Смотрим внутренности отечественного 28нм MIPS процессора — Baikal-T1

    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.

    Терзал этот процессор я с перерывами больше года — но наконец под катом могу поделиться результатами.

    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» — [P N] [N P] [P N]… 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 Patreon или другими способами (а там глядишь и до электронного микроскопа/FIB доберемся).
    Zeptobars 55,23
    Компания
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 72
    • +14
      Барс, как обычно, снимаю шляпу…
      • +2
        сам процессор — это огромный плюс!
        но, господи, за что он MIPS ?! (пакеты, зависимости, ядро и поддержка этого machine_type)
        • +1
          Байкал конечно и ARM делает… Но нужна же конкуренция ) В любом случае, масштаб проблем тут несопоставимо меньше того, что приходится превозмогать на Эльбрусе, на порядки.
          • +4
            Потому что не ARM и не x86? Эта «сладкая парочка» — настоящее патентное минное поле, так что если хочется «импортозамещения», то их использовать нельзя. А что ещё остаётся? SPARC? Я думаю тут вы скорее взвоете, чтобы вам MIPS дали…
            • +4
              В данном случае что с Imagination Technologies, что с ARM — все честно лицензировано, за деньги. Соответственно, все вопросы с патентами/интеллектуальной собственностью решены в соответствии с законом (не только в рамках РФ).
              • 0
                Патенты и прочее… не нужны для производства и использования хоть чего внутри страны… ни нужны для экспорта.
                • 0
                  Это не повод воровать интеллектуальную собственность.
                  Если денег нет — есть бесплатные ядра, которые также поддерживаются стандартными инструментами. В любом случае, на фоне стоимости масок 28нм — стоимость лицензии на ядро не заметна.
              • +2

                RISC-V?)

                • –1

                  OpenRISC бы. Конечно, вы от него взвоете, да и несколько раз подряд, но развитие его коммерческими структурами, завоз какой-нибудь OpenGPU и прочие плюшки совсем бы не помешали всему open-source сообществу.

                  • +3
                    Тогда уже RISC-V, а не OpenRISC. Там и выть меньше, и поддержка лучше, и open-source сообщество при делах.
                  • +2
                    спасибо что не SPARC )

                    вы но, не сочтите что я придераюсь, но сколько текущих дистрибутивов Linux ( я не говорю о windows), запустятся из коробки на этом железе? Где ГосЛинукс с патчами в ядро?)))
                    • 0
                      Это, кстати, не придирки — а вполне нормальный запрос. Линус со товарищами очень любят разные странные железяки, так что я думал влить в апрстрим правки будет не смертельно сложно.

                      Я бы с удовольствием поигрался с MIPS'ом, кстати, на досуге — но поднимать с нуля весь софт, начиная с ядра — нет, на это меня не хватит…
                      • +1

                        К нам сегодня на работу пришёл АРМ «Таволга Терминал» — там стоит вполне себе Debian 8.4 (jessie) с графическим окружением MATE, не знаю, насколько патченный. Возможно, что и ни на сколько — в конце концов Debian официально поддерживает архитектуру mips.

                        • 0
                          Статью писать будете? Интересно же!
                          • 0

                            Увы, не я с ним работаю, пока только со стороны на него посмотрел. Да и хочется надеяться, что всё, что нам нужно, на него встанет без проблем и не про что будет писать статью :-)

                          • 0
                            Позволю себе немного оффтопа: к вам Таволга (в корпусе моноблока которая, если я все правильно понял) тоже с гигантскими зазорами и некорректно расположенными отверстиями для разъемов приехала? Мы просто все гадали — может к нам опытный какой экземпляр приехал.
                            Кстати с Astra Linux SE на борту
                            • 0
                              Может у Вас «Таволга Терминал» в корпусе обычной «Таволга», которая на Интеле?
                    • +2
                      Потому что ARM им не продали, и они стали делать MIPS. Точнее, ARM им продали, но позже, и на этой архиетктуре будет их следующий продукт, Baikal-M. Первоисточник гуглить лень, запрос должен быть вида «Легостаева Байкал интервью»
                    • +1
                      А что не так с MIPSом то? Насколько я понимаю, мипс лучше аналогичных по уровню ARMов по соотношению ops/transistor и ops/mhz.
                      и как бы вот
                    • –20
                      Сам процессор — велосипед.
                      • 0
                        Весьма примечательно
                        • +1
                          В какую стоимость брали эти процессоры?
                          • +5
                            Год назад они были еще бесценные :-)
                            Производитель передал для этой статьи.
                            • +7
                              Год назад, для получения мануала, надо было нормальное такое NDA подписывать.
                            • +2
                              $60, но может зависеть от партии.
                              • 0
                                Ого, а это, вообще говоря, очень даже норм цена.
                            • +2
                              Техпроцесс у процессора 28 нм?
                              • +1
                                +
                                • 0
                                  Значит само производство не в России?
                                  Жаль
                                  • +3
                                    В России сейчас нет проектных норм ниже 90 нм, и в обозримом будущем улучшения не предвидится.
                                    При этом, правда, необходимо задать вопрос: а чем, собственно, плохо то, что производство не в России? Важно, у кого интеллектуальная собственность и квалификация разработчиков, важно, кто получает прибыль, а не кто занимается фотолитографией.
                                    • +2
                                      Я знаю, что сейчас технологическая линия есть только на 90 нм. Но вроде как работы идут и под новый Эльбрус делается линия с более тонким тех.процессом.

                                      А насчет — плохо или хорошо делать в Тайване — для нас это плохо.
                                      У нас много высокотехнологичных производств — космическая промышленность (космические аппараты, ракетоносители и т.п.), атомная энергетика и т.п. И в этой связи было бы отлично все эти производства базировать на собственной элементной базе.
                                      • +1
                                        Чем плохи космические или атомно-энергетические микросхемы, произведенные на Тайване?
                              • +1
                                А почему бы не сделать кристалл меньше, если столько свободного пространства? На пластину влезет больше.
                                • 0
                                  Скорее всего с выводами беда. Вряд ли с теплоотводом (энергопотребление вроде небольшое).

                                  Тут скорее другой вопрос: а нафига тогда такой тонкий техпроцесс, если его возможности не используются?
                                  • +4
                                    А кто сказал что не используются? Меньше техпроцесс — можно поднять частоту, или снизить напряжение/энергопотребление.
                                    • 0
                                      Скорее всего с выводами беда. Вряд ли с теплоотводом (энергопотребление вроде небольшое).

                                      Там же по выводам питания можно хоть в два раза ужаться, насколько я понимаю. Это же всего 5W.
                                      • 0
                                        Нет, нельзя. Наверняка есть какая-то объективная причина иметь кристалл именно такого размера, и не факт, что она лежит на поверхности. Но что точно лежит на поверхности — так это то, что при существующей стоимости масок по 28 нм ни один нормальный человек не будет просто так раскидываться площадью кристалла.

                                        P.S. BarsMonster комментом ниже может быть прав насчет итерационного процесса (жто все же тестовый MPW, а может быть и не прав.
                                        • +1
                                          dV = L dI/dt
                                          dI/dt может достигать очень больших величин и при потреблении 5W
                                          Увеличение числа VDD и GND пинов снижает L. R уже малого кого волнует.
                                      • +4
                                        Это процесс итеративный: оценивается площадь кристалла, размещаются блоки, синтез… Становится видно, какую площадь реально используем. Возможно еще на одну итерацию уже не было времени.

                                        В любом случае, 25% площади кристалла существенной роли в себестоимости в случае Байкала вероятно не играют, фиксированные расходы на разработу и маски — очень велики. Теперь главный вопрос — как продать по-больше Байкалов :-)
                                        • 0
                                          Я примерно так и думал: уменьшение площади за ещё 2-3 итерации не окупит неоходимость порождения новых масок.

                                          А с продажами — нужно как в Китае поступить. Национальная программа, начиная со школ. И Американский опыт учесть: на тестах — можно пользовать только сертифицированное железо с сертифицированной ОС. И всё — будет куча заказов.

                                          Если «колыбель капитализма» так делает, то почему нам нельзя?
                                      • 0
                                        Его бы еще делали у нас, то можно было бы сказать, что это круто.
                                        • +5
                                          Его разработали у нас, сделали под нашим контролем. Это уже круто. Если он будет успешен, то рано или поздно и производить начнут, дело времени.
                                          • 0
                                            В России в обозримое время не предвидится фабрики по 28 нанометров, из-за стоимости и санкций на оборудование. А если стоит задача сделать коммерческий продукт, а не военное изделие, то все равно, где именно он производится.
                                            • 0
                                              Приветствую. Мы с вами знакомы, на другом сайте. Это вас может заинтересовать.
                                              Устройство контроля масок с рентгеновским источником излучения.
                                              • 0
                                                Я, честно говоря, так и не понял, чем именно и почему именно меня оно может заинтересовать)
                                                • 0
                                                  Это отечественный НИР на разработку источника мягкого рентгена для инспекции масок EUV литографии. Этот же источник может являться компонентом литографической машины.

                                                  Я уверен, мы это неоднократно обсуждали на другом сайте, что вы в курсе о причине замедления прогресса в EUV литографии, которой является слабая мощность источника излучения, из-за чего производительность EUV машин меньше по сравнению с ранее созданными изделиями от ASML. Выгоднее в несколько проходов создать микросхему по современным топонормам на старом иммерсионном оборудовании, чем на новом применяющим мягкий рентген.

                                                  Если Россия создаст свой источник мягкого рентгена достаточной мощности, то создать современный отечественный литограф будет уже проще.

                                                  Метрологическое оборудование на таких топонормах также использует мягкий рентген, по этому этот же источник решает проблему создания целой группы оборудования для производства микросхем.

                                                  Это конечно же не относится к оборудованию нанесения тонких плёнок, но последнее санкциями не особо ограничивается, так как имеются производители подобного оборудования и в Азии, и в самой России.
                                                  • 0
                                                    И готово это все будет к моменту, когда я выйду на пенсию? А ASML предлагает EUV литографию, пригодную для промышленного применения, уже сегодня.
                                          • –3
                                            Можно глупый вопрос? Вот та же Сяоми которую пинают все кому не лень, уже и свой процессор делает и в середине года начнёт выпускать телефоны на собственном процессоре, а вы больше года! только терзаете процессор…

                                            Вам не кажется, что что-то тут не то… :(

                                            • +4
                                              Так написано же, с перерывами. В конечном итоге, у меня есть работа, на которую нужно ходить, а микросхемы травятся исключительно в свободное время, которое есть далеко не всегда.

                                              Ежели бы это было моей работой… было бы занятно :-)
                                              • –4
                                                Я немного не о том. Вы же наверняка больше знаете о Байкале.

                                                Вопрос в том, почему китайцы каждый пол года выпускают рабочие устройства, разного уровня, каждый год новые процессора, а велика могуча русска процесорка год только терзается сторонним человеком.

                                                Где масса устройств на этом процессоре? Ведь по примерам других разработчиков, более чем годовалый проц уже можно снимать с производства…
                                                • +3
                                                  Не понимаю, почему вы ерничаете. Никто тут не называет Байкал великим могучим Русским процессором. Он делает своё скромное дело, и на этом все.

                                                  Можете например для нас всех навскидку назвать хотя-бы 5 китайских процессоров, которые выпускаются каждый год, с набортным 10 GbE MAC+PHY?

                                                  Процессоры для телекома и промышленности — сильно отличаются от low-end ширпотребовских чипов для телефонов. Если посмотреть на Marvell, Ti и проч — процессоры стоят на производстве и по десять лет, т.к. там есть обязательства по поддержанию доступности.

                                                  А ко мне претензии предъявлять сложно, я в Байкале не работаю, и денег за работы с чипом не получаю.
                                                  • –3
                                                    Ладно, я не писатель. Я читатель. К вам вопрос, как к одному из многих. Возможно вы просто больше других в курсе.

                                                    Великим и могучим назвал его я. Так ли много сейчас русских процессоров производится? Среди русских процессоров он вроде вполне себе и велик и могуч. :) Хотя я могу и ошибаться…

                                                    Ладно, это всё так. Размышления. Зачем было создавать «ракету», которая до сих пор не летает, когда людям нужны телефоны?
                                                    • +5
                                                      Потому что рынок процессоров для телефонов гораздо более конкурентный, и на нем надо выводить новые продукты каждый год. Рынок процессоров для роутер-маршрутизаторов-станков-интернетавещей гораздо менее конкурентный, срок службы процессора на этом рынке в разы больше, а необходимые проектные нормы — 28-45, а не 10-14, что делает возможным во-первых, дольше разрабатывать продукт, а во-вторых, намного дешевле его производить.
                                                      Никакого шапкозакидательства и ура-патриотизма, чистый коммерческий расчет.
                                                      • 0
                                                        Просто ARM им не продался тогда, из-за санкций.
                                                        Расчет то как раз таки был на другое. Перестроились по ситуации.
                                                      • 0
                                                        Зачем было создавать «ракету», которая до сих пор не летает, когда людям нужны телефоны?
                                                        Потому что люди живут в Китае? А разного рода технику выпускают, в том числе, и в Росcии?

                                                        В мире микроэлектроники всё и всегда танцует от спроса. Специфика бизнеса: безумно дорогие маски, относительно дешёвые конечные устроства => нужны огромные продажи.

                                                        Потому китайцы могут позволить себе создавать телефоны, а Россия — нет. И в ближайшее время миллиард населения в России не появится.
                                                    • 0
                                                      У Xiome разработка процессора заняла тоже не мало времени — 28 месяцев. Это не пол года.
                                                      Если же Байкал-T1 подтвердит работу в диапазане температур -40..+85, то он пойдет в промышленность.
                                                      Там время жизни лет 7-10 будет.
                                                      • 0
                                                        Я бы сказал лет 15 — 20 для промышленного оборудования.
                                                • 0
                                                  Интересно, а разработка процессора ведется отечественным софтом, или какое заморское используется типа VHDL или Verilog?
                                                  • +5
                                                    Само собой софт буржуйский, Verilog.
                                                    • +2
                                                      И слава богу. Ну нет в России достаточно народу, чтобы всё-всё-всё сделать самим. Не нужно устраивать тут Северную Корею.

                                                      Что требуется для безопасности — нужно стараться делать самим, а всё остальное — в кооперации.
                                                      • 0
                                                        Но работают, походу, в Linux:)
                                                        • 0
                                                          Софт для проектирования работает нормально только в очень узком наборе вариантов линукса. Конкретно в Redhat из CentOS.
                                                      • +5
                                                        Отечественного софта, позволяющего разрабатывать проекты такого размера, не существует в природе и, скорее всего, никогда не будет существовать в природе. Как минимум — потому что импортный софт от «большой тройки» на миллионы световых лет впереди, как максимум — потому что даже до уровня существующего опенсорсного софта еще пилить и пилить, поэтому проще взять опенсорный, чем разрабатывать российский.
                                                      • –2
                                                        На мой взгляд Baikal-T1 — большой шаг вперед для отечественной гражданской микроэлектроники :)

                                                        Выпускается на Тайване (из википедии) :(

                                                        Автору гранд-респект!
                                                        • +8
                                                          В том что на Тайване выпускается гражданский продукт — ничего страшного нет. Задача коммерческих компаний — деньги зарабатывать, и все крутятся как могут. Посмотрите на тот же Qualcomm, контора американская, а производит чипы там же, где и Байкал :-)
                                                          • +1
                                                            Выпускается на Тайване (из википедии) :(
                                                            То есть там же, где Apple заказывает свои чипы.

                                                            Будем рассказывать про упадок Америки и про то, как у них «всё плохо»?
                                                            • –1
                                                              Т.е. выпуск на Тайване — это хорошо, в Зеленограде плохо? :)
                                                              • +2
                                                                Смотря для каких целей.
                                                                Для оборонки — жизненно необходимо иметь всю цепочку производства у себя, но там не такие большие требования по производительности, зато большие — по отказоустойчивости и надежности.
                                                                Для гражданского сектора — важно иметь интеллектуальные права на процессор, а на чем он будет разрабатываться и где производиться — дело десятое — это будет там, где будет наиболее коммерчески выгодно.
                                                          • +4
                                                            википедия
                                                            Первым продуктом, построенным на «Байкал-Т1», стала отечественная система управления станками СЧПУ «Ресурс-30»[12].

                                                            Анонсирован АРМ «Таволга Терминал TP-T22BT» компании «Т-Платформы» основанный на процессоре «Байкал-Т1» [13].

                                                            На выставке «Импортозамещение-2016» компания «Сервисные системы» представила макет принтера (МФУ)[14] на процессоре «Байкал-Т1».
                                                            • +2
                                                              А вот тоже интересен вопрос телекомовского применения. Там 10G очень рядом с ядром как я понимаю. Тестировали этот процессор на предмет погонять трафик (роутинг, нат) на Linux?
                                                              • +1
                                                                По моему сие круто. Желаю новой железке долгой и коммерчески успешной жизни. Аминь.

                                                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                Самое читаемое