Эльбрус-1С+ - первый микропроцессор с управлением тактовой частотой и напряжением питания из ОС

Эльбрус-1С+ (1891ВМ11Я) — экономичный микропроцессор с архитектурой «Эльбрус» и встроенным графическим ядром c поддержкой аппаратного ускорения 3D-графики по стандарту OpenGL 3.1. Малое энергопотребление (не больше 10 Вт) позволяет применять микропроцессор в персональных компьютерах, ноутбуках, тонких клиентах, промышленной автоматике и встраиваемых системах.

Технологический процесс: 40 нм.

Тактовая частота: 1 ГГц.

Число ядер CPU: 1

Пиковая производительность (32 разряда, одинарная точность): 24 Гфлопс

Кэш-память 1 уровня (команд + данных): 128 Кб + 64 Кб

Кэш-память 2 уровня: 2048 Кб

Тактовая частота видеоядра: 800 МГц

Пиковая производительность графического ядра (32 разряда, одинарная точность, при использовании OpenCL): 28 Гфлопс

Количество контроллеров памяти: 2

Тип контроллеров памяти: DDR3-1600

Пропускная спообность каналов памяти: 25,6 Гб/сек

Корпус: HFCBGA/1156

Потребляемая мощность: 10 Вт

Количесто транзисторов: 375 млн

Совместимость с южным мостом: КПИ-2

Готовность к серийному производству: 1 квартал 2016 года

В течение пяти лет с 2011 по 2015 год в АО «МЦСТ» выполнялись проекты по созданию высокопроизводительного одноядерного микропроцессора Эльбрус-1С+, удовлетворяющего требованиям низкого энергопотребления. В результате этой работы в 2015 году появились реализация такого микропроцессора и опытный образец вычислительного комплекса (стенда) на его основе, включающего контроллер периферийных интерфейсов КПИ-2.

Выполненные на стенде измерения показали, что мощность, рассеиваемая ядром микропроцессора, работающего на тактовой частоте 1 ГГц, не превышает 5 Вт.

При этом пиковая производительность на вычислительных задачах вещественной арифметики составляет 23 GFLOPs. Эльбрус-1С+ - это первый микропроцессор архитектуры Эльбрус, в котором реализовано динамическое управление из операционной системы (ОС) частотой и напряжением питания микропроцессорного ядра.

Измерения выполнялись на стенде, включающем опытный образец вычислительного комплекса, построенного на микропроцессоре Эльбрус-1С+, и контроллер периферийных интерфейсов КПИ-2. При измерениях использовалось ядро ОС РВ Эльбрус с доработками, обеспечивающими программный доступ к управляемому источнику питания, встроенному в микропроцессорное ядро датчику температуры, регистрам управления частотой. С помощью программно-доступного источника питания в процессе эксперимента измерялись значения тока утечки, входного напряжения и осуществлялось управление входным напряжением.

На первом этапе эксперимента был определен набор из 10 состояний pstates, на которых ОС устойчиво работала при условии 100-процентной загрузки ядра микропроцессора вычислительной задачей, в качестве которой использовался тест измерения пиковой производительности.