Импортозамещение на практике. часть 5. восхождение на «эльбрус»

Слабость программной экосистемы

Какие возражения были приведены в по данному вопросу?

В этих рассуждениях мне видится два важных момента. Первый – это фундаментальное непонимание причин того, почему «все дружно берут и переносят своё ПО». Второй (как следствие первого) – это назначение в качестве виноватых разработчиков софта, которые не хотят портировать софт на Эльбрусы.

Алексей, дело в том, что в жизни всё устроено так, что если люди или предприятия заинтересованы в портировании софта, если аппаратная платформа удобна и удовлетворяет их требованиям, если им это выгодно – то они берут и портируют. А если предлагаемая платформа даже недоступна в свободной продаже, если система команд закрыта, если в свободном доступе нет нормальных отладчиков, симуляторов, профилировщиков и прочей базовой программной экосистемы, и всё вышеизложенное – это принципиальный подход компании-производителя процессора, то люди даже при всём желании не смогут эффективно заниматься процессом портирования. Поэтому, при возможности выбирать, портировать на Эльбрус или, допустим, на Arm или RISC-V, люди будут очевидно выбирать второй вариант. И одна из главнейших причин этого – политика компании МЦСТ.

Это прекрасно, но это мизер по сравнению с теми же ARM или RISC-V. Для RISC-V, которая фактически ещё находится в стадии своего зарождения, уже портированы популярные дистрибутивы Ubuntu, Debian, Fedora с десятками тысяч пакетов каждый, сделана поддержка в Qemu, gcc, lllvm, OpenJDK, v8 и т.д. и т.д. Т.е. уже создана экосистема, на порядок превосходящая Эльбрусовскую. В случае ARM разрыв ещё более драматичный.

Простим автору его неинформированность. Система бинарной трансляции не является уникальной возможностью процессора Эльбрус. Для Arm существуют как минимум Rosetta 2 и ExaGear. Qemu имеет хоть и медленный, но зато поддерживающий широкий спектр host-архитектур движок бинарной трансляции.

Собственно видно, что высказанные Алексеем возражения не опровергают тезиса о слабости экосистемы Эльбрус и сложности её создания для новой архитектуры. Они по сути констатируют данный факт, но просто пытаются описать текущую ситуацию в чуть более розовых тонах и назначить за неё виновных в лице разработчиков софта.

«Альт» для «Эльбруса»

Как стало известно CNews, компания «Базальт СПО» при поддержке МЦСТ — разработчика российских микропроцессоров — выпустила версии своих ОС «Альт рабочая станция» и «Альт сервер» для предустановки на отечественную вычислительную платформу «Эльбрус». Они станут первыми предлагаемыми заказчикам МЦСТ сторонними операционными системами широкого применения, работающими с системой команд процессоров «Эльбрус» непосредственно, а не в режиме так называемой бинарной трансляции.

«“Эльбрус” имеет свою уникальную систему команд, позволяющую значительно повысить производительность процессора, например выполнение нескольких команд за один такт, — пояснил CNews гендиректор “Базальт СПО” Алексей Смирнов. — Но этот процессор может работать и в режиме совместимости с процессорами Intel. Для этого в компьютер встроена система динамической бинарной трансляции, которая программу, собранную для процессора Intel, конвертирует в ходе выполнения в коды для процессора “Эльбрус”. В противоположность этому нативная сборка (то есть сборка под “Эльбрус”, а не под Intel) позволяет при выполнении программы избежать конвертирования из кодов одного процессора в коды другого».

Ранее непосредственно на «Эльбрусах» работала только собственная операционная система широкого применения МЦСТ — ОС «Эльбрус». Правда, в МЦСТ в разговоре с CNews, уточнили, что также непосредственно под платформу организации в 2015 г. была адаптирована ОС «Нейтрино» компании «СВД встраиваемые системы», однако она является исключительно специализированной.

«Альт Линукс» начали предустанавливать на «Эльбрусы»

«Нейтрино» представляет собой так называемую ОС реального времени. В отличие от операционных систем общего назначения (таких как Windows и Linux) она призвана реагировать (крайне оперативно) не на действия пользователя, а на внешние события. То есть главная сфера ее применения — это приборы, работающие в том числе в автоматическом режиме, например, установленные на промышленных станках или на транспорте.

Что же касается ОС «Эльбрус», то Алексей Смирнов считает, что в сравнении с ней ОС «Альт», созданная компанией, которая специализируется на выпуске дистрибутивов, обладает более широкими возможностями для пользователей. В частности, на ней можно развернуть контроллер Active Directory и другие сетевые сервисы, комплект офисных приложений, базы данных и пр.

железо

Основная статья: эльбрус/hcl

A: на рабочих станциях вообще-то тоже применяется нормальная память (и в больших объёмах); но главное тут то, что встроенный в процессоры «Эльбрус» контроллер памяти помимо эффективной кодировки ECC хранит в дополнительных девятых битах ещё и информацию о тегировании областей памяти для защищённого режима — контроллер памяти работает блоками по 256 бит данных (32 байта) + 16 тегов для них за раз; и уже весь этот блок защищён 10-битным корректирующим кодом.

Почему только Radeon?

вопрос пользователя crypt

A: на чём-то надо было остановиться в качестве видеоакселератора, а для Radeon есть свободные драйверы приличного качества (nouveau от них отстаёт, хотя между закрытыми драйверами для видеокарт ATI/AMD и NVIDIA сравнение выходит ровно противоположное.

A: уже не только, на свежих выпусках OSL 5+ и ALT 9+ поддерживается и драйвер nouveau; на некоторых картах получают неплохие результаты.

Почему не сокет?

A: начнём с решаемой задачи: сокет позволяет использовать один процессор с разными материнскими платами, а с одной материнской платой — разные процессоры; ввиду существенных различий между поколениями процессоров «Эльбрус» (версии чипсета, поколение DDR…) и высокой надёжности оборудования польза представляется минимальной.

A: сокет — вовсе не такая простая и дешёвая штука, которой может показаться на первый взгляд, соответственно его разработка и создание небольшим тиражом лишь увеличило бы и без того немалый ценник.

A: теплопроводящий клей.

A: есть, есть — 8С на 1300 МГц без радиатора (в миллиметре от него) примерно через минуту отключает.

Как температуры-обороты смотреть?

A: установив пакет lm_sensors3 и запустив команду sensors-detect; также может быть полезно добавить в автозагрузку (/etc/modules) модуль l-pcs для снятия температуры ядер процессора.

Поддержка

Дистрибутивы

Ссылки для скачивания образов установочных дисков для архитектуры x86 приведены на вкладке «Состав». Ссылки для скачивания образов установочных дисков для архитектур Эльбрус и SPARC выдаются службой технической поддержки по запросу при наличии лицензии — когда ОС приобретена в составе компьютера или отдельно по договору поставки.

Документация

Комплект пользовательской документации включает:

• Руководство по установке;
• Руководства по настройке;
• Руководства по эксплуатации.

В зависимости от версии дистрибутива, некоторые из этих документов могут быть разбиты на части или объединены; могут иметься дополнительные материалы.

Ссылки для скачивания комплектов документации приведены на вкладке «Состав» для каждой из версий системы.

Жизненный цикл

Каждая версия дистрибутива после своего появления находится в одной из возможных стадий. Стадия жизненного цикла определяет принципы, по которым ведутся работы над версией.

Возможности процессоров «Эльбрус-2С3»

Процессоры «Эльбрус-2С3» будут выпускаться на мощностях тайваньского партнера TSMC с соблюдением технологических норм процесса FinFET 16 нм, с поддержкой технологий энергосбережения. Процессор состоит из 4,3 млрд транзисторов, имеет площадь кристалла 222 кв. мм, и будет представлен в 1903-контактном корпусе HFC BGA габаритами 42,5 х 42,5 х 3,7 мм. Максимальное энергопотребление модификации К1891ВМ06А8 заявлено на уровне 30 Вт, в динамическом режиме – порядка 20 Вт.

Внешний вид двуядерного процессора «Эльбрус-2С3» шестого поколения

Для процессора характерна аппаратная поддержка защищенных вычислений с отдельным стеком вызовов, дающим преимущества с точки зрения информационной безопасности, а также аппаратная поддержка виртуализации и динамической двоичной трансляции машинных кодов х86 (х86-64) без перекомпиляции программ.

Оригинальная архитектура «Эльбрус» обеспечивает процессору высокую производительность в математических расчетах, криптографии и цифровой обработке сигналов. Процессоры «Эльбрус-2С3» представляют собой интегрированное решение класса «система на кристалле», которое содержит встроенный контроллер периферийных интерфейсов, ускорители 2D/3D-графики и кодирования-декодирования видео.

Компактность и невысокое энергопотребление позволяют применять «Эльбрус-2С3» во встраиваемых системах, решениях автоматизации производства, миниатюрных ПК, носимых терминалах, планшетах и тонких клиентах. Рабочие температуры процессора заявлены в диапазоне от -40°С до +90°С.

Пиковая производительность процессорных ядер достигает 192 Гфлопс FP32 и 96 Гфлопс FP64, 3D-графики – 300 Гфлопс FP32. Процессор оснащен кэшем L1 объемом 64 КБ под данные и 128 КБ под команды на каждое ядро, а также кэшем L2 по 2 МБ на каждое ядро (4 МБ суммарно).

Процессор поддерживает два канала оперативной памяти DDR4-2400 ECC (до 128 ГБ на канал), 16 внешних линий PCI Express 3.1, два контроллера Ethernet 2.5GBase-T, четыре канала SATA 3.0 и четыре порта USB 3.0. два канала HDMI, один канал LVDS и один канал RGB.

ПК на «Эльбрусах» РЖД получило, на «Байкалах» — нет

Из текста последнего из протоколов можно сделать вывод, что на
данный момент из 15 тыс. запланированных к поставке ПК 1 тыс. поставлена все же
была. Представитель компании МЦСТ (разработчик линейки процессоров «Эльбрус») Максим Горшенин заверил CNews, что 1 тыс. ПК на чипах
этой организации была поставлена в РЖД еще в декабре 2020 г. Эту информацию редакции
подтвердил источник на рынке.

Исходя из этого можно заключить, что недопоставленные 14
тыс. ПК — это техника исключительно на «Байкалах».

Из техзадания следует, что мониторы, процессоры марки «Эльбрус-1С+» и ОС для
сборки были предоставлены 3Logic самим НЦИ в качестве «давальческого сырья».

По данным источника CNews на рынке, НЦИ на сегодняшний день
исполнителя проекта так и не нашел. По его словам, основная причина нежелания
сборщиков браться за проект — отсутствие требующегося числа процессоров «Байкал»
на рынке.

Внесенные изменения

На момент публикации материала в ядро Linux 5.8-rc2 было внесено свыше 40 изменений, имеющих отношение к Baikal-T1. К ключевым изменениям относятся общий код ядра и архитектуры MIPS CPU P5600, конфиг сборки ядра специфичного для CPU MIPSr5, а также конфиг сборки ядра специфичного для CPU P5600.

Первый российский процессор, поддержка которого реализована в ядре Linux

Помимо этого, в ядро была добавлена поддержка детектирования и расшифровки CM2 L2 ECC ошибок и MAAR-регистров в режиме XPA, доработан драйвер R4K clocksource для работы при включенном CPU-freq, интегрирована регистрация таймера в качестве sched_clock и др.

Список изменений от Baikal Electronics в ядре Linux 5.8-rc2:

Оставшаяся часть изменений в подсистемы ядра Linux находится в процессе рецензирования. Согласно планам разработчиков, они будут внесены в состав ядра Linux 5.9, дата релиза которого на момент публикации материала установлена не была. В него также будет интегрирована поддержка однокристальной системы Baikal-T1 с файлом дерева устройств, использующим все добавленные Baikal Electronics версии драйверов.

Системные требования PDK «Эльбрус» для x86

• Процессор с архитектурой x86, x86-64;
• Объём оперативной памяти — не менее 1 ГБайт;
• Объём дисковой памяти — не менее 60 Гбайт;
• Видеокарта, совместимая с VGA.

С официального сайта можно бесплатно скачать не только дистрибутив открытой версии «Эльбруса», но и список необходимых пакетов, а также документацию по установке — она доступна на русском языке.

К сожалению, МЦСТ не позволяет любому загрузить другие версии платформы, за исключением PDK «Эльбрус» с функциями для разработчиков — правда, данная модификация операционной системы вряд ли пригодится обычным пользователям, поскольку она работает только на отечественных процессорах «Эльбрус» (которых нет в свободной продаже).

На странице МЦСТ представлены

• ОПО «Эльбрус» — общее программное обеспечение на базе ядер Linux версии 2.6.14, 2.6.33 и 3.14;
• ОС «Эльбрус» — портированная версия Debian 8.11 на базе ядра Linux версии 4.9;
• PDK ОС «Эльбрус» — та же ОС, но с возможностями разработки. Как утверждается, это самая современная версия ОС. Она базируется на ядре Linux версии 4.9 и предназначена для скачивания и установки на компьютеры с процессорами российского производства;
• ОС «Эльбрус» для архитектуры х86 — ОС на основе ядра Linux версии 3.14 и 4.9 для процессоров с системой команд х86. При этом версия пакетов ОС «Эльбрус» для микропроцессоров с системой команд Elbrus сохранена.
• Отметим, что первые две версии предоставляются только по запросу как специализированный софт. Остальные можно свободно скачать.

На подходе еще одна ОС — «реального времени»

На сайте МЦСТ в разделе «Разработки» сейчас можно найти описание проекта «промышленной технологии создания операционной системы реального времени» — «ОСРВ Эльбрус». Напомним, что в отличие от ОС общего назначения (таких как Windows и Linux) системы реального времени призваны реагировать (крайне оперативно) не на действия пользователя, а на внешние события. То есть главная сфера их применения — это приборы, работающие в том числе в автоматическом режиме, например, установленные на промышленных станках или на транспорте.

В описываемом проекте указано два направления работ: модификация ядра ОС Linux 2.6.33.1 с разработкой сервисных библиотек и утилит для поддержки систем реального времени, а также разработка дистрибутива на основе Debian Lenny 5.0.9 для компьютеров на базе архитектур х86 и «Эльбрус» и для систем «с отечественной реализацией архитектуры SPARC» (очевидно — МЦСТ-R).

Как отметил в разговоре с CNews управляющий директор компании «Росплатформа» Владимир Рубанов, ранее возглавлявший компанию «Роса» (разработчика отечественной операционной системы Rosa), «ОСРВ Эльбрус» и «Эльбрус-Д» — это разные проекты.

«МЦСТ производят линейку различных версий операционных систем под различные исполнения и специализированные задачи. “Эльбрус-Д”, “ОСРВ Эльбрус” и ОС “Эльбрус” — это как раз такие различные модификации», — указал Рубанов, опираясь на известные ему сведения.

Тот факт, что МЦСТ не спешит раскрывать подробности проекта ОС «Эльбрус-Д», у Рубанова особого удивления не вызывает. «Могу предположить, что засекречивать какие-то результаты МЦСТ приходится в связи со спецификой некоторых их заказчиков», — говорит он.

Полностью отечественный ПК

Концерн «Автоматика», входящий в состав госкорпорации «Ростех», разработал вычислительный комплекс «Эльбрус 801-К». Это компьютер на основе российского процессора «Эльбрус-8С», и, как сообщили CNews представители «Ростеха», он может применяться в качестве промышленного сервера или рабочей станции либо размещаться на транспортных средствах, где необходима быстрая обработка больших объемов данных.

Компьютер был создан для эксплуатации в труднодоступных для техобслуживания местах. Помимо этого, он может применяться для работы в составе мобильных центров обработки данных (ЦОД) или в качестве бортовой цифровой вычислительной машины. Сотрудники «Ростеха» рассказали CNews, что «Эльбрус 801-К» также может использоваться везде, где требуются защищенные промышленные компьютеры либо вычислительные серверы, например, в железнодорожной сферах, а также в области добывающей промышленности и на промышленных предприятиях, Компьютер может устанавливаться непосредственно в цехах, в сложных условиях эксплуатации.

«Эльбрус 801-К»

«Промышленный компьютер на базе процессора Эльбрус-8С позволяет создавать экономичные вычислительные узлы. Новинка Концерна “Автоматика” обеспечивает выполнение любых современных задач в самых сложных условиях и будет незаменима в энергетической и транспортной отраслях, а также в силовых ведомствах», – отметил генеральный директор Концерна «Автоматика» Владимир Кабанов.

Тяжелый и бесшумный

Одна из особенностей компьютера «Эльбрус 801-К», помимо наличия у него отечественного процессора – это широкий спектр интерфейсов. Все они, с учетом форм-фактора ПК, выведены на фронтальную панель.

Открывают список шесть портов miniDisplayPort для одновременного подключения такого же количества мониторов, что позволяет размещать «Эльбрус 801-К» в мобильных ситуационных центрах, диспетчерских и других применениях, где отображаются большие объемы визуальной информации. Представители «Ростеха» рассказали CNews, что для подключения периферии в этом компьютере есть четыре порта USB-A 2.0, плюс имеются три гигабитных Ethernet-порта, пять аудиоразъемов и один RS-232 (COM-порт). Разъем питания, как и кнопки включения и перезагрузки, тоже расположены спереди.

Массивный корпус «Эльбрус 801-К» выполняет роль радиатора

Внутри «Эльбрус 801-К» нет активной системы охлаждения – тепло от процессора выводится прямо на корпус. Для повышения надежности в компьютере вовсе не предусмотрены компоненты с подвижными частями – нет кулера и нет жесткого диска, а в качестве основного накопителя используется 250-гигабайтный SSD-драйв.

Компьютер поставляется с 8 ГБ оперативной памяти стандарта DDR3 и встроенным блоком питания, вместе с которым весит 18 кг. Размеры корпуса составили 483х318х172 мм, а суммарная потребляемая мощность ПК не превышает 150 Вт.

Искусственный интеллект добрался и до Wi-Fi: как инновации помогают строить беспроводные сети в офисах
Телеком

В «Ростехе» сообщили CNews, что по умолчанию на «Эльбрус 801-К» установлена операционная система «Эльбрус Линукс». Допускается возможность установки систем «Альт Рабочая станция» или «Альт Сервер», «Astra Linux Leningrad», «Лотос» и ЗОСРВ «Нейтрино».

Процессор «Эльбрус-4С»

Предмет особой гордости российской компьютерной индустрии — новый 4-ядерный микропроцессор «Эльбрус-4С». Рассмотрим его основные особенности. Он относится к категории 64-разрядных. Каждое из его ядер работает на частоте 800 МГц и может взаимодействовать с 3 каналами ОЗУ типа DDR3-1600. Возможно объединение до 4 процессоров в систему с общим комплексом модулей памяти. Произведен процессор в соответствии с технологией 65 нм. Энергопотребление чипа — порядка 45 ватт.

Общая производительность процессора при задействовании всех ядер — порядка 50 гигафлопс при одинарной точности или же 25 гигафлопс — при двойной. Чип «Эльбрус-4С» совместим с двоичной трансляцией кодов ведущих мировых производителей процессоров — Intel и AMD. Что касается сопоставления скорости работы российского процессора и решений от Intel и AMD, то многое зависит от конкретного режима работы чипов. Безусловно, по номинальному показателю частоты процессор «Эльбрус» уступает микросхемам от ведущих мировых производителей. И потому он, как полагают эксперты, может быть не вполне оптимален для запуска популярных компьютерных игр. Но он работает по иным алгоритмам, предполагающим преимущества в его задействовании при выполнении иного типа операций.

Конфигурация тестового полигона

Чтобы тесты были максимально объективными, в «Рэйдикс» по возможности использовали одинаковые комплектующие в серверных платформах. В качестве управляющего контроллера системы хранения данных выступали два сервера: один — на базе процессора «Эльбрус-8СВ», а второй — на базе Intel Xeon E5-2620v4. В таблице 1 приведена подробная конфигурация данных платформ.

Таблица 1. Спецификации серверов

К контроллерам была подключена одна и та же дисковая полка Supermicro SC216BE2C-R741JBOD, рассчитанная на установку 24 дисков формата 2.5”. В полку были установлены 20 дисков WDHGST Ultrastar C15K600 объемом 600 ГБ. Выбор таких дисков обусловлен тем, что в ходе этих тестов будет тестироваться RAID-«движок», оптимизированный для работы с HDD и входящий в состав RAIDIX 5.1.

В качестве клиента будет выступать сервер AIC SB301-LB2 в такой же конфигурации, как и контроллер СХД.

Характеристики

Особенности дистрибутива

Операционная система «Эльбрус Линукс» является собственной разработкой АО «МЦСТ» — не повторяет другие дистрибутивы, хотя и включает в себя технические решения Debian. Её основные составляющие — это ядро Linux, фирменные системные программы, утилиты GNU и другие прикладные программы, в том числе фирменные средства разработки.

Отличительные особенности «Эльбрус Линукс»:

• собственная пакетная база, пополняемая напрямую от разработчиков открытого программного обеспечения;
• монолитные пакеты: каждый пакет включает в себя запускаемые программы, файлы данных, средства для разработчика, — поэтому 1 пакет из состава «Эльбрус Линукс» может быть равносилен 5–20 пакетам в других дистрибутивах;
• собственная система сборки пакетов (PDK);
• формат пакетов deb и программы управления пакетами dpkg и apt.

Аппаратные требования

Операционные системы для компьютеров архитектуры Эльбрус и архитектуры SPARC совместимы с вычислительными модулями, машинами и комплексами семейства «Эльбрус» на базе процессоров соответствующей архитектуры; диапазон поддерживаемых поколений каждой архитектуры зависит от версии дистрибутива и приведён на вкладке «Состав». Требования к объёму оперативной памяти и свободному пространству на диске зависят от набора устанавливаемых пакетов и запускаемых программ — особенности, которые необходимо учитывать при установке, изложены в Руководстве по установке.

Требования к компьютерам архитектуры x86 изложены на странице описания «Эльбрус Линукс x86».