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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.

Ein Bericht von veröffentlicht am
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.

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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CPUs nach dem Leistungsindex 2020 - von PCGH getestet

ProduktnameAMD Ryzen 9 5950X BoxAMD Ryzen 9 5900XAMD Ryzen 7 5800XAMD Ryzen 9 3950XIntel Core i9-10900KIntel Core i9-10850KAMD Ryzen 5 5600XAMD Ryzen 9 3900XT AMD Ryzen 9 3900XIntel Core i7-10700KIntel Core i9-10900AMD Ryzen 7 3800XTAMD Ryzen 7 3800XAMD Ryzen 7 3700XIntel Core i9-9900KAMD Ryzen 5 3600XTAMD Ryzen 5 3600Intel Core i5-10400FIntel Core i5-10600K
HerstellerAMDAMDAMDAMDIntelIntelAMDAMDAMDIntelIntelAMDAMDAMDIntelAMDAMDIntelIntel
Weitere Daten anzeigen ...
Leistung*100 %/100 %97,4 %/81,5 %96,9 %/59,8 %78,1 %/89,1 %88,8 %/58,5 %88,5%/58,6%92,7 %/44,5 %77,6 %/68,6 %77,4 %/70,8 %83,6 %/47,6 %87,0 %/42,7 %77,0 %/48,9 %76,3 %/49 %75,3 %/47,7 %78,6 %/43,2 %75,2 %/39,6 %71,4 %/36,9 %72,0 %/31,6 %75,3 %/35,6 %
Leistungsaufnahme (F1 2020/Doom/Star Wars)**113/132/119 Watt96/111/97 Watt76/88/74 Watt80/97/80 Watt66/86/58 Watt65/86/59 Watt54/64/52 Watt80/93/83 Watt75/89/74 Watt56/72/53 Watt58/65/53 Watt67/75/66 Watt60/69/58 Watt57/67/55 Watt71/91/64 Watt60/67/58 Watt50/56/48 Watt30/35/28 Watt43/54/39 Watt
Kerne16c/32t12c/24t8c/16t16c/32t10c/20t10c/20t6c/12t12c/24t12c/24t8c/16t10c/20t8c/16t8c/16t8c/16t8c/16t6c/12t6c/12t6c/12t6c/12t
Grafik----Comet Lake GT2Comet Lake GT2--- Comet Lake GT2Comet Lake GT2---UHD 630---Comet Lake GT2
Basis-Takt3,4 GHz (4,65-4,9 GHz)3,7 GHz (4,65-4,8 GHz)3,8 GHz (4,7-4,85 GHz)3,5 GHz (4,25-4,7 GHz)3,7 GHz (4,9-5,3 GHz)3,6 GHz (4,8-5,2 GHz)3,7 GHz (4,65-4,6 GHz)3,8 GHz (4,25-4,7 GHz)3,8 GHz (4,3-4,6 GHz)3,8 GHz (4,7-5,1 GHz)2,8 GHz (4,3-5,2 GHz)3,9 GHz (4,5-4,7 GHz)3,9 GHz (4,15-4,5 GHz)3,6 GHz (4-4,4 GHz)3,6 GHz (4,7-5 GHz)3,8 GHz (4,45-4,5 GHz)3,6 GHz (4,05-4,2 GHz)2,9 GHz (4-4,3 GHz)4,1 GHz (4,5-4,8 GHz)
Prozess7 nm7 nm7 nm7 nm14 nm14 nm7 nm7 nm7 nm14 nm14 nm7 nm7 nm7 nm14 nm7 nm7 nm14 nm14 nm
RAM (max.)2× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-29332× DDR4-29332× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-3200 2× DDR4-29332× DDR4-29332× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-26662× DDR4-32002× DDR4-32002× DDR4-26662× DDR4-2666
SockelAM4AM4AM4AM412001200AM4AM4AM4 12001200AM4AM4AM4 1151 v2AM4AM412001200
Vorteile
  • Schnellste Desktop-CPU
  • Sehr hohe Leistung in Spielen & Anwendungen
  • Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
  • Mit 12 Kernen zukunftssicher
  • Schnellster Achtkerner
  • Niedrigste Latenzen bei Ryzen 5000
  • Hohe Anwendungsleistung
  • PCIe 4.0
  • Beste Spieleleistung
  • Gefühlt gleich schnell wie 10900K
  • Offener Multiplikator
  • besseres P/L-Verhältnis als 10900K
  • Schneller als Intels 10900K
  • Sparsam
  • Sehr effizient
  • Gute Leistung in Spielen
  • Mit 12 Kernen zukunftssicher
  • Beste Gesamtleistung
  • Neueste CPU-Generation
  • Offener Multiplikator
  • Effizienter als 9900K
  • In Spielen sehr schnell
  • Sehr effizient (nur 65 Watt TDP)
  • Top Boost-Verhalten
  • Gute Leistung in Spielen
  • Gute Leistung in Spielen
  • Niedrig im Verbrauch
  • Sehr hohe Performance
  • Gute Spieleleistung
  • Schnellster Zen-Hexa
  • Niedriger Verbrauch
  • Sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
  • Hohe Spieleleistung
  • Schnellster Hexacore
Nachteile
  • Hohe Leistungsaufnahme
  • Keine
  • Preis im Vergleich zu 9 5900X etwas hoch
  • Keine
  • Nur PCIe 3.0
  • Nur PCI-E 3.0
  • Schlechter übertaktbar als 10900K
  • Im Vergleich zu teuer
  • Hoher Verbrauch
  • Keine
  • Schlechte Inter-Core-Latenz möglich, da 10-Core-Die
  • Kein offener Multiplikator
  • Keine
  • Mit 8 Kernen bei Anwendungen nicht mehr zukunftssicher
  • Nur befriedigende Leistung in Anwendungen
  • Starke Hitze-Entwicklung
  • Für Anwendungen nicht mehr zukunftssicher
  • Keine
  • Keine
  • Gegenüber 10700K ineffizient
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AllDayPiano 27. Feb 2021 / Themenstart

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

Denni 26. Feb 2021 / Themenstart

Falsch.. ohne Windows ist es halt schwierig Windows zu Hacken ;) daher braucht man in...

Sharra 23. Feb 2021 / Themenstart

Und heute ist sie weder das eine, noch das andere...

Sharra 22. Feb 2021 / Themenstart

Im Gegensatz zum Iran kommt Russland verdammt einfach an Hardware. Vor allem durch seine...

schnedan 22. Feb 2021 / Themenstart

Kann mich noch erinnern, es hieß zu Sowjet-Zeiten das man dort den 486iger besser als das...

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