Ранее уже началось производство первой серии серверов «Эльбрус 4.4», которые были разработаны организацией МЦСТ с участием процессоров «Эльбрус-4С». Теперь же производитель расширил свой ассортимент первым персональным компьютером - Эльбрус-401.
В продаже первый российский компьютер Эльбрус-401 появится уже летом. Стоить он будет, по словам помощника гендиректора по маркетингу МЦСТ Константина Трушкина, 400 тыс. рублей. Предназначен этот компьютер по цене автомобиля для тех покупателей, у кого имеются «перспективные проекты».
К. Трушкин объясняет ценник следующим образом: «
Сейчас мы производим одну из первых опытных партий. Она, к сожалению, получается достаточно дорогой, но мы видим спрос, большой интерес даже на этих условиях. Мы пока не видим возможности, скажем так, и, может быть, даже не видим большого смысла для, таких, рядовых покупателей, для частных лиц, для энтузиастов обращаться к нам с просьбой продать эту машину просто потому, что она достаточно дорогая
».
То, что компьютер с отечественным процессором появился именно сейчас, имеет неплохую перспективу в будущем. По мнению представителей МЦСТ, в скором времени подобные устройства значительно подешевеют. К 2020 году планируется сделать компьютеры более массовым, что отлично совпадает с планами Минпромторга по импортозамещению, касающихся не только программного обеспечения, но и электроники.
Работает процессор Эльбрус-4С на тактовой частоте 800 МГц, оперативная память - 24 Гб, при чем ее можно увеличить до 96 ГБ. Жесткий диск имеет объем 1ТБ, mSATA - 128ГБ. Материнская плата также имеет набор периферийных интерфейсов. Видеокарта здесь не отечественного производства - штатная AMD Radeon 6000. Операционная система собственная - ОС Эльбрус, построенная на основе Linux. Некоторые приложения имеют открытый исходный код. Также есть возможность установки других операционных систем - Windows XP и вариации Linux. Сейчас идет прием заявок на приобретение компьютера, но только от юридических лиц.
Характеристики :
- 24 ГБ (3x 8 ГБ) оперативной памяти DDR3-1600;
- жесткий диск SATA 3 Гбит/с объемом 1 ТБ;
- mSATA SSD объемом 128 ГБ;
- интегрированное видеоядро Silicon Motion SM718 16 МБ (2D, 1920x1080);
- дискретная видеокарта Radeon серии HD 6000;
- пишущий DVD-привод;
- 450 Вт блок питания;
- корпус форм-фактора Mini-Tower.
четырехъядерный микропроцессор Эльбрус-4С (800 МГц, 2 МБ кэша) с производительностью до 50 Гфлопс;
Мнение Байон
Компьютер построен на различной с компьютерами Intel архитектуре и предназначен в большей степени для решения узкоспециализированных задач. Поэтому предлагаем не смущаться невысоким на первый взгляд показателем частоты процессора - 800МГц. Недостающие характеристики российского процессора с успехом компенсируются преимуществами в архитектуре отечественного устройства.
Всем нам знакомы процессоры Intel Pentium. Существует мнение, что свое название он получил в честь российского ученого Владимира Мстиславовича Пентковского, который руководил разработкой архитектуры процессора Pentium III, а ранее работал в МЦСТ и разрабатывал советский суперкомпьютер Эльбрус.
Российская компания МЦСТ объявила о начале продаж персональных APM-компьютеров для офисного пользования «Эльбрус-401» и серверов «Эльбрус-4.4» на базе 4-х ядерных микропроцессоров «Эльбрус-4С», созданных по технологии 65 нанометров. На сайте компании приводятся подробные характеристики этих 2-х новинок от российского производителя, и сейчас мы кратко выделим основные из них.
Продажи Эльбрус-401 начнутся этим летом, примерная стоимость – $8000. Внушительная цена системы объясняется отнюдь не потрясающими техническими характеристиками, они весьма заурядны (если не сказать более), в первую очередь тем, что ее продажа нацелена на юридических лиц, у которых есть перспективные проекты. Цены на сервера «Эльбрус-4.4» предположительно будут еще выше, чем на ПК.
АРМ-компьютер «Эльбрус-401»
АРМ «Эльбрус-401» разработан на базе микропроцессора «Эльбрус-4С» и предназначен для оборудования автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, организации микросерверов и информационных терминалов, применения в промышленной автоматизации и в системах с повышенными требованиями к информационной безопасности. АРМ «Эльбрус-401» выполнен в корпусе MiniTower.
На материнской плате реализован набор периферийных интерфейсов: Gigabit Ethernet, SATA 2.0, IDE, USB 2.0, RS-232, DVI (используется встроенная видеокарта). На плате предусмотрено посадочное место и установлен SSD-диск формата microSATA. Имеется разъем PCI-Express х16 (используются 8 линий), позволяющий устанавливать карты расширения или 3D-видеокарту семейства AMD Radeon (установлена в штатной конфигурации). Интерфейс IDE подведен к разъему карты CompactFlash (используется для нужд двоичного транслятора). Базовой операционной системой для АРМ «Эльбрус-401» является ОС «Эльбрус». Она построена на основе ядра Linux и поддерживает множество приложений с открытым исходным кодом, в том числе редактор AbiWord, электронную таблицу GNumeric, браузер Firefox, клиент электронной почты. Имеются средства для разработки прикладного ПО, тесты для самодиагностики аппаратуры".
Сервер «Эльбрус-4.4»
Сервер «Эльбрус-4.4» – стоечный сервер на базе микропроцессоров «Эльбрус-4С». Он содержит четыре процессора «Эльбрус-4С», один или два южных моста КПИ. Сервер «Эльбрус-4.4» подходит для организации веб-серверов, серверов баз данных, систем хранения данных, серверов удаленных рабочих столов, для организации высокопроизводительных кластеров.
Сервер Эльбрус-4.4 выполнен в стоечном корпусе для установки в стандартную 19” стойку высотой от 1U. Общая производительность сервера составляет 200 Гфлопс одинарной точности. Сервер поддерживает установку до 384 ГБ оперативной памяти DDR3 с коррекцией ошибок.
Базовой операционной системой для сервера Эльбрус-4.4 является ОС «Эльбрус». Процессор Эльбрус-4С поддерживает аппаратно-программную двоичную трансляцию кодов Intel x86 и Intel x86-64 в коды для исполнения на процессоре с архитектурой «Эльбрус». Поддерживается сквозное исполнение более 1000 популярных программ, написанных для процессоров Intel, и запуск более 20 операционных систем, в том числе Windows XP, Linux, QNX на процессорах Эльбрус.
|
|||||||||||||||||||||
|
Обзор микропроцессора Эльбрус-4С и российского компьютера Эльбрус-401
Российская компания-производитель микрочипов МЦСТ объявила о том, что их новый четырехядерный процессор Эльбрус-4С готов для массового производства, а также продемонстрировала компьютер на его базе – Эльбрус-401. В связи с этим мы публикуем обзор Эльбрус-4С, сравнение процессоров Эльбрус-4С и Intel, а также результат теста Эльбрус-401.
Обзор Эльбрус-4С – современного отечественного микропроцессора
О том, что МЦСТ работает над процессором Эльбрус-4С, стало известно еще летом 2014 года. Тогда же в Интернете ходили слухи, что этот процессор сможет конкурировать с разработками лидеров рынка – с процессорами Intel. Давайте проверим, насколько оказались верны эти слухи.
Итак, Эльбрус-4С содержит в себе четыре ядра и базируется не на архитектуре SPARC, а на собственной архитектуре Эльбрус (Elbrus). Ядра Эльбрус-4С работают на тактовой частоте 800 МГц, а сам чип изготовлен на основе уже не самого передового техпроцесса в 65 нм. Рассчитан Эльбрус-4С на потребляемую мощность в 45 Вт, что, учитывая целевой рынок, совсем неплохо.
Архитектура процессора Эльбрус-4С в целом соответствует архитектуре VLIW, которая выполняет инструкции в порядке, установленном и оптимизированном при помощи компилятора, в отличие от микроархитектуры Haswell для процессоров Intel, в которой процессоры сами решают задачу приоритетности инструкций. Теоретически это должно упростить процесс производства и сделать Эльбрус-4С дешевле и привлекательнее для потенциальных покупателей.
По сравнению с предшествующей моделью в микропроцессоре Эльбрус-4С кэш инструкций первого уровня был увеличен в два раза – до 128 Кбайт. С ним увеличился и кэш второго уровня – до 8МБ, распределяемых между всеми ядрами. В Эльбрус-4С встроен контролер памяти DDR3 с пропускной способностью до 38, 4 Гб/с.
| Характеристики процессора Эльбрус-4С | |
| Выпуск | 2014 год |
| Техпроцесс | 65 нм |
| Архитектура | «Эльбрус» |
| Ядра | 4 |
| Тактовая частота | 800 МГц |
| Производительность, 32 бит | 50 Гфлопс |
| Производительность, 64 бита | 25 Гфлопс |
| Потребляемая мощность | 45 Вт |
| Команд, число на 1 такт | 23 |
| Кеш 2-го уровня | 8 МБ |
| Тип встроенного контроллера памяти | DDR3-1600 |
| Пропускная способность шины памяти | 38,4 Гбайт/с |
| Количество каналов обмена с памятью | 3 |
| Количество транзисторов | 986 млн |
| Корпус | HFCBGA 1600 |
| Южный мост | КПИ |
Архитектура процессора Эльбрус-4С позволяет эмулировать архитектуру х86. На первый взгляд, это решение позволит российским частным и государственным компаниям уменьшить свою зависимость от продукции Intel и AMD, но на практике они по-прежнему останутся зависимыми от приложений на х86 весьма продолжительное время. Впрочем, конкурировать на равных процессоры Эльбрус с гигантами индустрии пока не могут, и сейчас мы объясним почему.
Сравнение процессоров Эльбрус-4С и Intel
Хотя Эльбрус-4С и может похвастаться относительно низким энергопотреблением и оригинальной архитектурой, в плане производительности он очень сильно отстает от конкурентов. Для сравнения мы взяли из открытых источников результаты расчетов производительности процессоров в гигафлопсах. Флопс – это единица измерения компьютерной производительности, которая отображает, какое количество операций с плавающей точкой может совершить вычислительная машина за секунду.
Результаты наглядно отображены в таблице:
Как видите, производительность Эльбрус-4С находится на уровне первого поколения процессоров Intel i7 и в семь раз уступает современным процессорам Интел. Но при этом цена Эльбрус-4С вряд ли будет меньше, чем у более мощного Intel i7-3900, по крайней мере, до тех пор, пока не откроется массовое производство.
Впрочем, по словам разработчиков, процессор Эльбрус-4С предназначен не для игр и развлечений, а для автоматизации производства и для комплектации рабочих мест, к которым предъявляются повышенные требования к информационной безопасности. Точная дата запуска серийного производства процессоров Эльбрус-4С пока не объявлена, и неизвестно, будет ли оно происходить на территории РФ.
Компьютер Эльбрус-401 на основе процессора Эльбрус-4С
Чтобы продемонстрировать возможности своего процессора, МЦСТ собрали на основе Эльбрус-4С персональный компьютер. Известно, что помимо процессора он содержит видеокарту AMD Radeon 6000 и интегрированный видеоадаптер, жесткий диск на 1000 Гб (SATA 2.0) и диск mSATA на плате 128 Гб. Из портов есть 6 разъемов USB 2.0 и 1 DVI/VGA выход, а также стандартные разъемы под Ethernet и аудиоаппаратуру. Компьютер Эльбрус-401 оснащен 24 Гб оперативной памяти.
Операционная система у российского компьютера тоже своя собственная, под фирменным названием «Эльбрус». Ничего принципиально нового она собой не представляет: в ней сразу же узнается сборка Linux. Но при необходимости ее можно заменить на Windows XP и другие ОС, работающие на платформе х86.
Несмотря на довольно скромные характеристики, компьютер Эльбрус-401 неплохо показал себя в работе. Разработчики устроили компьютеру Эльбрус тест, запустив на нем игру Doom 3 (BFG Edition 2012).
Как вы могли заметить, FPS во время игры варьируется в пределах 15-30 единиц. Хотя, конечно, это заслуга не только процессора Эльбрус-4С, но и мощной по меркам Doom 3 видеокарты. С другой стороны, то, что процессор российского производства оказался совместимым с видеокартой от AMD, – это уже сам по себе хороший признак. А вот стоимость компьютера Эльбрус-401 пока удручает: $3900! Да и заказы МЦСТ принимает только от юридических лиц.
Кстати, МЦСТ не собираются останавливаться на достигнутом. Сейчас они трудятся над восьмиядерным процессором Эльбрус-8С и в этом году выпустят стоечный сервер под названием «Сервер Эльбрус-4.4». А в планах у компании – создание собственного видеопроцессора и работа над материнскими платами Монокуб.
Иран хочет закупать процессоры «Эльбрус»
Россия достигла с Ираном предварительной договоренности о поставках ближневосточному государству отечественных процессоров «Эльбрус» после того, как с государства будут сняты санкции.
Договоренность с Ираном
Российский производитель процессоров «Эльбрус» подписал с Ираном рамочное соглашение о возможности организации поставок процессоров в страну. Соответствующее предложение обсуждалось в рамках заседания российско-иранской межправкомиссии 14 марта 2016 г., сообщает RNS со ссылкой на двух участников российского рынка микроэлектроники. Источник, знакомый с планами производителя «Эльбрусов», подтвердил агентству эту информацию.
По словам источника, объемы и сроки возможных поставок подлежат согласованию после планируемого снятия санкций с Ирана. Соглашение с Ираном подписала аффилированная с МЦСТ структура - Национальный центр развития инновационных технологий «Дельта», уточнил он.
По словам другого источника, речь может идти о процессорах «Эльбрус-4С». «Пока известна только одна модификация, которая выпускается серийно», - пояснил он. «Эльбрус-4С» - российский 64-разрядный универсальный микропроцессор производства компании МЦСТ.
На момент публикации этого материала представители МЦСТ не подтвердили, но и не опровергли CNews информацию о возможных поставках процессоров в Иран.
Выход компьютеров «Эльбрус-401»
В мае 2015 г. МЦСТ объявила о начале продаж первых компьютеров «Эльбрус-401» и серверов «Эльбрус-4.4» на базе российского процессора «Эльбрус-4С». Стоимость «Эльбруса-401» из первой тестовой партии составляет 400 тыс. Его стоимость «существенно снизится» после серийного запуска, отмечали в МЦСТ. Заказать «Эльбрус-401» могут только юридические лица. Предполагается, что использовать технику будут предприятия с повышенными требованиями к информационной безопасности либо военные и чиновники.
Отечественные процессоры «Эльбрус» разработки МЦСТ
В декабре 2015 г. производство отечественных персональных компьютеров «Эльбрус-401» начал «Ижевский радиозавод». Он передал первую партию из 80 компьютеров заказчику - МЦСТ, разработчика процессоров «Эльбрус-4С», которые и использованы в компьютерах «Эльбрус-401».
Как тогда пояснил CNews Константин Трушкин , представитель разработчика процессоров «Эльбрус» и заказчика ПК «Эльбрус» компании МЦСТ, произведенные в Ижевске ПК предназначены для пилотных проектов и внедрений, а также для разработчиков, которые желают заняться переносом своих разработок на платформу «Эльбрус».
Чип второго поколения
В январе 2016 г. в России началась разработка вычислительной техники на базе микропроцессора «Эльбрус-8С». Это чип нового поколения . Он обладает восемью ядрами с тактовой частотой 1,3 ГГц, его производительность составляет 250 Гфлопс. Для сравнения, производительность микропроцессора предыдущего поколения - 4-ядерного «Эльбрус-4С», построенного по 65-нм технологии, - в пять раз ниже, она составляет 50 Гфлопс.
Особенность процессоров
Основная особенность линейки отечественных процессоров «Эльбрус» - заложенный в архитектуру принцип явного параллелизма операций. Помимо высокой производительности и энергоэффективности процессоров, он дает возможность применять их в замещении импортных вычислительных систем там, где этого требуют соображения информационной безопасности и технологической независимости.
В этой статье мы покажем, как работают технологии распознавания образов на Эльбрус-4С и на новом Эльбрус-8С: рассмотрим несколько задач машинного зрения, немного расскажем об алгоритмах их решения, приведем результаты бенчмаркинга и наконец покажем видео.
Эльбрус-8С - новый 8-ядерный процессор МЦСТ с VLIW-архитектурой. Мы тестировали инженерный образец с частотой 1.3 ГГц. Возможно, в серийном выпуске она еще возрастет.
Приведем сравнение характеристик Эльбрус-4С и Эльбрус-8С.
| Эльбрус-4С | Эльбрус-8С | |
|---|---|---|
| Тактовая частота, МГц | 800 | 1300 |
| Число ядер | 4 | 8 |
| Число операций за такт (на ядро) | до 23 | до 25 |
| L1 кэш, на ядро | 64 Кб | 64 Кб |
| L2 кэш, на ядро | 2 Мб | 512 Кб |
| L3 кэш, общая | - | 16 Мб |
| Организация оперативной памяти | До 3 каналов DDR3-1600 ECC | До 4 каналов DDR3-1600 ECC |
| Технологический процесс | 65 нм | 28 нм |
| Количество транзисторов | 986 млн. | 2730 млн. |
| Ширина SIMD инструкции | 64 бита | 64 бита |
| Поддержка многопроцессорных систем | до 4 процессоров | до 4 процессоров |
| Год начала производства | 2014 | 2016 |
| Операционная система | ОС “Эльбрус” 3.0-rc27 | ОС “Эльбрус” 3.0-rc26 |
| Версия компилятора lcc | 1.21.18 | 1.21.14 |
В Эльбрус-8С более чем в полтора раза повысились тактовая частота, вдвое увеличилось число ядер, а также произошло усовершенствование самой архитектуры.
Так, например, Эльбрус-8С может исполнять до 25 инструкций за 1 такт без учета SIMD (против 23 у Эльбрус-4С).
Важно : нами не проводилось никакой специальной оптимизации под Эльбрус-8С. Была задействована библиотека EML, однако объем оптимизаций под Эльбрус в наших проектах сейчас явно меньше, чем под другие архитектуры: там он постепенно наращивался в течение нескольких лет, а платформой Эльбрус мы занимаемся не так давно и не столь активно. Основные времязатратные функции, конечно же, были оптимизированы, но вот до остальных пока не дошли руки.
Распознавание паспорта РФ
Разумеется, начать освоение новой для нас платформы мы решили с запуска нашего продукта Smart IDReader 1.6 , предоставляющего возможности по распознавания паспортов, водительский прав, банковских карт и других документов. Необходимо отметить, что стандартная версия этого приложения может эффективно задействовать не более 4 потоков при распознавании одного документа. Для мобильных устройств этого более чем достаточно, а вот при бенчмаркинге десктоп-процессоров это может приводить к занижению оценок производительности многоядерных систем.
Предоставленная нам версия ОС Эльбрус и компилятора lcc не потребовали никаких специальных изменений в исходном коде и мы без каких-либо трудностей собрали наш проект. Отметим, что в новой версии появилась полная поддержка С++11 (она также появилась и в свежих версиях lcc для Эльбрус-4С), что не может не радовать.
Для начала мы решили проверить, как работает распознавание паспорта РФ, о котором мы уже писали , на Эльбрус-8С. Мы провели тестирование в двух режимах: поиск и распознавание паспорта на отдельном кадре (anywhere-режим) и на видеоролике, снятом с веб-камеры (webcam-режим). В anywhere режиме распознавание разворота паспорта выполняется на одном кадре, причем паспорт может находиться в любой части кадра и быть произвольным образом ориентированным. В режиме webcam выполняется распознавание только страницы паспорта с фото, причем обрабатывается серия кадров. При этом предполагается, что строки паспорта горизонтальны и паспорт слабо смещается между кадрами. Полученная с разных кадров информация интегрируется для повышения качества распознавания.
Для тестирования мы взяли по 1000 изображений для каждого из режимов и замеряли среднее время работы распознавания (т.е. время без учета загрузки картинки) при запуске в 1 поток и запуске с распараллеливанием. Полученное время работы приведено ниже в таблице.
Результаты для однопоточного режима вполне соответствуют ожидаемым: помимо ускорения за счет повышения частоты (а кратность частот 4С и 8С равна 1300 / 800 = 1.625), заметно небольшое ускорение за счет усовершенствования архитектуры.
В случае запуска на максимальном числе потоков ускорение для обоих режимов составило 1.7. Казалось бы, число ядер в Эльбрус-8С вдвое больше, чем в 4С. Так где же ускорение за счет дополнительных 4 ядер? Дело в том, что наш алгоритм распознавания активно задействует только 4 потока и слабо масштабируется дальше, поэтому прирост производительности совсем незначительный.
Далее мы решили добиться полной загрузки всех ядер обоих процессоров и запустили несколько процессов распознавания паспорта. Каждый вызов распознавания был распараллелен так же, как и в предыдущем эксперименте, однако здесь время обработки паспорта включало загрузку изображения из файла. Замеры времени выполнялись на все той же тысяче паспортов. Результаты при полной загрузке Эльбрусов приведены ниже:
Для anywhere-режима полученное ускорение приблизилось к ожидаемому ускорению в ~3.6 раза, не дотянув до него из-за того, что мы учитывали время загрузки картинки из файла. В случае с webcam-режимом влияние времени загрузки еще больше и поэтому ускорение получилось более скромным - 2.5 раза.
Детекция автомобилей
Детекция объектов заданного типа - одна из классических задач технического зрения. Это может быть детекция лиц, людей, оставленных предметов или любого другого типа объектов, обладающих явными отличительными признаками.
Для нашего примера мы решили взять задачу детекции автомобилей, движущихся в попутном направлении. Подобный детектор может использоваться в системах автоматического управления транспортными средствами, в системах распознавания автомобильных номеров и т.д. Не долго думая, мы отсняли видео для обучения и тестирования с помощью авторегистратора неподалеку от нашего офиса. В качестве детектора мы использовали каскадный классификатор Виолы-Джонса . Дополнительно мы применили экспоненциальное сглаживание положений найденных автомобилей для тех из них, которые мы наблюдаем несколько кадров подряд. Стоит отметить, что детектирование выполняется только в прямоугольнике ROI (region of interest), который занимает не весь кадр, поскольку малоосмысленно пытаться детектировать внутренности нашего автомобиля, а также машины, не полностью попадающие в кадр.
Таким образом, наш алгоритм состоял из следующих шагов:
- Вырезание прямоугольника ROI по центру кадра.
- Преобразование цветного изображения ROI в серое.
- Предпосчет признаков Виолы-Джонса.
На этом этапе изображение подвергается масштабированию, строятся карты вспомогательных признаков (например, направленных границ), а также вычисляются кумулятивные суммы по всем признакам для быстрого подсчета хааровских вэйвлетов. - Запуск классификатора Виолы-Джонса на множестве окон.
Здесь с некоторым шагом перебираются прямоугольные окна, на которых запускается классификатор. Если классификатор выдал положительный ответ, то произошла детекция объекта, т.е. изображение внутри окна соответствует автомобилю. В этом случае выполняется уточнение области изображения, в которой находится объект: в окрестности первичной детекции выделяются окна того же размера, но с меньшим шагом и также подаются на вход классификатора. Все найденные объекты сохраняются для дальнейшей обработки. Данная процедура повторяется для нескольких масштабов входного изображения.
Этот этап собственно и составляет основную вычислительную сложность задачи и распараллеливание было произведено именно для него. Мы использовали библиотеку tbb для автоматического выбора эффективного числа потоков. - Обработка массива детекций, полученного после применения детектора. Поскольку ряд полученных детекций могут быть очень близкими и отвечать одному и тому же объекту, мы объединяем детекции, имеющие достаточно большую площадь пересечения. В результате получаем массив прямоугольников, которые указывают положение обнаруженных автомобилей.
- Сопоставление детекций на предыдущем и текущем кадрах. Мы считаем, что был задетектирован один и тот же объект, если площадь пересечения прямоугольников составляет больше половины от площади текущего прямоугольника. Выполняем сглаживание положения объекта по формулам:
x i = x i + (1-α)x i -1
y i = y i + (1-α)y i -1
w i = w i + (1-α)w i -1
h i = h i + (1-α)h i -1
где (x , y )--- координаты верхнего левого угла прямоугольника, w и h - его ширина и высота соответственно, а α - постоянный коэффициент, подобранный экспериментально.
Здесь и далее для оценки fps (frame per second) использовалось среднее время работы по 10 запускам программы. При этом учитывалось только время обработки изображений, поскольку сейчас мы работали с записанным роликом, и изображения просто загружались из файла, а в реальной системе они могут, например, поступать с камеры. Оказалось, что детекция работает с весьма приличной скоростью, выдавая 15.5 fps на Эльбрус-4С и 35.6 fps на Эльбрус-8С. На Эльбрус-8С загрузка процессора оказывается далеко не полной, хотя в пике задействованы все ядра. Очевидно, это связано с тем, что не все вычисления в этой задаче были распараллелены. Например, перед применения детектора Виолы-Джонса мы выполняем достаточно тяжеловесные вспомогательные преобразования каждого кадра, а эта часть системы работает последовательно.
Теперь пришло время демонстрации. Интерфейс приложения и отрисовка выполнены с помощью стандартных средств Qt5. Никакой дополнительной оптимизации не проводилось.
Эльбрус-4С
Эльбрус-8С
Визуальная локализация
В этом приложении мы решили продемонстрировать визуальную локализацию на основе особых точек. Использовав панорамы Google Street View с GPS-привязкой, мы научили нашу систему узнавать местонахождение камеры без использования данных о её GPS-координатах или другой внешней информации. Такая система может использоваться для беспилотников и роботов в качестве резервной системы навигации, для уточнения текущего местоположения или для работы в системах без GPS.
Сначала мы обработали базу панорам с GPS-координатами. Мы взяли 660 изображений, покрывающих приблизительно 0.4 км^2 московских улиц:
Затем мы создали описание изображений с помощью особых точек. Для каждого изображения мы:
- Нашли особые точки для 3 масштабов кадра (сам кадр, уменьшенный в 4/3 раза кадр и уменьшенный вдвое кадр) алгоритмом YAPE (Yet Another Point Detector) и посчитали для них RFD-дескрипторы .
- Сохранили его координаты, набор особых точек, их дескрипторы. Поскольку затем мы будем сравнивать дескрипторы особых точек текущего кадра со значениями дескрипторов из нашей базы, удобно хранить дескрипторы в дереве, используя расстояние Хэмминга в качестве метрики. Общий размер сохраненных данных оказался чуть больше 15 Мб.
На этом приготовления закончены, теперь перейдем к тому, что происходит непосредственно во время работы программы:
- Преобразование цветного изображения в серое.
- Выполнение автоконтраста.
- Поиск особых точек для трех масштабов кадра (также с коэффициентами 1, 0.75 и 0.5) с помощью алгоритма YAPE и подсчет для них RFD-дескрипторов. Эти алгоритмы частично распараллелены, однако довольно большая часть вычислений осталась последовательной. Кроме того, они пока не оптимизировались под платформу Эльбрус.
- Для полученного набора дескрипторов выполняется поиск похожих дескрипторов среди сохраненных в дереве, и происходит определение несколько наиболее похожих кадров. Для различных дескрипторов поиск в дереве распараллелен с помощью tbb. При этом для первых 5 кадров видео мы выбираем 10 ближайших кадров, а затем берем только 5 кадров.
- Выбранные кадры проходят дополнительную фильтрацию, чтобы убрать “выбросы”, ведь траектория транспортного средства обычно непрерывна.
Входные данные: последовательность цветных кадров размера 800х600 пикселей.
Такая система выдает 3.0 fps на Эльбрус-4С и 7.2 fps на Эльбрус-8С.
Покажем, как же оно работает:
Эльбрус-4С
Эльбрус-8С
Заключение
Для удобства основные характеристики Эльбрусов и полученные результаты по нашим программам собраны в таблице:
Результаты для распознавания паспорта получились довольно скромные, поскольку наше приложение в своем текущем виде не может эффективно задействовать более 4 потоков. Похожая ситуация с детекцией автомобилей и визуальной локацией: алгоритмы имеют нераспараллеленные участки, поэтому не приходится ожидать линейного масштабирования при росте числа ядер. Однако там, где нет ограничений на загрузку приложениями всех ядер процессора, мы наблюдаем рост в 3.2 раза, это близко к теоретическому пределу в 3.6 раз. В среднем разница производительности между поколениями процессоров МЦСТ на нашем наборе задач составляет порядка 2-3 раз, и это очень радует. Только за счёт увеличения частоты и совершенствования архитектуры мы наблюдаем выигрыш более чем в 1.7 раза. МЦСТ быстро нагоняет Intel с ее стратегией в добавлении 5% в год.
В процессе тестов под полной нагрузкой мы не испытывали проблем с зависаниями и падениями, что говорит о зрелости процессорной архитектуры. Подход VLIW, развиваемый в Эльбрусах-8С, позволяет добиваться работы в реальном времени различных алгоритмов компьютерного зрения, а библиотека EML содержит весьма солидный набор математических функций, которые позволяют экономить время тем, кто не собирается оптимизировать код сам. В заключение мы провели еще один эксперимент, запустив сразу 3 демонстрации (локализацию, поиск машин и поиск лиц) на одном процессоре Эльбрус-8С и получив среднюю загрузку процессора около 80%. Тут уж без комментариев.
Хотим сказать большое спасибо компании и сотрудникам МЦСТ и ИНЭУМ Брука за возможность попробовать Эльбрус-8С и поздравить их - восьмерка более чем достойный процессор и пожелать им успехов!
Российская компания МЦСТ, занятая разработкой отечественных процессоров, сообщила о готовности к серийному производству отечественных компьютеров на базе российского процессора Эльбрус 4С. Также была официально названа цена таких ПК. Компьютеры ориентированы не на домашнее применение, а предназначены для государственных учреждений, работающих с секретной информацией.
Характеристики Эльбрус-401 РС (так называется модель отечественного компьютера) вызывают достаточно неоднозначные впечатления. Смущает и цена устройства, которая составляет 200 тысяч рублей. Однако такая стоимость вызвана тем, что выпуск российских компьютеров требует вложений для создания и развития производства на территории РФ, а также тем, что устройства такого класса всегда стоят дороже аналогов потребительского класса. На данный момент в России осуществляется монтаж плат, а также конечная сборка ПК, однако в будущем планируется перенести на территорию РФ большее количество операций.
Характеристики Эльбрус-401 РС
Компьютер Эльбрус-401 РС создан на базе процессора Эльбрус 4С. Это четырехъядерный ЦП на архитектуре Эльбрус. Она является направлением развития VLIW архитектуры, разработанным в России. Также заявлена поддержка работы с программным обеспечением для x86-64, рассчитанным на процессоры Intel и AMD . Такая функциональность достигается не путем эмуляции, а с помощью менее ресурсоемкого механизма программно-аппаратной двоичной трансляции. «Родной» для Эльбрус-401 РС является ОС Эльбрус, происходящая от свободной ОС Linux, но также официально заявлена поддержка Windows XP и дистрибутивов Linux.
Процессор Эльбрус 4С имеет 4 ядра, работающие на частоте 750 МГц. Учитывая архитектурные различия, сравнивать частоту с обычными домашними и офисными ПК некорректно. Оптимизированное под архитектуру Эльбрус программное обеспечение обрабатывается со скоростью в 2-3 раза выше, чем на х86 процессоре с аналогичной частотой. Производится процессор по уже устаревшему техпроцессу 65 нанометров, так как наладить более тонкие нормы литографии в условиях РФ на данный момент невозможно. Пока что процессоры Эльбрус 4С производятся в Тайване, планируется перенос их производства в Россию.
Процессор оснащен трехканальным контроллером памяти DDR3 1600 МГц. В базовой конфигурации установлено 24 Гб ОЗУ, поддерживается ее расширение до 96 Гб. Для хранения данных предусмотрены SSD на 128 Гб и жесткий диск , емкостью 1 Тб. На плате распаяны 3 порта SATA для подключения накопителей. Также имеется флеш-накопитель формата CompactFlash на 16 Гб, используемый для нужд аппаратного алгоритма трансляции команд x86-совместимого ПО. Что интересно, SSD прикручен к плате винтами, покрытыми краской. Такой способ пломбирования позволяет определить факт демонтажа диска (который является системным и хранит основные данные) с целью копирования информации.
На материнской плате распаян интегрированный графический процессор Silicon Motion. Также Эльбрус-401 РС комплектуется дискретной видеокартой AMD Radeon. Она установлена в единственный слот PCI-E, работающий в режиме x8. Также имеется 2 слота PCI для периферийных устройств. Питается система от блока питания мощностью 450 Вт. Помимо системного блока, в комплект входят монитор на 23 дюйма, клавиатура и мышь.
В настоящее время компьютеры Эльбрус-401 РС ориентированы на использование в оборонной сфере а также государственных учреждениях, работающих с секретной документацией. По заявлениям разработчиков, мощностей Эльбруса достаточно для работы с офисными инструментами для редактирования и чтения документов. Теоретическая производительность ЦП Эльбрус 4С составляет 25 GFLOPS в режиме вычислений с двойной точностью, или 50 GFLOPS — с одинарной точностью. Это примерно сравнимо с ЦП современного ноутбука . Однако реальная эффективность, из-за VLIW архитектуры, очень сильно зависит от качества оптимизации программного обеспечения, поэтому может быть ниже.
