Блеск и нищета «Эльбрусов». Почему эти процессоры нужны и в чем их слабость
Микропроцессоры Эльбрус-8СВ
Периодически натыкаюсь на Дзене на слащавые статьи о микропроцессорах «Эльбрус». Читаю их и создается впечатление, что вот-вот из ушей мед польется. На мой взгляд, это не нужно для продвижения самих «Эльбрусов» - создает повод не столько для критики, сколько для глума, и не дает понять, в чем их достоинства и недостатки.
В заметке оттолкнусь от одной такой статьи и дальнейших разговоров с участием автора в комментариях. Не потому, что выбранная конкретная статья чем-то примечательно, но потому, что она оказалась последней каплей в чаше. И теперь чашу надо испить.
Почему «Эльбрусы» не конкуренты многим процессорам Intel и AMD по производительности
В одной из статей на Дзене автор сравнивает производительность еще не вышедшего в серию «Эльбрус-12С» с процессором Intel Core i9-9900K. Мол у i9-9900K вычислительная производительность над цифрами с плавающей запятой двойной точности 0,49 ТФлопс, а у «Эльбрус-12С» - 0,576 ТФлопс.
Пиковая производительность 0,576 ТФлопс получена простым перемножением (число ядер * максимальное количество операций за такт * тактовая частота) / 2. В данном случае: (12 * 48 * 2 * 109) / 2 = 576 * 109 или 576 ГФлопс.
Конечно, пиковая производительность никогда не учитывает все возможные задержки. Однако, в случае «Эльбрусов» при выполнении реальных задач количество операций за такт редко превышает 10-12 при возможности конвейера обрабатывать до 48. Поэтому такие сравнения вычислительной производительности попросту некорректны.
В отдельных секторах результаты оказываются сопоставимы. Система хранения данных на сервере с процессорами «Эльбрус-8СВ» показала с аналогом на базе Intel Xeon E5-2620v4. Из серии, когда вовсе не процессор оказался узким местом.
В теории в некоторых задачах «Эльбрус» может оказаться сопоставим с современными процессорами x86_64 и сам по себе. В апреле 2021 года была опубликована статья по результатам исследования группы ученых из Университета Райса под руководством доцента кафедры информатики Аншумали Шривастава.
Ученые оптимизировали алгоритм глубокого обучения SLIDE (Sub-LInear Deep Learning Engine) под инструкции Intel AVX512 и AVX512-bfloat16. Они добились на 44-ядерном процессоре Intel Xeon от 4 до 15 более высокой производительности, чем при выполнении аналогичной задачи на основе библиотеки Tensorflow на видеокарте NVIDIA Tesla V100. Поскольку VLIW архитектуры оперируют широким конвейером, то такие алгоритмы для них являются органичными.
Сложно сравнивать в синтетических попугаях насколько разные архитектуры, как x86 и VLIW (e2k)
Архитектура e2k заметно проще, чем x86_64 в реализациях Intel или AMD. Ее разрабатывает относительно небольшая компания, несопоставимая по размерам с Intel. Поэтому выход был найден за счет сравнительно несложной архитектуры и оптимизации с помощью компилятора.
Такой подход накладывает некоторые ограничения. В частности, компилировать компилируемое лучше не просто под архитектуру, а под конкретную модель процессора. Уж точно под поколение архитектуры. «Эльбрус-12С»? Тогда под шестое поколение e2k. Причем компилироваться программное обеспечение (ПО) будет в несколько раз дольше.
ПО под «Эльбрусы» пока заметно меньше. Включая средства разработки. На прошедшей 16-17 февраля 2021 года конференции «Elbrus Tech Day» сотрудник АО «МЦСТ» Антон Аникин заявил, что реализована опытная поддержка новых системных языков Rust и Go (Golang) через LLVM. Это добавляет возможностей, но не снимает всех сложностей.
«Эльбрусы» сегодня не могут быть конкурентными на рынке потребительских десктопов
Помимо меньшего количества ПО, с которым легко можно работать, но сложнее - играться и пользоваться прочими популярными развлечениями за компьютерами, есть и вопрос стоимости. Поскольку компьютеры на «Эльбрусах» не выпускаются миллионными тиражами, то их стоимость для простого пользователя намного более высокая, чем на продукцию с процессорами x86 или ARM.
Несколько изделий типа материнская плата с установленным процессором «Эльбрус-1С+» или «Эльбрус-8С» доступны для покупки физическими лицами. Стоят они от 100 до 200 с лишним тысяч рублей. Вопрос тиража продукции.
Лицензированные рабочие станции и сервера, требуемые для госсектора, стоят уже сопоставимо с их аналогами на x86. Но это ведь не потребительский сектор, а совсем иное.
Бесфабричность для России опаснее, чем для США. Нужно иметь свое производство
Периодически заходит речь о том, что бесфабричность (fabless) сегодня - норма. AMD разрабатывает процессоры, затем заказывает их производство у TSMC и все в порядке - один из мировых лидеров. И «Эльбрусы» с «Байкалами» пусть также - норма. Этот подход не учитывает политический и иные контексты, то есть оторван от жизни.
Действительно, значительное число разработчиков различного вида процессоров в мире работают по бесфабричной схеме. Но свои процессоры общего назначения для России - это, в первую очередь, вопрос безопасности.
Китай в лице компании Huawei уже познакомился с американским давлением в виде отлучения от TSMC, а китайская SMIC с запретом на покупку передового литографического оборудования ASML. Россия названа крупнейшими лицами США и Великобритании врагом. Почему колокол с санкциями против производства элеткроники, да не по нам звучит?
Свое производство современной электроники создавать придется. Это потребность большинства отраслей экономики. Частные компании такое удовольствие не потянут - вопрос триллионных вложений, последовательной политической воли, хитрости, тонких шагов и подготовки кадровой базы. США и Китай потратили на электронику свои триллионы $, у нас должно получить само-собой?
Медленное ПО и решение в рамках государства
Большинство современных прикладных программ написано не оптимально. Это вопрос многослойных абстракций, избыточной универсальности и многих других факторов. Поэтому, когда говорят о вычислительной производительности аппаратной базы в попугаях, то не до конца понятно - о чем речь?
Если речь о достаточности вычислительной производительности для решения определенного круга задач, то с использованием какого ПО? Существующего неоптимального? Вопрос можно решать и за счет ускорения аппаратной базы, и за счет оптимизации программной. В конце концов, прикладных программистов у нас в стране заметно больше, чем разработчиков электроники.
Если решать вопросы разработки значительной части ПО на уровне государства, а не отдельных компаний, то все можно решить. Да, не с текущими политической моделью и системой отношений.
Эльбрус нужен со всей экосистемой
Как уже писал выше, своя микроэлектроника - это вопрос государственной безопасности. Экономической, военной, инфраструктурной, хозяйственной и прочее-прочее-прочее. Универсальный центральный процессор (CPU) - одно из важнейших устройств из требуемых для безопасности.
«Эльбрус» - единственное семейство универсальных CPU с собственной архитектурой. E2k (VLIW), конечно, критикуют. Порой по делу. Но некоторые вопросы вполне снимаются, если перед собой ставить такую цель. Например, вопрос компиляции ПО под конкретную модель процессора. Номенклатура этих процессоров не столь велика, чтобы на уровне государственного института невозможно было содержать репозитории собранных пакетов под несколько основных операционных систем. Про разработку нового ПО уже писал выше.
Вычислительная техника есть единство аппаратуры и ПО. Вот так и в нашем случае, нужна мощная экосистема. Такую экосистему может себе позволить сообщество с огромной корпорацией Huawei во главе, но в России сегодня нет таких ИТ-гигантов, и решать вопрос надо государству.
Заявления некоторых наших деятелей и компаний о необходимости заменить «Эльбрусы» на разработки на базе архитектуры RISC-V, как более стильной-модной-молодежной, несостоятельны. Некоторые вторичные узлы (IP-блоки) и в МЦСТ разрабатывают на RISC-V. Однако переход на эту архитектуру (инвестиции большие, чем в другие решения) чреват переходом на позицию заведомо догоняющих. Ровно как это было в СССР в связи с решением о копировании IBM.
Про разработки на базе IBM openPower просто помолчу. Это даже не смешно.
В Минпромторге не понимают, что с таким подходом отечественную вычислительную технику окончательно угробят?
В Минцифры не понимает, что экономическое выражение цифровизации при отказе от своих решений будет расти лишь краткий срок?
Отказавшись от себя в угоду коммерческим интересам не получишь ни себя, ни выгоды.