俄罗斯/苏联CPU概况

杨华

兴趣广泛到时间不够，“猫猫与榴莲”

1.1 俄罗斯/苏联CPU

先说个人查了相关资料后的感觉：

感觉俄罗斯一直和西方为主导的近现代科学若即若离，芯片行业它自己也一直的走自己的路，最近俄罗斯国内好像开始投入到RISC-V的指令集架构研究并开始销售产品了。

军方芯片都可以自给自足，民用靠进口，国内也没有产生大公司，或者终端类的国际大厂。

自研架构一直也在发展，最近改进的Elbrus架构,，设计的Elbrus-16C微处理器参数已经接近主流处理器性能；

软件和编译器方面采用和我们龙芯类似的路径，先兼容活下来，再求发展。但很可能和龙芯系统转换的层次不同，龙芯是二进制转换，详细的转换后效率数据没有看到，它没有看到明确的说明在什么环节转换，只是说通过转换后软件可以运行。

芯片制造能力很弱，但一直保持了相关的制造能力，特别是军用的采用90或180nm的制程，防干扰效果更好。部分芯片找台湾代工，但体量都非常小。

未来俄罗斯可能会投入到RISC-V的怀抱，另外可以将芯片设计的复杂度转移到编译器上，发挥软件的优势，避开传统强势企业在硬件设计上的构筑的高门槛。

以上是最近俄罗斯乌克兰战争后，查了一下俄罗斯的芯片行业大致情况，信息主要来源俄罗斯的相关公司介绍。

1.1.1 历史背景

苏联在芯片领域走的弯路——电子管：苏联在实际试验中发现集成电路在核爆的电子脉冲前几乎毫无招架之力，被永久性烧毁的可能性很大。苏联据此认为集成电路并不适合核战争，所以苏联走了一条电子管小型化的道路。

苏联在芯片领域走的弯路——三进制：电压存在着三种状态：正电压（“1”）、零电压（“0”）和负电压（“-1”）。三进制逻辑电路非但比二进制逻辑电路速度更快、可靠性更高，而且需要的设备和电能也更少。计划合作生产“Сетунь”的捷克斯洛伐克工厂倒闭了。1965年，“Сетунь”停产了。“Сетунь 70”成了莫斯科国立大学三进制计算机的绝唱。

上世纪90年代苏联的解体导致产业碎片化，俄罗斯电子工业衰退。当年斯大林为了加强各个加盟国的联系，结合各地实际情况，把产业布局按照上下游关系分配到各个加盟国。根据产业布局，乌克兰是苏联的电子信息工业基地，白俄罗斯是苏联的半导体工业和微电子工业基地，即便是波罗的海三国（爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛），苏联也曾经布局半导体工厂。

随着苏联解体，直接导致苏联时代的完整的工业体系破碎化。加上俄罗斯寡头和西方国家用非战争的方式洗劫了苏联人民的财产，导致原苏联各加盟国军工领域许多专家、教授失业，大量一流的工程师陷入赤贫。之前建立的工业体系这三十年已经被弄的支离破碎，当前和乌克兰兵戎相见，受到西方更严厉的制裁，半导体行业什么情况呢？这个话题好像很少讨论，今天我们就来查一查俄罗斯的通用cpu领域现状。相关信息来源会放在随后的链接里，主要参考俄罗斯的半导体公司产品，主要看CPU部分。

整体CPU芯片是比较落后，但是目前也有功能自己设计开发通用cpu，采用自研的Elbrus架构及其改进型，母亲啊用的

http://www.mcst.ru/elbrus-16c

1.1.2 中央处理器“Elbrus-16S”（TVGI.431281.028）

Elbrus-16C微处理器 ( 1891VM038 ) 是一款高性能通用处理器，具有改进的Elbrus架构，可执行高达 1.5 万亿次。每秒浮点运算。按照16纳米工艺，120亿个晶体管，618mm2裸片，最大功率170w/163w（A/B）面积采用节能技术。计划2022年量产，16核心，每个内核每个时钟 50 次操作（8 个整数，24 个实体）1536 GFLOPS FP32、768 GFLOPS FP64，4 通道 DDR4-2400 ECC，最高 76.8 GB/s，每个处理器 1024 GB（每个通道 512 GB），256 TB 机器地址空间。

“Elbrus-16C”的特点：

Elbrus的原始架构，在数学计算、密码学、数字信号处理方面提供高性能。

安全计算的硬件支持。提供安全优势的单独调用堆栈。

硬件辅助虚拟化，提高硬件效率。

无需重新编译程序即可对 x86 机器代码 (x86-64)进行动态二进制翻译的硬件支持。

温度范围从 -40 到 +85 度。

4 个内存访问通道的存在以及在一个模块中组合多达 4 个处理器的能力使得构建可提供高速信息处理和传输的可扩展计算系统成为可能。

1.1.3 中央处理器“Elbrus-8SV”（TVGI.431281.023）

2020年开始量产的1891VM12Ya CPU 芯片是一款服务器级计算器，具有一组改进的矢量指令。35 亿个晶体管28 nm 工艺技术，350 mm² 裸片面积。功耗最大90W-110W，动态70E-90W。它包含 8 个第五代 Elbrus 架构的内核，时钟频率高达 1500 MHz。允许您构建多处理器服务器和工作站，以及对信息处理和传输速度有要求的板载计算机。

性能：每个内核每个时钟 50 次操作（8 个整数，24 个实体）1891BM12；A Z : 512 FP64GFLOPS；256GFLOPS FP32；

L1：每个内核 64 KB 数据 + 128 KB 指令;L2：每个内核 512 KB，总共 4 MB;L3：16 MB 处理器

4 通道 DDR4-2400 注册 ECC，高达 68.3 GB/s;每个处理器 256 GB（每个通道 64 GB）;1 TB 机器地址空间。

1.1.4 中央处理器“R2000”（TVGI.431281.024）

2019年量产的中央处理器 1891VM018 是服务器级cpu，采用28nm工艺，有5亿个晶体管，125mm2的die面积，功耗分别为36W/30W/25W。包含第 9 版“SPARC”架构的8个内核，时钟频率高达 2/1.75/1.6 GHz(A8/B8/C8三个版本)。允许您构建多处理器服务器和工作站，以及对信息处理和传输速度有要求的板载计算机。每个内核每个时钟 2 次操作（1 个整数，1 个实数）64 GFLOPS 单精度，32 GFLOPS 双精度

内存：2 通道 DDR4-2400 注册 ECC，高达 38.4 GB/s，每个处理器 32 GB，有128 GB 机器地址空间

1.1.5 中央处理器“R1000”（TVGI.431281.009）

2011年采用 64 位SPARC v.9 架构的四核片上系统，在 90 nm 工艺标准下以高达 1 GHz 的时钟速度运行。1.8亿晶体管，功耗15 瓦

MCST R1000 微处理器（1891VM6Ya，项目名称 MCST-4R）是一款采用 64 位SPARC v.9 架构的四核片上系统，时钟频率为 1 GHz，技术标准为 90 nm . 每个内核每个时钟解码并发送最多 2 条指令以供执行。支持 VIS1 和 VIS2 矢量扩展，以及用于组合和打包操作的附加指令。

MCST R1000 处理器的特点：

片上集成：四个内核，每个内核都有自己的 L1 缓存；所有内核共享 2 MB L2 缓存；DDR2-800内存控制器；双工 I/O 通道控制器，每个方向支持高达每秒 1 GB 的交换速率；3 个相干处理器间交换双工通道控制器，支持每个方向每秒高达 2 GB 的传输。这使得通过简单地连接通道来构建具有共享内存的多处理器（最多 4 个处理器）计算系统成为可能。

可以使用输入输出通道（通过RDMA协议）将多处理器机器组合成多机器复合体。

该处理器兼容标准KPI 1991VG1Ya南桥，集成了十几个现代接口。

MCST R1000 微处理器的主要范围是用于具有共享内存 (NUMA) 的多处理器系统，旨在实现高性能（例如，用于自动控制系统的计算机系统）、单板嵌入式计算机和工业计算机的创建。

片上系统 MCST-R1000 的框图

处理器内核 (CPU0…CPU3) 实现 64 位 SPARC v.9 架构并具有超标量组织。内核中指令解码的最大速率为每个时钟 2 条指令。每个处理器内核与二级缓存的交换以 32 字节块为单位执行，并以工作频率执行。

二级缓存 (L2Cache) 容量为 2 MB - 由四个处理器内核共享。以 8 列 4096 行组织，缓存块大小为 64 字节数据。4关联，采用回写策略。

一致性控制器 (CC) 确保多处理器系统和 I/O 操作期间的数据一致性。

系统开关 (SCom) 提供对处理器内核、IOCC控制器和三个ISCC控制器的RAM的访问。

内存控制器 (MC) 提供对两个总容量高达 8 GB 的 DDR2-800 RAM 插槽的访问。交换以高达6.4GB/s的速率进行。

输入输出通道控制器 (IOCC) 提供与输入输出子系统（南桥控制器）或其他计算系统的交换。

系统间交换通道控制器 (ISCC0…ISCC2) 提供与其他 MCST R1000 处理器的通信。每个远程访问控制器都有一个双工 LVDS 字节通道。使用 DDR 方法以 500 MHz 的频率进行交换。控制器的总带宽为 4 GB/s。

IOCC 和ISCC 控制器之间的区别主要与交换通道中传输的数据包和信令消息的细节有关。通过 I/O 通道，为外围设备（数据阵列或单个命令）传输数据。系统间交换通道提供对其他系统以及从具有共享内存的多处理器系统中的其他片上系统 MCST-R1000 的内存访问。

其它说法：

俄罗斯MCST公司生产的Elbrus系列，采用的自主架构，超长指令集,兼容SPARC架构，由台积电代工

这是该系列最新的一款芯片R-2000，采用SPARC V9指令集，2GHz时钟频率的8核微处理器，采用台积电28纳米工艺技术制造，并配有内置双通道DDR4-2400内存控制器。预估的功耗是25瓦。单精度浮点峰值性能为64 Gflops。微处理器内核包含两个整数算术逻辑单元，一个浮点处理器和一个控制传输设备。该处理器的微架构完全由MCST（莫斯科SPARC技术中心）的专家研发。该微处理器是根据与俄罗斯国防部签署的研发合同框架研制的

1.1.6 俄罗斯首款RISC-V 微控制器mikron MK32 AMUR

基于开源的RISC-V架构，俄罗斯也在投入并且已经有量产的芯片。

对应的开发板

俄罗斯首款RISC-V 微控制器MK32 AMUR这个cpu和普通见到的是不是不太一样啊，有点像计算器的牛屎封装，不过不重要，忽略这些细节，他们也在投入研究RISC-V了。

RISC-V 32 位，32 个寄存器，带有乘法器、JTAG 调试器和中断控制器。带有 RISC-V 微控制器的模块的基本调试板包含参考电压源和一个用于连接具有宽电压范围的外部电源的模块。有用于连接可更换 MK 模块和 4 个外围板模块的连接器，可扩展基本调试板的功能。

https://en.mikron.ru/products/mikrokontrollery/

1.1.7 联邦国家机构“俄罗斯科学院系统研究所联邦科学中心研究所”

根据俄罗斯联邦科学组织机构 2014 年 12 月 31 日第 1422 号命令成立。

研究所活动的目的是：

l 纳米技术、信息和电信技术、计算机系统、数学、物理和信息学领域的基础、搜索和应用研究与开发；

l 确保先进的科学技术发展，加快将科学发展引入生产经营；

l 开展全周期的研发工作，包括在俄罗斯联邦科学、技术和技术发展的优先领域创建工业设计和小型生产线。