Диссертация (1090013), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Также допустимо использованиепокупных микросхем программируемой логики.Науниверсальноевычислительноеядроприходитсяосновноевоздействие при проведении информационных атак. Применение доверенныхвысокопроизводительных процессоров с функциональными блоками широкогоприменения позволит во многих случаях исключить применение импортныхмикросхем программируемой логики.
Создание вычислительных комплексовдля специальных применений требует скорейшего развития всех технаправлений, где есть ограничения доступа или более двух баллов попредставленной пятибалльной шкале [9].1.1.5 Микросхемы процессоров и периферийных контролеровПрогнозируется широкое распространение гетерогенных процессоров синтегрированными 64-разрядными ядрами общего назначения [10]. При этом,микросхемыпроцессоровразделяютсянадваосновныхкласса:длястационарного или для мобильного/портативного применения. В каждом из32таких классов существует спрос на процессоры с поддержкой доверенныхаппаратно-программных платформ.При оценке уязвимостей с целью несанкционированного доступа,основное внимание важно уделить универсальному ядру. Примеры некоторыхплатформ и микросхем процессоров российской разработки представлены втаблице 2.ПроизводительАО «МЦСТ»НИИСИРАНАО НТЦ«Модуль»АО«ЭЛВИИС»Выпускаемаямикросхема(конец 2013 года)Архитектура /Платформа«Эльбрус», VLIWархитектура ядра общегоназначения«КОМДИВ», RISC / SIMD128- разрядныйсопроцессор цифровойобработки сигналов суниверсальным 64разрядным ядром MIPSNeuroMatrix®, векторноконвейерная VLIWархитектура 64разрядного ядрацифровой обработкисигналов суниверсальным 32разрядным ядром ARM«МУЛЬТИКОР», VLIWархитектура 32/64разрядного ядрацифровой обработкисигналов суниверсальным 32разрядным ядром MIPS1891ВМ8Я, процессор счетырьмя ядрамиоригинальнойархитектурыЭльбрус-4С1890ВМ7Я,гетерогенный процессорсо 128-разряднымсопроцессоромцифровой обработкисигналовСобств.разраб.универ.ядраДаСобств.сист.командунивер.ядраДаДаНетНетНетДаНет1879ВЯ1Я,гетерогенный процессорс двумя ядрамиоригинальнойархитектуры1892ВМ10Я,гетерогенный процессорс двумя ядрамиоригинальнойархитектурыТаблица 2.
Аппаратно-программные платформы российской разработки.33В таблице указано, является ли реализация универсальных ядер собственнойразработкой соответствующей компании, а также является ли система командсовместимой с принятыми стандартами или же является оригинальной.Максимальныйплатформыуровень«Эльбрус».доверенностиХорошийуровеньвозможенсприменениемдоверенностиобеспечиваютпроцессоры платформы «КОМДИВ». Умеренный уровень доверенностиобеспечивают гетерогенные процессоры платформы NeuroMatrix®, чтообъясняетсяпроисхождениемразработкииусловиямипоставкилицензируемого ядра ARM. Покупные процессоры производства зарубежныхфирм имеют низкий уровень доверенности.НаименованиеПопулярныйстандарт (дата)Область примененияКонтроллер памяти DDR(double data rate)JEDEC DDR4(сентябрь 2012)Процессоры, сопроцессорыКонтроллеры интерфейса PCIExpressPCIe 3.0(ноябрь 2010)Контроллер памяти HMC(hybrid memory cube)Контроллерпоследовательного интерфейсак преобразователям данныхКонтроллер интерфейса CEI(Common Electrical Interface)HMC 1.0(апрель 2013)OIF-CEI-03.0(сентябрь 2011)Контроллер интерфейса HDMI(high definition media interface)HDMI 2.0(сентябрь 2013)JESD204B(июль 2011)Процессоры, контроллеры имосты для периферийныхинтерфейсовПроцессоры длясуперкомпьютеровПортативные процессоры,сопроцессоры, преобразователи(АЦП / ЦАП)Процессоры, сопроцессоры,оптические приемопередатчикиГетерогенные процессоры смультимедийной обработкойвысокой четкостиТаблица 3.
Функциональные блоки широкого применения.Анализ микросхем процессоров, выпускаемых ведущими российскимипроизводителями, показывает повсеместное введение новых интерфейсоввнешней оперативной памяти и ввода-вывода. К примеру, в микросхеме1891ВМ8Я используется контроллеры памяти типа DDR3, а в микросхеме1890ВМ7Я для каналов ввода-вывода используется интерфейс RapidIO. Чтобывести разработки самых современных доверенных процессоров и контроллеров34для фабрики-изготовителя необходимо наличие следующих функциональныхблоков широкого применения, представленных в таблице 3.1.1.6 Микросхемы программируемой логикиКромеувеличивающейсяплотностилогики,анонсируемыепрограммируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) новейших серийвключают все больше передовых устройств различной функциональности:высокоскоростныеприемопередатчики,процессорныеядра,памятьпроизвольного доступа и ядра цифровой обработки сигналов.
Для их созданияиспользуютсяпередовыеполупроводниковыхтехнологическиекристалловисборкипроцессыизготовлениямикросхем,содержащих3D конструкции. В таблице 4 представлен обзор тенденций улучшенияосновных характеристик ПЛИС.ХарактеристикаКоличество логики,млн. логических элементовПропускная способностьприемопередатчика, Гб/сИнтерфейс с внешнейпамятьюТехнологический процессРезультат 2013годаРезультат 2016 годдо 2от 2 до 52856DDR3-1860ТSMC 20нмDDR4-3200 илиHMC 1.0ТSMC 14/16 нм илиIntel Tri-Gate 14 нмТаблица 4.
Тенденция улучшения характеристики новейших серий ПЛИС.Практическидлявсехпроизводителеймалыхсерийсложно-функциональных устройств использование ПЛИС новейших серий являетсяоптимальным решением. Примером альтернативного решения может бытьразработка АО НИЦЭВТ микросхемы ЕС8430, представляющая собой узелвысокоскоростнойкоммуникационнойсетидлясуперкомпьютеров.Современные ПЛИС серии Virtex-7 от фирмы Xilinx позволяют реализоватьфункциональность и характеристики этой микросхемы.
Назначение СБИС как35узла коммуникационной сети для компактного суперкомпьютера, скорее всего,предполагает ограниченные объемы выпуска и, вероятно, не позволит окупитьзатраты на проектирование.С помощью новейших серий микросхем программируемой логикиневозможнолишьреализоватьвысокопроизводительныхфункциональностьмногоядерныхипроцессоровхарактеристикиилипроцессоровцифровой обработки сигналов.
Примером такого многоядерного процессораявляетсячетырехядерныйпроцессоробщегоназначенияЭльбрус-4С(1891ВМ8Я) с частотой функционирования до 800 МГц. На этапе создания егопрототипа с использованием десяти ПЛИС серии Stratix IV от фирмы Alteraнеобходимое количество логики составило около 10 7 логических элементов причастоте функционирования модели процессора равной 10 МГц.Предпосылки успеха разработок российских микросхем программируемойлогики очень хорошие, поскольку они широко востребованы для первичнойобработки сигналов и специализированных контроллеров, а стоимостьимпортных аналогов достаточно высока.
Примером могут быть выпускаемыеОАО «ВЗПП-С» отечественные микросхемы 5576ХС4Т как аналоги ПЛИС отфирмы Altera, впервые поступившие в продажу более пятнадцати лет назад[11]. В мире постоянно появляются небольшие компании, предлагающиемикросхемысинновационнымирешениямиииспользованиемпрограммируемой логики, которые имеют экономическую целесообразностьпри условии выпуска средних серий микросхем в диапазоне от одной дотрехсот тысяч штук.
Достаточно успешным примером является фирма eASIC,которая в условиях жесточайшей конкуренции развивает свой набор базовыхматричных кристаллов уже больше десяти лет.361.2 Аппаратно-программная платформа «Эльбрус»Вданномразделепредставленыосновныесвойствааппаратно-программной платформы «Эльбрус». Развитие этой перспективной платформыопределяется следующими основными факторами: достижениесопоставимойпроизводительностипосравнениюсзарубежными платформами при технологическом отставании выпускаемыхпроцессоров; достижение высокого уровня информационной безопасности; достижениевысокогоуровняимпортозамещенияидоверенностивычислительных комплексов.Эти факторы во многом обусловлены введением оригинальных аппаратнопрограммных решений и уникальным развитием в области вычислительнойтехники.Развитиесобственнойаппаратно-программнойплатформыспособствует повышению компетенций во всех областях проектированияэлектронной аппаратуры, включая область конструкторско-технологическогопроектирования.1.2.1Основныепроблемыинформационно-телекоммуникационнойотраслиПоявление новых информационных технологий в значительной степениопределяетсятемпамимикроэлектроникаиэкспоненциальнымразвитиявпрограммноеростомтакихключевыхобеспечение.числатранзисторовОнивобластях,какхарактеризуютсяпроцессорахиэкспоненциальным ростом объема и сложности программного обеспечения.Экспоненциальные рост числа транзисторов в процессорах и ограниченияпо мощности требуют создания новых параллельных процессорных архитектур,однакотребованиясовместимостиссуществующимпрограммнымобеспечением, распространяемым в виде двоичных кодов для широко37распространенных аппаратных платформ, сдерживают развитие архитектурыпроцессорного ядра.
Как следствие, стремительно растущий аппаратныйпараллелизм используется разработчиками процессоров для увеличения числапроцессорных ядер и расширения векторных регистров.Как показали исследования одной из работ [12], практически всепрограммы обладают огромным потенциалом параллелизма на уровнеопераций – от нескольких десятков до нескольких тысяч операций за такт. Этотвид параллелизма наиболее универсален, он может быть эффективноподдержанваппаратурекомпиляторов)(операциинадвиобнаруженсуществующихупакованнымиавтоматическипрограммах.данными)(сВекторныйтакжеподдаетсяпомощьюпараллелизмаппаратно-программной оптимизации, но имеет ограниченное применение в программах.Параллелизм потоков управления значительно труднее поддается программнойавтоматизации и зачастую требует усилий программистов для явногораспараллеливания программ. Таким образом, использование параллелизма науровнеоперацийпроизводительностиявляетсяважнейшимпроцессорногоядра,методомвследствиечегоповышенияповышаетсяпроизводительность многоядерных систем в целом, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
