вычислениях в целочисленной арифметике и арифметике с плавающей запятой соответственно, — говорит Малафеев. - Они универсальны, и могут быть написаны на разных языках программирования (например, первые версии Dhrystone и Whetstone, вышедшие в 1960-1970 годах прошлого века, были написаны еще на языках Fortran и Algol 60). В то же время, они могут использовать разные библиотеки и, будучи собраны разными компиляторами, дают существенно различающиеся исполнительные коды, что в определенной степени обесценивает полученные с их помощью оценки быстродействия. В какой-то мере эти недостатки преодолеваются стандартизацией некоторых скомпилированных кодов (имеются ввиду версии для DOS, OS/2, Windows)».

Бенчмарк CoreMark, по заверению эксперта, ориентирован на встраиваемые системы и включает такие функции как обработка списков, манипуляции с матрицами, реализация автомата состояний и вычисление контрольного кода CRC (Check Redundancy Code). Он написан на стандартном языке «Си», и в отличие от других бенчмарков не включает никаких дополнительных библиотек и выдает одинаковый результат.

«Эти преимущества делают данный бенчмарк все более популярным, и он постепенно вытесняет конкурентов, — говорит Малафеев. - Тем не менее, Dhrystone и Whetstone по-прежнему достаточно широко используются».

Тест Stream, говорит эксперт, представляет собой простую синтетическую тестовую программу, которая измеряет устойчивую пропускную способность памяти (в МБ/с) и соответствующую скорость вычислений для простых векторных ядер.

IPERF — это инструмент с открытым исходным кодом, который можно использовать для тестирования производительности сети. SPEC CPU2006 содержит два набора тестов: CINT2006 для измерения и сравнения вычислительной интенсивности целочисленной производительности и CFP2006 для измерения и сравнения вычислительной интенсивности с плавающей запятой.

Baikal-T1, тиражи выпусков, стоимость разработки, потребители

Baikal-T1 представляет собой процессор с архитектурой MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), созданной в соответствии с концепцией RISC, то есть для процессоров с сокращенным набором команд.

Разработка процессора была завершена в конце 2014 г., и в декабре «Байкал электроникс» передал на фабрику TSMC так называемый RTL-код изделия для его выпуска. В мае 2015 г. компания объявила о выходе инженерных образцов.

Тогда сообщалось, что разработка была реализована 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» (материнская структура «Байкал электроникс»). Конкретной суммы вложений в проект в «Байкал» тогда не раскрыл.

Далее образцы были вручную протестированы, и в «Байкале» убедились в их работоспособности. После этого компания в конце лета 2015 г. подала заявку в экспертный совет Фонда развития промышленности (ФРП) при Минпромторге на получение тематического займа для продолжения проекта — запуска серийного производства.

В октябре 2015 г. льготный займ был одобрен. При уровне собственных вложений компании в 288 млн руб. объем этого займа составил 500 млн руб. На эти деньги «Байкал» в декабре 2015 г. разместили заказ на TSMC. В сентябре 2016 г. свет увидела так называемая установочная партия примерно в 10 тыс. процессоров.

В марте 2017 г. в «Байкал электроникс» объявили о скором выходе 100-тысячной промышленной партии.

Основными потребителями Baikal-T1 выступают производители телекоммуникационного оборудования (роутеры, IP-телефоны, накопители данных и т. д), вычислительной техники, оборудования для встраиваемых систем (промышленная автоматика, терминалы, автомобильные системы и т. д.). Объем потребления процессоров на этих рынках, по оценка ФРП, растет в пределах 7-15% в год.

На этой неделе компания «Т-Платформы» представила первый серийный ПК на базе российских процессоров «Байкал-Т1». Компьютер, выполненный в форм-факторе моноблока, получил название «Таволга терминал».

Процессор «Байкал-Т1» – гордость «Т-Платформы» – создан ее «дочкой», компанией «Байкал электроникс». Это промышленный чип с архитектурой MIPS32 R5 Warrior. У него два 32-битных ядра Р5600 с рабочей частотой до 1,2 ГГц, кэшем L2 1 МБ, контроллером памяти DDR3-1600. Строго говоря, в России разработан только чип, функциональные блоки процессорного ядра лицензированы у Imagination Technologies, а сам процессор произведен на мощностях компании TSMC.

Процессор «Байкал-Т1» – двухъядерный, на сайте производителя ПК его возможности не раскрываются. Прямыми конкурентами «Т-Платформы» называет чипы американской компании Broadcom серии Stratagx, а также компании Freescale серии QorIQ T1020. На основе этих микросхем создаются роутеры (в том числе и домашние), а также устройства промышленной автоматизации и тонкие клиенты. По производительности эти решения уступают компьютерам на базе процессоров Intel 5-6-летней давности.

Чип «Байкал-Т1» позиционируется как первый российский процессор, созданный на основе 28-нм технологического процесса. Флагманские смартфоны iPhone 6s и iPhone 6s Plus, в состав которых входит однокристальная платформа Apple A9, выпускаются двумя разными производителями Samsung и TSMC: в первом случае используется 14-нанометровая технология, во втором - 16-нанометровая. Вычислительная мощность Apple A9 настолько высока, что сравнима по быстродействию не только с устройствами в своем классе, но и гаджетами из другой категории, писал ранее AnandTech. По словам обозревателей, процессоры Apple последнего поколения дошли до такого уровня производительности, что способны составить конкуренцию линейке Intel Core M.

Предыдущее поколение iPhone, дебютировавшее в 2014 году, базируется на чипах Apple A8 и выпускается все той же TSMC по 20-нм техпроцессу. Еще более ранняя модель iPhone 5s создана на базе 28-нанометровых процессора Apple A7. И именно эта архитектура соответствует архитектуре процессоров «Байкал-Т1» из «Таволга терминал». При этом A7 является 64-битным чипом, а российский «аналог» оперирует 32-битными ядрами.

Кроме 2-ядерного процессора 21,5-дюймовый «Таволга терминал» включает графический адаптер SM750 с 16 МБ видеопамяти. Оперативной памяти у моноблока – от 2 до 8 ГБ, накопитель можно выбрать – либо 8 ГБ NAND Flash, либо 8 ГБ Disk-on-Chip SSD, либо 2.5” SATA SSD. Компьютер оборудован двумя портами Gigabit Ethernet, позволяющими работать с двумя разными сетями (например, внешней и внутренней) и четырьмя портами USB 2.0.

Первые крупные поставки моноблоков стоимостью 69 000 рублей запланированы на II квартал. В числе тех, на кого ориентирован компьютер «Таволга Терминал», названы Федеральные органы исполнительной власти России, государственные организации и корпоративные заказчики, предпочитающие отечественные решения и предъявляющие высокие требования к безопасности данных.

«Байкал электроникс» протестировала процессоры Baikal-T1 для определения показателей быстродействия. Cnews сравнила показатели российского чипа с процессорами Intel и AMD. Оказалось, что характеристики Baikal-T1 находятся на уровне зарубежных чипов, выпущенных 5-10 лет назад.

Baikal-T1 частотой 1,2 ГГц построен на основе MIPS-архитектуры по 28-нм техпроцессу. Он включает контроллер памяти DDR3-1600 и кэш второго уровня объемом 1 Мб, поддерживает один порт 10Gb Ethernet, по два порта 1Gb Ethernet и SATA 3.0, контроллер PCIe Gen.3 х4 и USB 2.0.

Тестирование Baikal-T1 проводили в популярных бенчмарках: CoreMark, Dhrystone, Whetstone, Stream, IPERF, SPEC CPU2006. Тестирование выполнялось в таких условиях:

Представитель «Байкал электроникс» Андрей Малафеев отметил, что реальные показатели быстродействия «превосходят оценочные характеристики для процессорных ядер MIPS P-класса, а те, в свою очередь очень выгодно смотрятся по сравнению архитектурой х86». Речь, в первую очередь, идёт об отношении производительности к энергопотреблению и площади кристалла.

Специалисты Cnews протестировали Baikal-T1 в бенчмарке CoreMark и сравнили результаты с процессорами Intel и AMD. Результаты оказались выше, чем ожидалось, но, конечно, рекордов Baikal-T1 не ставит:

Напомним, Baikal-T1 разрабатывали до 2014 года. В декабре 2014 года RTL-код изделия передали на фабрику TSMC, а в мае 2015 года получили первые инженерные образцы. После этого «Байкал электроникс» протестировал чипы и получил заем от Минпромторга на 500 млн рублей. Добавив к ним 288 собственных средств, компания разместила заказ на TSMC и в сентябре 2016 года получила установочную партию из 10 тыс. процессоров. Ожидается, что вскоре выйдет 100-тысячная промышленная партия чипов.

Вчера мне довелось первым из представителей прессы побывать в компании Байкал электроникс, разработавшей и производящей процессор Baikal-T1.

Этот маленький процессор потребляет всего 5 Вт и может работать даже без радиатора. В процессор встроены три порта Ethernet (два гигабитных и один 10-гигабитный), контроллер памяти DDR3-1600, поддерживающий до 8 ГБ, контроллер PCIe Gen.3, контроллер SATA 3.0 (6 Гбит), контроллер USB 2.0.
Процессор построен на 2-ядерном MIPS 32 r5 P5600 (это первая в мире реализация процессора на этом ядре), работающем на частоте до 1,2 ГГц, встроенная кэш-память 1 Мбайт, технологический процесс 28 нм.

По производительности Baikal-T1 сопоставим с процессорами Intel Atom и процессорами современных смартфонов. Он будет применяться преимущественно в телекоммуникационном оборудовании (роутерах, управляемых коммутаторах), но пригоден и для тонких клиентов.

Компания "Т-Платформа" начинает производство моноблоков Таволга Терминал TP-T22BT на процессоре Байкал Т1. Они будут использоваться для создания автоматизированных рабочих мест там, где предъявляются специальные требования безопасности.

«Таволга» работает под управлением Linux и может оснащаться любыми совместимыми с ней прикладными программами - пакетом офисных приложений LibreOffice, браузером Firefox и многими другими.

«Таволга Терминал» также работает в терминальном режиме в качестве веб-клиента, обеспечивая удаленный доступ к любым приложениям через веб-браузер или с использованием протоколов удаленного рабочего стола, таких как RDP или VNC.

«Байкал Электроникс» подписали меморандум о научно-техническом сотрудничестве с компанией Lenovo.
Lenovo уже продемонстрировали рабочий образец моноблока ThinkCentre Tiny-in-one 23, построенный на процессоре Baikal-T1.

Сегодня я впервые публикую данные о быстродействии процессора Baikal-T1, работающего на частоте 1 ГГц.

Coremark: 10342 coremarks (2 thread), Whetsnone: 1052 MWIPS (2 thread), Dhrystone: 3651 VAX MIPS (1 thread).
Результаты Coremark для большинства процессоров можно посмотреть тут.

К моменту завершения разработки процессора Байкал-Т1 компания существовала уже три года, в ней работало 70 российских "железячников" и программистов.

За основу было взято лицензированное ядро MIPS P5600, кроме того были лицензированы контроллеры Ethernet, SATA и USB. Российским разработчикам предстояло собрать эти компоненты вместе, заставить их корректно работать друг с другом и произвести разводку чипа по современной топологии 28 нм. Некоторые компоненты процессора разрабатывались с нуля.

Я попросил показать топологию процессора Байкал-Т1.

Так выглядит один маленький её кусочек.

Таких кусочков в процессоре миллионы.

Вы тоже видите странных грустных животных в топологии соединений Байкала? ;)

Это всего лишь один слой соединений.

Для процессора Байкал-Т1 была разработана и выпущена отладочная плата в стандартном формате MicroATX.

Это две самых первых платы.

Плата №0001. Кодовое имя "Лошадка". :)

В электронную лабораторию Байкал Электроникс не пускают никого, даже большинство своих сотрудников. Меня пустили. :)

Офис разработки программной части.

Идёт тестирование.

Процессор Baikal-T1 получился вполне конкурентоспособным и за счет большого количества различных интерфейсов на чипе обладает преимуществами перед конкурирующими изделиями иностранных разработчиков. При стоимости около $60 он позволит создавать телекоммуникационное и промышленное оборудование, блоки диспетчеризации и тонкие клиенты, системы автоматизации и управления. Российское происхождение гарантирует отсутствие "закладок" и позволит применять его в структурах с повышенными требованиями к информационной безопасности.

Сейчас Байкал Электроникс работает над разработкой новых процессоров на базе архитектуры ARM - Baikal-M для настольных ПК, встроенных систем, средств промышленной автоматики, смарт-камер и Baikal-MS для микросерверов и встроенных систем.