MCST Elbrus: Die Zukunft von Russlands eigenen Prozessoren

32 Kerne für Server-CPUs, eine Videobeschleunigung für Notebooks und sogar SSDs: In Moskau wird die Elbrus-Plattform vorangetrieben.

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Ein Icepeak ITX mit dem aktuellen Elbrus-8SV
Ein Icepeak ITX mit dem aktuellen Elbrus-8SV (Bild: Crowd Supply)

Auch wenn die USA bei der Entwicklung von Prozessoren dominieren, haben andere Länder längst aufgeholt: Wie weit Russland ist, zeigt der alljährliche Elbrus Tech Day. Dabei legte das Moskauer Zentrum für Sparc-Technologie (MCST) in dieser Woche offen, an welchen CPUs gearbeitet wird - vom Laptop bis zum Server.

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In den vergangenen Jahren hatte sich MCST auf Designs konzentriert, welche die Rechenleistung steigern, und eine Grafikeinheit in die Chips integriert. Künftige Prozessoren sollen schneller werden, aber auch eine Videobeschleunigung und I/O-Schnittstellen wie PCIe umfassen.

Bisher ist der Elbrus-8SV die flotteste CPU, hier nutzt das MCST die bis dato aktuelle Gen5-VLIW-Architektur und hat DDR4-Speicher sowie 128-SIMD-Rechenwerke eingeführt. Der Chip wird im 28-nm-Verfahren produziert, konkret bei TSMC. Mit 1,5 GHz bei 80 Watt ist der Elbrus-8SV allerdings wenig energieeffizient.

  • Überblick zum Elbrus-16S (Bild: MCST)
  • Die CPU nutzt die Gen6-VLIW-μArch (Bild: MCST)
  • Neu sind der verdoppelte L2 pro Kern ... (Bild: MCST)
  • ... und das achtkanalige DDR4-Interface. (Bild: MCST)
  • Im Inneren verbindet ein Mesh die CPU-Kerne. (Bild: MCST)
  • Der Elbrus-16S integriert unter anderem PCIe Gen3. (Bild: MCST)
  • Wie andere Server-CPUs auch unterstützt er on-Chip-Cluster. (Bild: MCST)
  • Benchmark-Vergleich des Elbrus-8SV und des Elbrus-16S (Bild: MCST)
  • Der Elbrus-32S nutzt DDR5 und PCIe Gen5 (Bild: MCST)
  • Beim Elbrus-2SC für Laptops gibt es eine Video-Engine. (Bild: MCST)
  • Kraftway entwickelt einen SSD-Controller für Elbrus. (Bild: MCST)
  • Trotz NVMe ist die Geschwindigkeit gering. (Bild: MCST)
  • Die Kapazität der SSD liegt bei bis zu 2 TByte. (Bild: MCST)
  • Elbrus-Roadmap (Bild: MCST)
Elbrus-Roadmap (Bild: MCST)

Hier setzt der seit 2020 ausgelieferte Elbrus-16S an, der mit 16-nm-Technik belichtet wird und die Kernanzahl bei 2 GHz verdoppelt. Aufgrund der Gen6-VLIW-Architektur kommen Befehle wie FMA hinzu, der L2-Cache pro Core wächst von 512 KByte auf 1 MByte an. Zudem hat die CPU acht DDR4-3200-Speicherkanäle für 4 TByte RAM und integriert 32 PCIe-Gen3-Lanes sowie Sata 6 GBit/s und USB.

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Als echtes System-on-a-Chip (SoC) soll der Elbrus-16S in 2- und 4-Wege-Servern eingesetzt werden, wie schon der Elbrus-8S. Auch wenn die theoretischen Gigaflops verdreifacht wurden, fällt die effektive Performance geringer aus: Das MCST spricht von Faktor 2,2 bis 2,6 in Server-Benchmarks wie Spec-Int und Spec-FP, was angesichts der bisher prognostizierten 110 Watt auch die Effizienz drastisch verbessern würde.

Elbrus-2S3Elbrus-8SElbrus-8SVElbrus-12SElbrus-16SElbrus-32S
Fertigung16 nm28 nm 28 nm 16 nm16 nm7 nm
Die-Size(?)(?)333 mm² (?)618 mm² ~ 600 mm²
Transistoren(?)(?)2,78 Mrd(?)~ 12 Mrd~ 30 Mrd
Kerne2 (Gen6)8 (Gen4)8 (Gen5)8 (Gen6)16 (Gen6)32 (Gen7)
Takt2 GHz1,3 GHz1,5 GHz1,5 GHz2 GHz(?)
RAM2x DDR4-32002x DDR3-16002x DDR4-2400 (ECC)2x DDR4-32008x DDR4-3200 (ECC)6x DDR5 (ECC)
TDP15 Watt70 Watt80 Watt(?)110 Watt(?)
Sonstigesmit GPU, Video-Engine, PCIe Gen3erstmals L3-Cache statt nur L2 pro Kernführte DDR4 und Gen6 ein, daher SIMD-128soll günstig sein und gutes PLV aufweisenhat Hardware-Virtualisierung, ist ein SoC mit 2,5-GbE100-GbE, PCIe Gen5, CLX 2.0
Spezifikationen von MCSTs Prozessoren

Der Nachfolger des Elbrus-16S wird der Elbrus-32S, hier soll ein 7-nm-Verfahren zum Einsatz kommen. Mit rund 600 mm² und 30 Milliarden Transistoren wäre die Gen7-CPU das bisher aufwendigste Design, zumal es sechs Kanäle für DDR5-Speicher und 64 PCIe-Gen5-Lanes aufweisen soll. Das MCST will 100-GBit/s-Ethernet und schnelleres USB integrieren, dank dem Cache-kohärenten CLX 2.0 (Compute Express Link) sollen sich auch Beschleuniger wie ASICs oder GPUs anschließen lassen.

Eine große Auswahl an Prozessoren bei Alternate

Für Desktop-Systeme sieht das MCST den Elbrus-12S vor: Hier sind zwölf Kerne mit Gen6-VLIW-Architektur vorhanden, statt acht gibt es jedoch nur zwei Speicherkanäle. Der Fokus liegt neben der Geschwindigkeit auf einem erschwinglichen Preis, da die 16-nm-CPU beispielsweise in Büro-Rechnern eingesetzt werden soll. Der Roadmap zufolge will das MCST noch im ersten Halbjahr 2021 derartige Systeme anbieten.

  • Überblick zum Elbrus-16S (Bild: MCST)
  • Die CPU nutzt die Gen6-VLIW-μArch (Bild: MCST)
  • Neu sind der verdoppelte L2 pro Kern ... (Bild: MCST)
  • ... und das achtkanalige DDR4-Interface. (Bild: MCST)
  • Im Inneren verbindet ein Mesh die CPU-Kerne. (Bild: MCST)
  • Der Elbrus-16S integriert unter anderem PCIe Gen3. (Bild: MCST)
  • Wie andere Server-CPUs auch unterstützt er on-Chip-Cluster. (Bild: MCST)
  • Benchmark-Vergleich des Elbrus-8SV und des Elbrus-16S (Bild: MCST)
  • Der Elbrus-32S nutzt DDR5 und PCIe Gen5 (Bild: MCST)
  • Beim Elbrus-2SC für Laptops gibt es eine Video-Engine. (Bild: MCST)
  • Kraftway entwickelt einen SSD-Controller für Elbrus. (Bild: MCST)
  • Trotz NVMe ist die Geschwindigkeit gering. (Bild: MCST)
  • Die Kapazität der SSD liegt bei bis zu 2 TByte. (Bild: MCST)
  • Elbrus-Roadmap (Bild: MCST)
Beim Elbrus-2SC für Laptops gibt es eine Video-Engine. (Bild: MCST)

Im Mobile-Bereich sollen im selben Zeitraum erste Laptops mit dem Elbrus-2S3 erscheinen, dem ersten dedizierten Notebook-SoC von MCST. In diesem 16-nm-Prozessor stecken vier Gen6-VLIW-Kerne, dazu eine PowerVR GX6650 als Grafikeinheit. Neu ist eine Videobeschleunigung für Codecs wie H.264/H.265 und VP9 - äußerst wichtig für die Akkulaufzeit, zumal der Chip nur 10 bis 15 Watt benötigen soll. Für Peripherie sind 16 PCIe-Gen3-Lanes vorhanden, per HDMI lassen sich 4K-Displays anschließen.

SSD-Controller für 2 TByte

Passend zu den Elbrus-Prozessoren hat das MCST mit seinen Partnern auch das dazugehörige Ökosystem vorangetrieben. Dazu gehören neben Hauptplatinen für die Chips mittlerweile auch selbst entwickelte Controller für NVMe-SSDs: Der Kraftway K1942BK018 ist ein 40-nm-Design, er unterstützt PCIe Gen2 x4 und soll sich mit 4 Watt begnügen. Im Kraftway-Controller stecken zwei Cortex-R5-Kerne und ein DDR3-Cache, als HHHL-Steckkarte sollen SSDs mit bis 2 TByte Kapazität möglich sein.

Unterm Strich mögen Elbrus-Chips des MCST vergleichsweise langsam sein, selbst der ziemlich lahme Zhaoxin KX-U6780A aus China ist schneller. Ungeachtet dessen laufen die russischen Prozessoren mit dem Linux-basierten ElbrusOS und dank Binary Translation unterstützen sie sogar x86, was Windows als Betriebssystem gestattet.

Weil die Elbrus-CPUs primär im staatlichen Umfeld eingesetzt werden, sind außerhalb Russlands kaum solche Systeme verfügbar. Mit dem Icepeak ITX Elbrus-8SV dürfte sich das jedoch ändern, wenngleich die Platine keinesfalls günstig wird.

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CPU Top 15 nach dem Leistungsindex 2021 - von PCGH getestet

ProduktnameAMD Ryzen 9 5950XIntel Core i9-11900KAMD Ryzen 9 5900XAMD Ryzen 7 5800XIntel Core i7-11700KAMD Ryzen 5 5600XIntel Core i5-11600KIntel Core i9-10900KIntel Core i7-10700KAMD Ryzen 9 3950XAMD Ryzen 9 3900XT Intel Core i9-9900KAMD Ryzen 9 3900XAMD Ryzen 7 3800XTAMD Ryzen 7 3800X
HerstellerAMDIntelAMDAMDIntelAMDIntelIntelIntelAMDAMDIntelAMDAMDAMD
Weitere Daten anzeigen ...
Leistung*100 %/100 %97,3 %/98,8 %97,9 %/96,9 %95,9 %/95,1 %91,6 %/92,2 %90,3 %/91,8 %87 %/87,5 %88,8 %/88,9 %85,6 %/85 %80,2 %/81,4 %79,6 %/80,4 %79 %/79,6 %79 %/79,8 %78,4 %/79,4 %77,5 %/79 %
Leistungsaufnahme Ø397 Watt398 Watt385 Watt353 Watt376 Watt323 Watt352 Watt355 Watt319 Watt337 Watt333 Watt301 Watt333 Watt310 Watt303 Watt
Kerne16c/32t8c/16t12c/24t8c/16t8c/16t6c/12t6c/12t10c/20t8c/16t16c/32t12c/24t8c/16t12c/24t8c/16t8c/16t
Grafik-UHD 750--UHD 750-UHD 750Comet Lake GT2Comet Lake GT2--UHD 630- --
Basis-Takt3,4 GHz (4,7-5,05 GHz)3,5 GHz (4,8-5,3 GHz)3,7 GHz (4,65-4,8 GHz)3,8 GHz (4,7-4,85 GHz)3,6 GHz (4,6-5 GHz)3,7 GHz (4,65-4,65 GHz)3,9 GHz (4,6-4,9 GHz)3,7 GHz (4,9-5,3 GHz)3,8 GHz (4,7-5,1 GHz)3,5 GHz (4,25-4,7 GHz)3,8 GHz (4,25-4,7 GHz)3,6 GHz (4,7-5 GHz)3,8 GHz (4,3-4,6 GHz)3,9 GHz (4,5-4,7 GHz)3,9 GHz (4,15-4,5 GHz)
Prozess7 nm14 nm7 nm7 nm14 nm7 nm14 nm14 nm14 nm7 nm7 nm14 nm7 nm7 nm7 nm
RAM (max.)2× DDR4-32002× DDR4-3200 (G1)2× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-2933 (G1) / DDR4-3200 (G2)2× DDR4-32002× DDR4-2933 (G1) / DDR4-3200 (G2)2× DDR4-29332× DDR4-29332× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-26662× DDR4-3200 2× DDR4-32002× DDR4-3200
SockelAM41200AM4AM41200AM4120012001200AM4AM41151 v2AM4 AM4AM4
Vorteile
  • Schnellste Desktop-CPU
  • Beste Spieleleistung
  • Sehr hohe Leistung in Spielen & Anwendungen
  • Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
  • Mit 12 Kernen zukunftssicher
  • Schnellster Achtkerner
  • Niedrigste Latenzen bei Ryzen 5000
  • Schneller als 10900K
  • Schneller als Intels 10900K
  • Sparsam
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elBarto 02. Mär 2021

...hoffentlich kommt dabei was gutes raus, wobei zu befürchten ist, dass das Projekt...

abufrejoval 01. Mär 2021

http://russianscdays.org/files/talks/VVolkonsky-RSCDays-2015.pdf Es geht darum...

TW1920 01. Mär 2021

Man entwickelt multifunktionale CPUs - man hat auch eigene Systeme oder nutzt Linux...

TW1920 01. Mär 2021

Guck mal an was mit Huawei passiert ist... Im freien Fall, weil abhängig von USA...

AllDayPiano 27. Feb 2021

Warum so negativ? Ich kenne jemanden, der hat Informatik studiert und hier keine Stelle...



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