М. Воскресенская, А. Красильников
сотрудники фирмы ПРОСОФТ
г. Москва, РФ
Вопросы импортозамещения и установки полностью российских программно-аппаратных комплексов на предприятиях давно являются приоритетной задачей отечественных разработчиков. Российские технологии активно развиваются, позволяя постепенно конкурировать с зарубежными производителями систем. В России уже есть несколько разработчиков процессоров. В статье рассказывается, как решалась эта проблема российской компаней «Адвантикс», а также производителей SCADA-системы MasterSCADA 4D на базе процессоров «Эльбрус».
МЦСТ – это «круто»!
Акционерное общество «МЦСТ», правопреемник ТОО «Московский Центр SPARC-технологий», начало свою деятельность в апреле 1992 года на базе отделений Института точной механики и вычислительной техники имени С.А. Лебедева (ИТМ и ВТ) – лидера отечественного электронного машиностроения. Был создан и в 2007 году был представлен процессор «Эльбрус». Следующим этапом развития архитектуры изделия стала SoC (система на кристалле) «Эльбрус-S», вышедшая в 2010 году. Дополнением к «Эльбрус-S» стал контроллер периферийных устройств, который обеспечил поддержку различных общепринятых и промышленных интерфейсов.
Далее процессоры выходили с завидной регулярностью, и, наконец, в апреле 2014 года компания «МЦСТ» представила «Эльбрус-4С» с четырьмя ядрами, о котором и пойдет речь в этой статье. Продолжая увеличивать производительность своих процессоров, компания «МЦСТ» запустила «Эльбрус-8C» в массовое производство в 2016 году [1]. Основная деятельность компании в настоящее время сосредоточена в следующих областях:
- исследование и разработка архитектуры микропроцессоров;
- проектирование микропроцессоров на глубоко субмикронных нормах;
- проектирование микропроцессорных наборов, систем памяти, контроллеров;
- разработка и производство микропроцессоров «Эльбрус».
Решения компании «Адвантикс»
Компания «Адвантикс» – российский производитель решений для промышленности – с 2003 года выпускает защищённое оборудование в сложных условиях эксплуатации. В программу поставок входят рабочие станции на основе ATX материнских плат, системы на базе кросспанелей, встраиваемые безвентиляторные компьютеры, панельные компьютеры, а также серверное оборудование и системы хранения данных.
С учётом потребностей клиентов была разработана и выпущена в серийное производство целая серия компьютеров на базе отечественных процессоров.
«Адвантикс» уже на протяжении нескольких лет активно сотрудничает с МЦСТ, выпуская компьютеры на основе отечественного процессора «Эльбрус». Серия компьютеров была названа «Брусника», сочетая в себе отголоски названий «Эльбрус» и исконно русской ягоды… Данное оборудование активно применяется клиентами, где критически важно импортозамещение и использование российского оборудования.
Обзор линейки компьютеров «Брусника»
Для более простых, офисных задач представлены три изделия в настольном исполнении, которые могут быть использованы организациями, где критично импортозамещение. Что важно, компьютеры устанавливаются на рабочих местах операторов. На базе процессора «Эльбрус-1С+» выпускается устройство ВН-ЭЛ1С (рис. 1).
Рис. 1. Настольный вычислитель AdvantiX ВН-ЭЛ1С
Автоматизированное рабочее место начального уровня ВН-ЭЛ1С устанавливается с одноядерным процессором общего назначения «Эльбрус 1С+» 1891ВМ11Я с тактовой частотой до 1000 МГц. Микропроцессор потребляет не более 10 Ватт энергии и предназначен для организации систем с малым энергопотреблением и низким тепловыделением.
В ЦПУ интегрировано видеоядро с поддержкой вывода изображения высокой чёткости на 2 монитора с разрешением Full HD 1920×1080, на 1 монитор с разрешением Quad HD 2560×1440. Компьютер ВН-ЭЛ1С оснащается широким набором интерфейсов: Один сетевой порт Ethernet, 2×USB 2.0 на передней панели, 4×USB 2.0 на задней панели. Это решение идеально подойдёт как «доверенное» рабочее место оператора, сочетающее в себе оптимальную стоимость и возможности расширения.
Два других изделия построены на базе более мощных процессоров «Эльбрус-8С» (1891ВМ028) – высокопроизводительного процессора общего назначения с улучшенной архитектурой «Эльбрус», позволяющей выполнять до 25 операций за один такт в каждом ядре – 250 млрд операций с плавающей запятой в секунду. Процессор спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 28 нм, позволяющим снизить энергопотребление. На базе данного процессора «Адвантикс» выпускает 2 настольных компьютера: ВН-ЭЛ8С/АРМ-М и ВН-ЭЛ8С/АРМ (рис. 2). Оба компьютера оснащаются дискретной видеокартой ASUS ATI R7 240-2GD5-L, установленной в слот-PCI Express 2.0 формата x16. В компьютере ВН-ЭЛ8С/АРМ-М также доступен 1 слот формата M.2 USB для модуля аппаратной доверенной загрузки. В устройство «по умолчанию» устанавливается 8 Гбайт оперативной памяти DDR3-1600 ECC с возможностью расширения до 16 Гбайт, жёсткий диск по умолчанию объёмом 1 Тбайт HDD.
Рис. 2. Настольный вычислитель AdvantiX ВН-ЭЛ8С/АРМ
В устройство ВН-ЭЛ8С/АРМ «по умолчанию» устанавливается 16 Гбайт оперативной памяти DDR3-1600 ECC с возможностью расширения до 64 Гбайт, жёсткий диск «по умолчанию» объёмом 1 Тбайт HDD. Компьютер имеет широкий выбор слотов расширения: 2 слота PCI Express 2.0 x16 (один занят дискретной видеокартой), один слот PCI Express 2.0 x4, а также один слот PCI 2.0 на 32 бита. Из интерфейсов доступны 4×USB 2.0 на передней панели, 6×USB 2.0 на задней панели, видеовыходы HDMI и DVI, последовательный RS-232 (DB-9), три сетевых порта LAN (RJ-45), пять аудио-входов. Оба АРМ идеально подойдут как высокопроизводительные доверенные рабочие места российского производства.
Полные технические характеристики устройств можно найти в таблице
Таблица 1. Характеристики настольных компьютеров «Брусника»
Промышленные компьютеры «Брусника»
Для более сложных, промышленных применений можно применять решения для 19-дюймовой стойки семейства «Брусника».
Наиболее интересным, уникальным решением является безвентиляторное изделие «Брусника ВКП-Б2/ЭЛ4С» (рис. 3), созданное на базе отечественного процессора «Эльбрус-4С». Изделие является первым безвентиляторным решением в корпусе высотой 2U для монтажа в 19-дюймовую стойку на основе отечественного процессора, это позволяет применять «Бруснику» в круглосуточном режиме 24/7 и в необслуживаемых помещениях.
Рис. 3. Безвентиляторный компьютер ВКП-Б2/ЭЛ4С
Микропроцессор «Эльбрус-4С» (1891ВМ8Я) – многоядерный универсальный высокопроизводительный микропроцессор, построенный в соответствии с улучшенной архитектурой «Эльбрус». Каждое ядро процессора декодирует и отправляет на исполнение до 23 операций за такт. «Эльбрус-4С» представляет собой систему на кристалле, содержащую 4 вычислительных ядра, кэш-память 2-го уровня общим объёмом 8 Мегабайт, 3 контроллера памяти, 3 канала межпроцессорного обмена и канал «ввода-вывода». Рабочая тактовая частота микросхемы составляет 800 МГц. Особенности архитектуры «Эльбрус» позволяют эффективно применять процессор в системах цифровой интеллектуальной обработки сигналов, в математическом моделировании, научных расчётах и других сферах с повышенными требованиями к вычислительной мощности.
Компьютер ВКП-Б2/ЭЛ4С на базе процессора «Эльбрус-4С» поддерживает оперативную память от 4 ГБайт до 96 ГБайт DDR3-1600 ECC. Для хранения данных можно использовать mSATA-модуль объёмом 32…512 ГБайт, 3×SATA-порта и разъём для карты CF на 16…64 ГБайт (для хранения двоичного транслятора, без доступа снаружи). В базовой комплектации модель оснащена сетевым контроллером Ethernet 10/100/1000 (порт RG-45), поддерживает до двух слотов расширения PCI. Опционально можно заказать PCIe x16, например, видеосистема может быть усилена 3D-видеокартой PCIe семейства AMD Radeon. В компьютере можно установить порты: 4×USB 2.0, DVI-I, сетевой порт RJ-45, с возможностью расширения до 7×LAN, COM-порт RS-232, дополнительный COM-порт RS-232 опционально можно вывести с процессорной платы, аудиовход/выход, стерео.
Полные технические характеристики компьютера можно посмотреть в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики компьютеров «Брусника» для установки в 19» стойку
Также интересное решение для установки в 19” стойку на базе «Эльбруса» – более производительный компьютер ВКП-В2/ЭЛ8С (рис. 4) с 8-ядерным процессором «Эльбрус-8С1», разработанный с применением передовых технологий для обеспечения надёжности. Компьютер характеризуется гибкостью конфигурирования, высокой плотностью монтажа высотой 2U, а также соответствует всем требованиям к промышленному оборудованию. Эта модель предназначена для работы в составе высоконагруженных доверенных платформ для критически важной информационной инфраструктуры.
Рис. 4. 2U компьютер AdvantiX ВКП-В2/ЭЛ8С
Микропроцессор «Эльбрус-8С» (1891ВМ10Я) – высокопроизводительный процессор общего назначения с улучшенной архитектурой «Эльбрус», позволяющей выполнять до 25 операций за один такт в каждом ядре – 250 млрд операций с плавающей запятой в секунду. Спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 28 нм, позволяющим снизить энергопотребление.
Особенности процессора «Эльбрус-8С»
- Оригинальная архитектура «Эльбрус», обеспечивающая высокую производительность в математических расчётах, криптографии, цифровой обработке сигналов.
- Аппаратная поддержка защищённых вычислений. Отдельный стек вызовов, дающий преимущества с точки зрения информационной безопасности.
- Исполнение двоичных кодов в системе команд Intel х86 и х86-64 с помощью динамической трансляции без перекомпиляции программ.
Компьютер ВКП-В2/ЭЛ8С поддерживает от 4 до 64 ГБайт оперативной памяти DDR3-1600, с поддержкой ECC.
Для организации дисковой подсистемы используются внутренние отсеки 3,5”/2,5” и 2 отсека 5,25”. Дополнительно можно использовать 8×SATA 3.0 портов, диски разместить в корзине на 3 или 4 HDD/SSD. Возможна установка до 4 слотов расширения половинной высоты: 2×PCIe x16, PCIe x4 и PCI. Один слот обычно используется для установки 3D-видеокарты семейства AMD Radeon c интерфейсом PCIe, поддерживающей 3–5 видеовыходов.
Система может использоваться для обработки многопотоковых данных, в стандартной комплектации оснащена 3 контроллерами Ethernet 10/100/1000. Опционально количество сетевых портов можно увеличить на 4 или 8. Дополнительно модель ВКП-В2/ЭЛ8С-А1 оснащена следующим набором портов: 6×USB 2.0 на задней панели, 2×USB 2.0 на передней панели, COM-порт RS-232. Для видео можно выбрать интерфейсы DVI-I, VGA, HDMI в зависимости от типа видеокарты, для аудио – 6 разъёмов mini-jack. Питание организуется блоком питания на 400 или 700 Вольт. Опционально можно заказать установку резервированных блоков питания 450 Вольт. Полные технические характеристики компьютера можно посмотреть в табл. 2.
Все изделия на протяжении нескольких лет активно пользуются спросом у организаций, где критически важна «доверенная» платформа. Однако МЦСТ продолжает разработку более производительных процессоров, а «Адвантикс» планирует расширение линейки на базе новых разработок.
Кстати, в перспективе у «Адвантикс» разработка компьютеров на базе новых микропроцессоров «Эльбрус-2С3» (К1891ВМ068) — высокоинтегрированного процессора общего назначения архитектуры «Эльбрус» со встроенными ускорителями 2D/3D-графики и кодирования-декодирования видео. Данный процессор спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 16 нм и максимально реализует технологии энергосбережения.
Особенности «Эльбрус-2С3»
- Оригинальная архитектура «Эльбрус», обеспечивающая высокую производительность в математических расчётах, криптографии, цифровой обработке сигналов.
- Аппаратная поддержка защищённых вычислений. Отдельный стек вызовов, дающий преимущества с точки зрения информационной безопасности.
- Аппаратная поддержка виртуализации для повышения эффективности использования оборудования.
- Аппаратная поддержка динамической двоичной трансляции машинных кодов х86 (х86-64) без перекомпиляции программ.
Микропроцессор является «системой на кристалле»: содержит встроенный контроллер периферийных интерфейсов.
Также планируются разработки изделий на базе микропроцессора «Эльбрус-8СВ» (1891ВМ12Я) – высокопроизводительного процессора общего назначения с улучшенной архитектурой «Эльбрус», позволяющей выполнять до 576 млрд операций с плавающей запятой в секунду. Микропроцессор спроектирован и изготовлен по технологическим нормам 28 нм и максимально реализует технологии энергосбережения.
Особенности процессора «Эльбрус-8СВ»
- Оригинальная архитектура «Эльбрус», обеспечивающая высокую производительность в математических расчётах, криптографии, цифровой обработке сигналов.
- Аппаратная поддержка защищённых вычислений. Отдельный стек вызовов, дающий преимущества с точки зрения информационной безопасности.
- Исполнение двоичных кодов в системе команд Intel х86 и х86-64 с помощью динамической трансляции без перекомпиляции программ.
Наличие четырех каналов доступа к памяти и трех каналов межпроцессорного обмена позволяет строить масштабируемые вычислительные комплексы, обеспечивающие высокую скорость обработки и передачи информации.
Таким образом, на текущий момент компания «Адвантикс» уже разработала несколько изделий, активно в процессе тестирования находятся также новые перспективные разработки.
В текущей ситуации импортозамещение является как никогда важным аспектом развития современных отраслей промышленности, таких как транспорт, атомная энергетика, аэрокосмическая отрасль. Благодаря разработкам «Адвантикс» клиент может использовать компьютеры на базе отечественных процессоров, не беспокоясь о сохранности критически важных данных.
Изделия компании «Адвантикс» также активно проходят тестирование с различными разработчиками российского программного обеспечения. Например, SCADA-система MasterSCADA была протестирована и успешно запустилась на компьютерах серии «Брусника». Данный программно-аппаратный комплекс (ПАК) хорошо используется и нашими заказчиками. Давайте подробнее ознакомимся с этой системой.
MasterSCADA 4D
В качестве прикладного ПО для реализации систем промышленной автоматизации и диспетчеризации в состав ПАК входит российская SCADA-система 4-го поколения MasterSCADA 4D. Одним из её ключевых преимуществ является унифицированная структура и кроссплатформенное ядро, что позволяет использовать различные аппаратные платформы под управлением различных ОС. В качестве ОС в ПТК используется ОС «Эльбрус» или AstraLinux Special Edition, которые протестированы на совместимость с MasterSCADA 4D.
Лёгкая интеграция
Вызовы цифровизации требуют от современного производства полной интеграции информационных технологий и систем промышленной автоматизации для достижения лучших показателей эффективности. Технологические данные должны быть доступны по всей цепочке управления производством без искажений и в режиме реального времени. MasterSCADA 4D поддерживает большинство промышленных протоколов передачи данных и легко интегрируется в бизнес-приложения, обеспечивая высокий уровень прозрачности и доступности технологических данных. В основе информационной прозрачности MasterSCADA 4D лежит получивший мировое признание коммуникационный протокол OPC UA (рис. 5).
Рис. 5. Интеграционные возможности
Для организации обмена данными на полевом и сетевом уровнях MasterSCADA 4D поддерживает большое количество коммуникационных протоколов.
- Промышленные протоколы: OPC UA/DA/HDA, Modbus RTU/TCP, BACNet, Profinet, Omron FINS, Mitsubishi SLMP, IEC 61850, IEC 60870-5-104.
- Сетевые протоколы: SNMP, MQTT, HTTP, JSON, Syslog.
- Счётчики энергоресурсов: «Меркурий», «Теплоком», НЗИФ, «Энергомера».
- Базы данных: ODBC, MS SQL, Postgre-SQL, MySQL.
- Инструментарий для написания драйверов по описанию.
Для хранения исторических данных в MasterSCADA 4D используется СУБД SQLite. Для масштабных проектов предусмотрена возможность интеграции с СУБД MS SQL, Oracle, Firebird, PostreSQL, MySQL. Для работы со сторонними СУБД предусмотрено три режима – архив, экспорт, хранимые процедуры, это позволяет максимально бесшовно реализовать хранилища данных на современных СУБД.
Высокие стандарты качества визуализации Современная система управления невозможна без интуитивно понятного и качественного интерфейса мониторинга и управления. Среда визуализации MasterSCADA 4D основана на веб-технологиях – стандарте HTML5. Доступ в реальном времени к технологическим данным возможен из любой точки мира посредством сети Интернет через любое устройство, имеющее НТМL5-совместимый веб-браузер, независимо от аппаратной составляющей и операционной системы. Это позволяет