Особая архитектура «Эльбрус 4С»: Россия создаёт квантовый компьютер

Применение современных высокопроизводительных архитектур на базе процессора российского производства позволяет открыть возможности по созданию квантового компьютера на базе «Эльбрус-4С».

Основатель корпорации «Intel» Гордон Эрл Мур в 1975 году вывел закономерность, согласно которой количество транзисторов, размещаемых на одном кристалле интегральной схемы, увеличивается примерно вдвое каждые два года.

Рост производительности процессора также основан на выводах Роберта Деннарда – американского инженера-электрика и изобретателя. Он выяснил, что уменьшение транзисторов и более плотная компоновка позволяет снизить напряжение, подаваемое на элемент. При этом общая производительность и скорость работы микросхемы значительно возрастает.

Данные законы были актуальны вплоть до 2006 года: микропроцессоры достигли тактовой частоты в 4 ГГц. Однако дальнейшее уменьшение размера транзисторов начало приводить к быстрому перегреву кристалла и требовало наличия сложных и дорогостоящих систем охлаждения. Именно поэтому современные микропроцессоры имеют многоядерную структуру, а возможность увеличить количество транзисторов позволяет создавать интегрированную кэш-память, контроллеры и интерфейсы.

Производительность вычислительных систем можно увеличить благодаря микропроцессорам, которые способны выполнять несколько команд одновременно вне зависимости друг от друга: подобные процессоры называются поддерживающими параллелизм на уровне инструкций (ILP) и строятся по суперскалярной архитектуре с использованием широкого командного слова (VLIW).

VLIW-архитектура позволяет процессору исполнять команды с динамическим планированием и требует более высоких вычислительных ресурсов, позволяющих за тысячные доли секунды выполнять оптимальное решение.

Использование  подобной архитектуры даёт более высокую производительность, так как при статическом анализе компилятор не имеет ограничения по времени подготовки команд.

Исключение из конструкции VLIW-процессоров ряда блоков, выполняющих запланированные операции, сокращается потребляемая мощность. Использование такой архитектуры на базе процессора «Эльбрус-4С» позволило сократить потребление энергии до 45 Вт на все четыре ядра.

Данные показатели существенно меньше, нежели у других решений на базе архитектуры х86, что благотворно влияет на соотношение производительности и потребляемой мощности серверных систем. Кроме того, дополнительным бонусом является повышенный уровень безопасности при исполнении программ. На аппаратном уровне гарантируются операции только с инициализированными данными, которые сверяются с допустимым диапазоном адресов и обеспечиваются присвоением уникального описания.

Динамическая трансляция кодов создаёт условия достижения максимальной совместимости с программным обеспечением. Это подтверждается запуском на платформе процессоров «Эльбрус» более 20 различных операционных систем, в том числе представителей линейки «Windows»

Архитектура современных процессоров «Эльбрус» построена по принципу VLIW и отлично подходит под актуальные задачи по цифровой обработке аудио и видео потоков, телекоммуникаций, видеоконференций и другого. Если добиться следующего этапа роста производительности за счёт параллельности вычислений, процессор «Эльбрус-4С» сможет стать одной из немногих платформ для создания квантового компьютера, аналогов которому не будет существовать в ближайшей перспективе.