Код
#статьи

Опальный «Байкал»: быть или не быть российскому процессору?

Над ним смеялись, его хоронили — но «Байкал», похоже, живее всех живых. Вся правда о многострадальном чипе.

Иллюстрация: Baikal-M / Baikal Electronics / Роснано / Минпромторг / Colowgee для Skillbox Media

О процессоре «Байкал» много писали и говорили, а кто-то даже успел попробовать его в деле. Но путь к мечте о «российском Интеле» оказался тернистым — в 2022 году разработчик процессора, «Байкал Электроникс», попал под каток западных санкций. Сначала выпускать чипы для «Байкала» отказался тайваньский завод TSMC, а затем британская компания ARM Limited отлучила его своей архитектуры.

Впрочем, слухи о смерти отечественного вендора сильно преувеличены. Уходить на покой «Байкал» пока не собирается — более того, планирует возродить производство процессоров на базе опенсорсной архитектуры RISC-V. А летом 2023 года и вовсе замахнулся на чипы для ИИ — и в этой нише собирается потеснить саму NVIDIA.

Кажется, настало время для нового разговора о «Байкале». Обсудим в этой статье:

Как появился «Байкал»: совместный плод Роснано и короля суперкомпьютеров

История «Байкала» начинается в 2012 году, в стенах компании «Т-Платформы», на тот момент — успешного производителя суперкомпьютеров. Машины, собранные «Т-Платформами» добирались до 13-го места в списке лучших суперкомпьютеров в мире, а некоторые до сих пор работают в зарубежных научных центрах.

Идею выпустить собственный процессор основатель «Т-Платформ» Всеволод Опанасенко вынашивал несколько лет. На то у него было две причины:

  • Первая — чтобы защитить компанию от технологической блокады со стороны США (опасения, как оказалось, были далеко не беспочвенными).
  • Вторая — чтобы выйти на рынок коммерческих компьютеров, который сулил гораздо больше выручки, чем нишевая история с суперкомпьютерами.

Изначально амбиций потеснить Intel и AMD у Опанасенко не было. Но, вероятнее всего, они были у Роснано, которую предприниматель привлёк в качестве первого инвестора. В тандеме с ведомством «Т-Платформы» запустили центр инноваций «Т-Нано», который как раз и занимался разработкой чипсета. А Роснано проинвестировала в это предприятие 1,2 млрд рублей.

После этого началась работа над процессором — причём повелась она прямо-таки стахановскими темпами. Этап с разработкой архитектуры решили опустить, а вместо этого лицензировать готовую. Производство, конечно, по fabless-модели, на тайваньском TSMC (ибо какой же российский завод потянет создание конкурента Intel?) Всё это позволило анонсировать первый отечественный процессор уже в 2013 году, а отгрузить на полки — в 2017-м. Это был 28-нанометровый Baikal-T1.

Фото: Leonid S19 / Wikimedia Commons

Правда, выбранная «политика ускорения» частично отразилась на качестве изделия. Из-за санкций, введённых США против «Т-Платформ», от желанного контракта с ARM пришлось отказаться в пользу архитектуры попроще. Выбор пал на одну из свежих реализаций MIPS, предназначенную в основном для встраиваемых компьютеров, систем ЧПУ, банкоматов и не слишком требовательных систем.

Именно такой системой была, например, «Таволга 2ВТ1», которую МВД закупило у «Т-Платформ» для проведения экзаменов на права. Однако с поставками возникла проблема: сначала ведомство не устроили темпы, а затем — рабочие характеристики поставленных устройств. Например, отмечалось, что у компьютеров «нет системы активного охлаждения», а также возможности расширить объём ОЗУ.

И хотя задержка возникла частично по вине ведомства, а для столь маломощных процессоров активное охлаждение и не требуется, это не помешало обвинить Опанасенко сначала в злоупотреблении полномочиями, а потом в — мошенничестве. Из-за ареста гендиректора «Т-Платформы» в 2022 году объявили о банкротстве, а самого Опанасенко меньше чем через год приговорили к двухлетнему сроку.

К концу 2013 года санкции с «Т-Платформ» всё-таки сняли и компания наконец получила лицензию ARM. Именно ядра ARM Cortex-A57 легли в основу самой ходовой модели «Байкалов» — Baikal-M, которая вышла в 2019 году и уже могла работать под капотом офисных и домашних ПК. Судя по тестам и бенчмаркам, она показывала производительность на уровне Intel Core i3-7300Т.

Однако Baikal Electronics не собирались останавливаться на достигнутом: например, компания уже наладила производство мощного 48-ядерного серверного процессора Baikal-S, построенного по более современному, в сравнении с предшественником, 16-нанометровому техпроцессу. Но в дело вмешались санкции.

Где производили «Байкалы» и почему их выпуск заморожен

Как мы отметили ранее, собственных заводов у «Байкал Электроникс» нет. Все выпущенные партии «Байкала» сошли с конвейера тайваньской фабрики TSMC. Такая модель производства называется бесфабричной, и в ней нет ничего стыдного — например, по той же системе, на том же TSMC производят процессоры ARM, Apple, AMD, NVIDIA и многие другие именитые IT-компании (кроме Intel и Samsung).

Наша компания работает по fabless-модели: мы разрабатываем конструкцию процессора, а сторонняя фабрика, контрактный производитель, производит для нас процессоры по нашей документации. То есть фабрика нам говорит: «Мы можем производить микросхемы по определённым техническим условиям и правилам, с определёнными характеристиками. Чтобы мы могли произвести вашу микросхему, спроектируйте её согласно этим правилам».

Андрей Евдокимов,
глава «Байкал Электроникс», в интервью изданию Inc.

Тайваньский завод TSМС
Фото: VCG / Getty Images

Однако в конце февраля TSMC присоединилась к международным санкциям против МЦСТ (разработчика «Эльбруса») и Baikal Electronics, не только отказавшись производить новые, но и не отгрузив уже изготовленные и оплаченные процессоры.

Сейчас производство «Байкалов» заморожено. Выпускать их просто негде — в России нет нужных мощностей. Из современных предприятий микроэлектроники есть только «Микрон» в подмосковном Зеленограде, но он способен делать процессоры лишь по 90-нанометровой технологии, в то время как для изготовления даже очень простенького по современным меркам Baikal-M требуется 28-нанометровый техпроцесс.

Максим Горшенин

автор канала про настоящее импортозамещение в IT от инсайдера, владелец интернет-магазина imaxai.ru

— Используемый «Микроном» технический процесс был актуален в 2007 году и устарел очень сильно. И конечно, на базе этого процесса самые современные чипы не создать.

Зато на этих техпроцессах можно выпускать чипы для загранпаспортов, сим-карты, банковские карты, автоэлектронику, контроллеры стеклоподъёмников и прочие востребованные массами чипы. И, кстати, экспортируются микросхемы «Микрона» тоже массово, а значит, за рубежом чипы на «старых» технологиях всё-таки востребованы.

К слову, закончить строительство завода именно с таким оборудованием планируется в Зеленограде… аж к 2030 году. Даже опуская тот факт, что всё это время «Байкалу» придётся сидеть без процессоров, за это время индустрия полупроводников уйдёт так далеко вперёд, что отечественные вендоры опять окажутся в роли догоняющих.

Другая проблема — в лицензиях

Возникает справедливый вопрос: почему бы не разместить заказ на другой иностранной фабрике? Скажем, на китайской — ведь Поднебесная не вводила санкции против русских чипмейкеров.

Первая проблема — в лицензиях. Права на ядра ARM Cortex-A57 и A75, которые используются в последних «Байкалах», принадлежат британской компании ARM Limited. Сейчас продлить их невозможно — подчиняясь санкциям своей страны, ARM не может иметь никаких дел с российским дизайн-центром. А рисковать репутацией и производить чипы без лицензии не возьмётся ни одна уважающая себя фабрика.

С другой стороны, уже выданные лицензии продолжают действовать — то есть в теории «Байкал» может производить старые чипы, если найдёт для этого фабрику. И здесь на первый план выходит другая проблема: перепрофилирование производства стоит очень дорого и занимает много времени. Стоит ли так вкладываться в выпуск уже вышедших в тираж процессоров?

Александр Беслик

SRE-инженер

— Нельзя спроектировать чип и производить его на любой фабрике. Под каждую фабрику делается свой проект чипа. Если вы хотите сменить фабрику, потребуется минимум год работы на перепроектирование. Даже если удастся договориться с Китаем и делать чипы на их фабриках, придётся провести колоссальную работу.

Линейка процессоров «Байкал»

Теперь посмотрим, какие процессоры успела спроектировать и выпустить «Байкал Электроникс» до блокировки поставок.

Процессор «Байкал-T1»

Архитектура: MIPS.

Техпроцесс: 28 нм.

Ядро: MIPS Warrior P5600.

Количество ядер: 2.

Частота: до 1,2 ГГц.

Для каких устройств: коммутаторов, станков с ЧПУ, бытовой техники, роутеров, маршрутизаторов, встроенных промышленных систем, систем архивного хранения данных и сетевого оборудования, IP-телефонии.

Год выпуска: 2016.

Стоимость: 3990 рублей.

Прочие характеристики

  • Энергопотребление: менее 5 Вт.
  • Кэш-память 2-го уровня: 1 МБ.
  • Контроллер памяти: DDR3-1600.
  • Интерфейсы: 1 × 10 Gb Ethernet, 2 × 1 Gb Ethernet, PCIe 3, 2 × SATA 3.0, USB 2.0, GPIO, UART, SPI, I2C.

Дебютная модель «Байкала». Анонсирована в 2013 году, запущена в производство в 2016-м, а двумя годами позже появилась на полках магазинов. Полное название звучит как BE-T1000, и такой нейминг полностью оправдан: модель была простой, неприхотливой и суровой, прямо как первый «Терминатор».

Так выглядит Baikal-T1
Фото: блог Алексея Надёжина

Под капотом у T1 — ядро MIPS Warrior P5600 от британской компании Imagination Technologies. Архитектура не самая передовая, зато энергоэффективная: первые «Байкалы» грелись так мало, что даже не нуждались в радиаторах. А вот с производительностью дела обстояли хуже: по всем бенчмаркам «байкальский камень» выдавал результаты на уровне Intel Core 2 Duo образца середины нулевых.

Впрочем, выдающаяся мощность первому «Терминатору» и не требовалась — он изначально позиционировался как решение для встраиваемых систем: пожарных сигнализаций, транспортных служб, маршрутизаторов, станков ЧПУ и так далее. И стал в этой нише довольно востребован — на момент запуска в производство Baikal Electronics сообщала более чем о 100 заказчиках, около 20 из которых — зарубежные.

«Первый процессор компании был создан для телекома, коммутаторов или маломощных компьютеров для управления одной функцией на станке. Его цена была вполне сопоставима с иностранными аналогами».

Максим Горшенин

Что касается «начинки», то она не является полностью зарубежной, как утверждали некоторые корифеи «Байкала». Авторству российских инженеров принадлежит инженерный дизайн процессора, программная часть, а также разводка под 28-нанометровый техпроцесс. По крайней мере, разработчики уверяют, что «закладок» от ЦРУ в их детище быть не может, — а это уже чего-то да стоит.

«Если железо и операционная система — российские, там точно не будет никаких „закладок“. В местах критически важной инфраструктуры это имеет смысл. Там вопрос не в деньгах, а в том, чтобы компьютер не смогли удалённо взломать или отключить. В таких узких местах это имеет смысл и для бизнеса. В условном Сбербанке небольшую часть наиболее важной инфраструктуры имеет смысл построить на нашем железе, потому что оно безопасно. Но просто брать и менять на него всё никакого смысла нет, да и возможности тоже».

Александр Беслик

Процессор «Байкал-М»

Архитектура: Armv8-A.

Техпроцесс: 28 нм.

Ядро: ARM Cortex-A57.

Количество ядер: 8.

Частота: до 1,5 ГГц.

Графический процессор: 8-ядерный Mali-T628 с частотой до 750 МГц.

Для каких устройств: офисных и настольных ПК, моноблоков, ноутбуков, информационных киосков, терминалов, банкоматов и других систем.

Год выпуска: 2019.

Стоимость: около 20 000 рублей.

Прочие характеристики

  • Энергопотребление: до 35 Вт.
  • Контроллер памяти: 2 × DDR3/DDR4-2400 64 бит DRAM, ECC.
  • Кэш-память 2-го уровня: 1 МБ на кластер.
  • Кэш-память 3-го уровня: 8 Мб.
  • Интерфейсы: 2 × 1 Gb Ethernet, 2 × 10 Gb Ethernet, 3 × PCIe Gen.3, 2 × SATA 6G, 4 × USB 2.0, 2 × USB 3.0, QLVDS QHD/WQXGA, HDMI 2.0, I2S, 2 × SMBus, 1 × SPI, 1 × eSPI, 2 × UART, 32 × GPIO, eMMC/SD/SDIO, CoreSight, HD Audio.

Санкции с «Т-Платформ» сняли почти так же быстро, как и ввели, — после этого, в начале 2014 года, компания лицензировала долгожданные ядра ARM. Началась работа над новым процессором на базе платформы ARM Cortex-A57 — Baikal-M.

В отличие от предшественника, модель Baikal-M изначально позиционировалась как «гражданская» — она была заточена на персональные компьютеры, моноблоки и офисные рабочие станции. Начинку для этих нужд подобрали более соответствующую: по сравнению с T1 у Baikal-M больше ядер, есть встроенная графика, а также много нужных в народном хозяйстве интерфейсов подключения.

В синтетическом тесте CoreMark отечественный процессор демонстрировал производительность на уровне между Intel Atom E3940 и Intel Core i3-7300T:

Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media
Источник данных: ZOOM.CNews

В 2019 году на форуме в Алуште «Байкал Электроникс» представила процессор широкой публике. А годом позже отправила TSMC первый заказ совокупно на 130 тысяч чипов. Однако большинство из них так и не доехали России — на момент блокировки поставок было известно о прибытии в страну лишь 8 тысяч экземпляров.

Процессор «Байкал-S»

Архитектура: Armv8-A.

Техпроцесс: 16 нм.

Ядро: ARM Cortex-A75.

Количество ядер: 48.

Частота: до 2,5 ГГц.

Энергопотребление: 120 Вт.

Для каких устройств: серверов, систем хранения данных (СХД), программно-аппаратных комплексов, суперкомпьютеров.

Стоимость: около 3000 долларов.

Год выпуска: 2021.

Прочие характеристики:

  • Энергопотребление: 120 Вт.
  • Кэш-память 1-го уровня: 128 КБ (64 КБ кэш инструкций и 64 КБ кэш данных).
  • Кэш-память 2-го уровня: 24 МБ (512 КБ на ядро).
  • Кэш-память 3-го уровня: 24 МБ (2 МБ на кластер).
  • Кэш-память 4-го уровня: 32 МБ.
  • Интерфейсы: PCIe Gen 4.0, 2 × 1Gb Ethernet, 1 × USB 2.0, 32 х GPIO, 2 х UART, 1 х QSPI, 3 х I2C/SMBus.
  • Опциональные интерфейсы: GPIOx16 или eSPI, GPIOx8 или QSPI, GPIOx8 или I2C/SMBus + I2C/SMBus + UART.

Одновременно с «народной» моделью «Байкал Электроникс» выпустила решение для серверов и суперкомпьютеров — Baikal-S. В отличие от предшественника, она построена по более совершенному, 16-нанометровому, техпроцессу, что позволило уместить на компактной 6-сантиметровой пластине целых 48 вычислительных ядер.

Процессор Baikal-S
Кадр: House of NHTi / YouTube

Что касается производительности, то по скорости передачи данных, выполнению операций с плавающей запятой и другим тестам модель показывает результаты где-то на уровне «средненьких» Intel Xeon Gold 6230 и Kunpeng 920. Что для отечественного чипа тем не менее является важным достижением.

Сравнительные тесты «Байкал-S», Intel Xeon Gold 6230 и Kunpeng 920
Инфографика: «Байкал Электроникс»

Несмотря на довольно скромные характеристики, эксперты отмечали высокую конкурентоспособность процессора. И даже стартовая цена в 3000 долларов не была помехой — ведь по мере наращивания производства она могла бы снизиться. Как и в случае с Baikal-M, массовый выпуск так и не стартовал из-за санкций — до февральских событий в Россию успели привезти только 50 тестовых образцов.

«Цена обусловлена исключительно объёмом производства. Если бы у нас не лоббировали дальнейшее применение Intel, а взяли на вооружение процессоры „Байкал“ или „Эльбрус“, цена на них резко бы упала».

Максим Горшенин

Какие устройства делают на базе «Байкала»

На основе процессоров «Байкал» производят в основном персональные компьютеры и промышленные системы по госзаказу:

  • Системы ЧПУ. В 2016 году на базе процессора Baikal-T1 разработали станцию ЧПУ «Ресурс-30», которая координировала работу фрезеровочного станка. Это устройство стало первым, работающим под управлением российского чипа.
  • Роутеры и маршрутизаторы. Например, в 2019 году маршрутизаторы на базе Baikal-T1 выпустила компания NSG, а тремя годами позже на всё том же чипе «дочка» Ростеха представила роутеры с защитой от хакерских атак.
  • Тонкие клиенты. Банкоматы, терминалы оплаты, одноплатные компьютеры и другие устройства, где все вычисления происходят на удалённом сервере, тоже производились на базе первой модели «Байкала».
  • Персональные компьютеры и моноблоки. На основе Baikal-M выпускаются персональные и офисные компьютеры, машины для госструктур (например, для МФЦ), терминалы для видеосвязи и другие «массовые» устройства. В 2021 году выпускать десктопы на базе Baikal-M планировала компания iRU, но серийное производство так и не было запущено.
  • Ноутбуки. Хотя «ноутбучная» версия «Байкала» (Baikal-L) пока так и не увидела свет, российская компания «Промобит» умудрилась выпустить лэптоп на базе его «взрослой» версии — причём уже после введения санкций. Зовётся Bitblaze Titan, работает на базе российских систем «Альт» и Astra Linux.
  • Серверы и ПАК. Системы хранения данных собирают на двух моделях процессора: базового уровня — на Baikal-M, продвинутого — на Baikal-S. А в конце декабря 2023 года стало известно о выпуске программно-аппаратного комплекса на базе этих двух моделей — увидеть свет устройство должно уже в этом году (правда, неизвестно, откуда взялись нужные объёмы чипов).

Перспективы «Байкала»: всё очень… туманно

На момент написания статьи в разработке у «Байкал Электроникс» — несколько моделей процессоров. Среди них, например, 6-нанометровая серверная Baikal-S2, 12-нанометровая Baikal-L для ноутбуков и другие.

Однако вопрос с производством и лицензиями остаётся открытым. Как мы уже сказали, из-за санкций тайваньская фабрика TSMC отказалась поставлять «Байкал Электроникс» даже уже выпущенные процессоры — не то что производить новые. А в России мощностей для производства процессоров такого уровня просто нет.

Что касается лицензий на архитектуру ARM, здесь тоже всё печально. Технически у «Байкала» сохраняется право выпускать старые модели процессоров — но тратить деньги на их перенос на другую фабрику компания вряд ли будет. Про новые чипы и говорить не приходится — лицензировать их не получится из-за всё тех же санкций.

Но выход — есть

Из этой ситуации есть два выхода: либо искать фабрику, которая согласится делать процессоры без лицензии, либо переходить на открытую архитектуру — ту же RISC-V.

Очевидно, что второй вариант предпочтительнее, хотя он и потребует временных и финансовых затрат. Судя по всему, такого же мнения придерживается руководство компании. Во время презентации на форуме «Микроэлектроника 2023» можно было заметить слайд, где говорится о том, что управляющее ядро модели Baikal-L будет построено на RISC-V.

Форум «Микроэлектроника 2023»
Фото: «Байкал Электроникс»

Ещё один аргумент в пользу такого развития событий — покупка компанией «Вартон» (которой после банкротства «Т-Платформ» принадлежит «Байкал Электроникс») доли в предприятии CloudBear, которая известна разработкой ядер на базе RISC-V.

С другой стороны, переезд на новую платформу — тоже не дорога, усеянная цветами. Во-первых, это потребует много времени и денег. А во-вторых, подводные камни есть и у самой архитектуры — например, в плане поддерживаемого софта и железа она куда менее универсальна, чем те же ARM и MIPS. Более подробно об этих нюансах можно узнать из интервью директора «Байкал Электроникс» Андрея Евдокимова:

Есть ещё третий путь — путь «Эльбруса», то есть разработка собственной процессорной архитектуры. Но об этом мы поговорим в отдельной статье.

Больше интересного про код — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь!

Научитесь: Профессия Специалист по кибербезопас­но­сти Узнать больше
Понравилась статья?
Да

Пользуясь нашим сайтом, вы соглашаетесь с тем, что мы используем cookies 🍪

Ссылка скопирована