Микропроцессор Эльбрус-2С+

Гетерогенный многоядерный процессор с архитектурой «Эльбрус» на основе архитектуры широкого командного слова (VLIW).

Информация

Микропроцессор «Эльбрус-2С+» (1891ВМ7Я) – гетерогенный многоядерный процессор компании с архитектурой «Эльбрус» на основе архитектуры широкого командного слова (VLIW). Представляет собой систему на кристалле. Работает на тактовой частоте 500 МГц при технологических нормах 90 нм. Содержит 2 ядра архитектуры «Эльбрус» и 4 ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) производства ОАО НПЦ «Элвис». Микропроцессор декодирует и отправляет на исполнение до 23 операций за такт.
Особенности процессора «Эльбрус-2С+» :

• Кэш-память 2-го уровня уменьшена (по сравнению с «Эльбрус-S» до 1 Мбайт на ядро);
• Кластер из 4 ядер DSP, работающих на частоте ядра «Эльбруса» – 500 МГц;
• Поддерживаемый тип памяти DDR2-800;
• 2 канала ввода-вывода, к которым можно подключить южный мост КПИ или специализированные устройства, например контроллер ЦАП/АЦП;
• Для процессора реализована версия компилятора языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах «Эльбрус», и процедур, исполняющихся на DSP.

Основная сфера применения микропроцессора «Эльбрус-2С+» – системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, такие как радиолокаторы, анализаторы изображений и т.п.

Характеристики

Характеристика	Значение
Обозначение микросхемы	1891ВМ7Я
Архитектура	Эльбрус (VLIW), ElCore9
Тактовая частота	до 500 МГц
Число ядер	2 (Эльбрус) + 4 (ElCore9)
Операций в такт (на ядро)	до 23
Кэш-память данных 1-го уровня, на ядро	64 Кб
Кэш-память команд 1-го уровня, на ядро	64 Кб
Кэш-память 2-го уровня (универсальная)	2 МБ
Объём встроенной памяти DSP на ядро	128 Кб
Организация оперативной памяти	DDR2-800
Пропускная способность каналов оперативной памяти	12,8 ГБ/сек.
Возможность объединения в многопроцессорную систему с когерентной общей памятью	4
Каналы межпроцессорного обмена	3, дуплексные
Пропускная способность каждого канала межпроцессорного обмена	4 ГБ/сек.
Каналы ввода-вывода/RemoteDMA	2
Пропускная способность канала ввода-вывода/RemoteDMA	4 ГБ/сек.
Совместимые СБИС южного моста	КПИ
Технологические характеристики микросхемы
Технологический процесс	90 нм.
Количество транзисторов	368 млн.
Напряжение питания	1,1 В, 1,8 В, 2,5 В
Рабочий диапазон температуры среды	– 60…+85 град. С
Потребляемая мощность	25 Вт
Год начала производства	2011

Состав

В качестве блоков процессора использована часть оборудования микросхемы «Эльбрус-S» : процессорные ядра с незначительно изменённой кэш-памятью второго уровня и системный контроллер SIC с контроллером памяти, контроллером межпроцессорных линков и контроллером ввода/вывода. DSP-кластер выступает как отдельный IP-блок, изготовленный НПЦ «Элвис».Структурная схема системы на кристалле «Эльбрус-2С+».
Ядро микропроцессора «Эльбрус» (Core) – высокопроизводительный универсальный микропроцессор с архитектурой широкого командного слова.
Контроллер межъядерных взаимодействий (CIC) обеспечивает объединение процессорных ядер в единую систему.
Контроллер запросовMAU (MRC) находится в составе контроллера CIC и осуществляет круговой арбитраж, поочерёдно выдавая в системный коммутатор SC запросы от каждого из ядер.
Контроллер когерентных сообщений (Coh_Box) анализирует когерентные запросы от коммутатора SC, выборочно передавая их нужным ядрам, и принимает когерентные ответы от ядер, при необходимости формируя обобщённый когерентный ответ в формате одноядерной системы.
Системный коммутатор (SC) решает следующие задачи:

• обслуживание абонентов согласно политике приоритетов;
• максимально возможная загрузка межпроцессорных линков;
• обеспечение независимости пакетных потоков между различными парами абонентов (пакет из одного потока, не получающий право на дальнейшее прохождение по коммутационной среде, не должен блокировать обработку пакетов из другого потока);
• обеспечение независимости потоков командных пакетов различного типа.

Интегрированный в микропроцессор четырёхядерный DSP-кластер работает под управлением универсальных ядер «Эльбрус-S» , которым доступны его регистры и память. В свою очередь, DSP-кластеру доступна не только собственная внутренняя память, но и память всего процессора.
Интерфейсный контроллер AXI-box обеспечивает взаимодействие универсальных ядер с ядрами DSP через интерфейс, основанный на протоколе AMBA AXI 3.0 фирмы ARM. Данные передаются AXI-контроллером по четырём раздельным каналам (DMA-чтение, DMA-запись, I/O-чтение, I/O-запись), каждый из которых имеет пропускную способность 4 Гбайт/с и работает на частоте ядер «Эльбрус-S» и DSP (500 МГц).
Оперативная память микропроцессора используется, помимо прочего, в качестве буфера данных, пересылаемых между аналогово-цифровыми преобразователями и DSP-кластером. Для этого в состав микросхемы помимо основного канала ввода/вывода (IO-Link0), подключённого через «южный мост», введён дополнительный канал (IO-Link1) для ввода цифровой сигнальной информации, подключённый через ADC-контроллер.
Контроллер памяти (MC) разделён на два частотных домена (домен ядра контроллера и домен интерфейса с памятью) с введением новой схемы передачи данных с некратным соотношением частот между доменами. Схема обеспечивает достаточно гибкую настройку рабочих частот, благодаря чему контроллер памяти процессора «Эльбрус-2С+» при фиксированной тактовой частоте 500 МГц поддерживают несколько режимов работы с оперативной памятью: DDR2-800, DDR2-666, DDR2-600 и DDR2-500.

Галерея