Эльбрус/архитектура

Архитектура "Эльбрус"

Оригинальная 64-битная Little Endian VLIW; также известна как "Эльбрус-2000" (сокращённо e2k).

Не путать со SPARC и иными RISC, а также x86 (CISC).

Архитектура ядра Эльбрус

Версии

Микропроцессоры "Эльбрус" различаются версиями микроархитектуры и системы команд; на март 2022 года известны следующие:

• v2: "Эльбрус-2С+", "Эльбрус-2СМ" (устарела с лета 2018)
• v3: "Эльбрус-4С" (уходящая) e4c, он же e2s
• v4: "Эльбрус-8С", "Эльбрус-1С+" (предыдущая серийная) e8c, он же p1; и e1cp, он же e1c+ или p2
• v5: "Эльбрус-8СВ" (серийная, расширенные векторные вычисления) e8c2, он же p9
• v6: "Эльбрус-16С", "Эльбрус-12С", "Эльбрус-2С3" (серийный 2С3, инженерные образцы 16С, аппаратная виртуализация) e16c, e12c, e2c3
• v7: "Эльбрус-48C", "Эльбрус-4C3" (перспективная) e48c, e4c3

Безопасность

Одной из ключевых особенностей e2k в любом режиме является наличие трёх аппаратных стеков -- с одной стороны это исключает срыв стека, с другой -- добавляет проблем при переносе ПО, которое пытается с предположительно единственным стеком крутить свои "штучки" (начиная с JIT).

В защищённом режиме добавляется тегирование памяти, исключая ещё и переполнение массива.

Совместимость

В процессе портирования Альта была отмечена отличная практическая совместимость процессоров четвёртого поколения с бинарным кодом e2kv3, включая ядро, видеоподсистему и даже бинарный транслятор; официально она не гарантируется, хотя неофициально и подтверждается.

Также наблюдается хорошая совместимость v5-машин с кодом v4+ и достаточная как минимум для rescue-образа работоспособность кода v3+ на v6.

Это действительно для сборки с -march, не -mtune.

Производительность

При сборке под e2k для производительности и совместимости следует применять компилятор, настроенный под конкретную версию архитектуры (начиная с lcc 1.23 -- возможна настройка и под конкретный процессор).

При этом разница по 7za b, собранным под v3 и v4, на v4 составила у нас порядка процента.

Известно, что при переходе на e2kv6 "штраф" бинарникам, оптимизированным под предыдущие версии архитектуры, в ряде случаев вырастет, т.к. вследствие значительного роста тактовой частоты сильно изменятся планируемые задержки при работе с памятью и не ожидающий этого код будет чаще попадать на останов конвейера.

В то время как компилируемый код благодаря большим возможностям оптимизации (в т.ч. выявления и задействования скрытого параллелизма) во время компиляции находится в потенциально выигрышном положении по сравнению с суперскалярными архитектурами, виртуальные машины для байткода и интерпретаторы симметрично находятся в положении проигрышном (для их работы характерна высокая степень зависимости по данным в циклах). Это стоит учитывать при планировании разработки.

Ссылки

• Руководство по эффективному программированию на платформе «Эльбрус»
  • Система команд микропроцессора «Эльбрус»
• Краткое описание архитектуры Эльбрус
• Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства «Эльбрус» (книга, PDF)
• Безопасная среда исполнения критических приложений во встраиваемых системах на базе вычислительных средств семейства «Эльбрус» (PDF)
• Микроархитектура восьмиядерного универсального микропроцессора «Эльбрус-8C»
• Аппаратная поддержка виртуализации архитектуры «Эльбрус»
• МЦСТ > Тэги > Архитектура микропроцессоров
  • Основные принципы архитектуры Е2К (2001)
• Вычислительная платформа «Эльбрус» и её практическое применение (SECR-2018)
• О советском происхождении VLIW (тж. Вектор-инструкция: о советском происхождении VLIW; Пётр Советов)
• Оптимизация кода для платформы Эльбрус на простых примерах
• Портирование JS на Эльбрус
• Архитектура и особенности процессора Эльбрус 2000
• inxi: Elbrus CPU support data and implementation
• Что такое процессор "Эльбрус"? История создания. Где применяется?
• Философия архитектуры российского процессора Эльбрус. В чём его фишка?
• Эльбрус Бабаяна и Pentium Пентковского
• Так что у VLIW/EPIC ровно один наблюдаемый прогрессивной общественностью недостаток: это российская разработка. Повторюсь, никогда такого не было...
• elbrus-docs попытка разобраться со стороны
• iakovlev.org попытка обобщить одной страницей
• Setting up a FreeBSD playground for Elbrus2000 architecture
• hello-asm: примеры для Эльбруса на все режимы указателей (32, 64, 128)
• Эльбрус (процессорная архитектура)
• Покорение «Эльбруса»