Уральские ученые взялись за разработку новых процессоров

Николай Стрельцов, технический директор «Уральской архитектурной лаборатории», сравнивает процессоры с живыми существами — одно— и многоклеточными организмами. Эта аналогия помогает ему находить новые ниши на одном из самых конкурентных мировых рынков и разрабатывать архитектуру микропроцессора, который позволит вплотную приблизиться к созданию искусственного интеллекта и получать прибыль.

Год назад в Москве Борис Бабаян, член-корреспондент РАН и почетный сотрудник компании Intel, который стоял у истоков создания многих российских процессоров, в частности наи­более совершенного — «Эльбрус», при встрече долго разъяснял корреспонденту «ДК», почему России бессмысленно включаться в гонку микропроцессорных достижений. Такие разработки — удел транснациональных компаний, и патриотизм тут ни при чем. Однако в 2003 г . ноу-хау компании Николая Стрельцова в области микропроцессорных архитектур получили приз как лучший проект года на международной конференции в Далласе, Техас. А этим летом проект по созданию новых процессорных архитектур победил в конкурсе русских инноваций.

Мультиклеточный процессор увеличит качество и скорость обработки информации

Каким образом в Екатеринбурге появилась команда разработчиков микропроцессоров, да еще способная конкурировать на международном уровне?

— Наследие военно-промышленного комплекса. Это единственная отрасль в Союзе, где вычислительная техника была на уровне. Военные вкладывали деньги и радели за качество. Многое делалось в НПО Автоматики, где я тогда трудился. В гражданской индустрии копировать ноу-хау IBM стали еще в конце 1960-х гг., хотя тогда мы отставали от Запада всего на два-три года, а это решение сильно отбросило назад всю отрасль. Военные до перестройки еще выдерживали конкурентную гонку. Но к концу 1980-х гг. все рухнуло, Россия перешла на импортные процессоры.

Лично я процессорами стал заниматься в начале 1990-х гг. как хобби, а где-то в 2000-х гг. на нас вышла датская компания RDI ApS с предложением создать на основе наших идей параллельный DSP-процессор (специализированный микропроцессор, предназначенный для обработки одного типа задач, например преобразования звука. — Прим. ред.). Проект выполнялся специально сформированной компанией SYCS ApS и продолжался четыре года. Финансировал разработки датский венчурный фонд Symbion Capital. С него мы и начали заниматься процессорными архитектурами как бизнесом.

И чем все закончилось?

— Проекту немного не хватило до успешного завершения. Было вложено несколько миллионов долларов и в принципе уже можно было продавать техническое описание продукта, но датчане хотели обязательно выпускать свой кристалл, а это уже совершенно другие деньги.

Сейчас на мировом процессорном рынке существует несколько форм создания продукта. Например, в виде «мягкой версии», т. е. когда на продажу идет чистая интеллектуальная собственность — техническое описание процессора, схема, по которой он изготавливается. Второй вариант — когда сам пытаешься создать уже готовый продукт. Естественно, по начальным затратам это совершенно несопоставимые вещи. Датские инвесторы, на мой взгляд, необоснованно решили делать именно кристаллы, хотя я им предлагал довести работы по проектированию до конца, найти стратегического партнера, например Motorola, и завершить проект уже вместе с ним. Но Symbion Capital специализировался на биотехнологиях, и в ИТ они полезли в период интернет-бума конца ХХ в. — тогда было модно вкладывать деньги в эту сферу. Они все сделали так, как хотели сами, и кризиса дот-комов пережить не смогли. Фонд потерял деньги, SYCS ApS сейчас в стадии банкротства. Сформированный за четыре года коллектив распался. Часть программистов перешла в Sun Microsystem, что косвенно подтверждает уровень работ. Но зато мы за четыре года втянулись в проектирование архитектур, стали понимать законы мирового рынка.

Разве мировой рынок микропроцессоров не занят плотно? Как туда пробиться маленькой компании из Екатеринбурга?

— Есть классификация процессорных архитектур Майкла Флинна, предложенная еще в 1966 г. Когда мы стали ее анализировать, оказалось, что не все даже существующие типы в нее укладываются. Попробовали создать собственную. Если в старой было четыре класса, то у нас две группы по 28 и 50 видов, куда прекрасно вошли все типы процессоров, и осталось множество пустых ниш. В нашей таблице занято не более десяти клеточек, все остальное — непаханое поле. Мы выбрали два типа архитектур, которые необходимо разрабатывать в первую очередь. Создали «Уральскую архитектурную лабораторию» и сейчас трудимся над мультиклеточным процессором.

Это аналог многоядерных архитектур, которые предлагают Intel и AMD?

— Нет. У нас принципиально иное решение. Например, есть одноклеточное существо — инфузория туфелька. Есть многоклеточное — та же медуза. Есть колония одноклеточных. Разница в эффективности понятна. Сейчас абсолютно все делают только одноклеточные процессоры. Создание же многоядерных процессоров — это попытка объединить одноклеточные микроорганизмы в колонию. То, что предлагаем мы, — это аналог многоклеточного организма. Проще всего разницу увидеть на технологии обмена информацией между такими клетками. В нашем процессоре каждая клетка сможет напрямую работать с любой другой, в современных же — весь обмен идет через посредника, т. е. через память. Одно это дает нам принципиально другое качество и скорость обработки информации. До сих пор вся конкуренция между процессорными фирмами сводилась к технологии — кто больше мегагерц нагонит, кто больше элементов на один кристалл поставит, теперь конкуренция пойдет по такому типу — кто качественнее думает.

Лаборатория намерена выйти на рынок DSP-процессоров

Самый главный вопрос. Как вы собираетесь заработать и собираетесь ли вообще?

— Лицензия на обычное «мягкое ядро» DSP-процессора на мировом рынке стоит около $500-600 тыс. Самые простые ядра — примерно $100 тыс. Иногда применяется принцип выплаты авторского роялти — полпроцента от стоимости каждого выпущенного по лицензии процессора. Разработка нам обойдется не более чем в $200 тыс. Когда продадим первую лицензию, деньги на дальнейшее развитие у нас будут.

И когда будет коммерческий ­продукт?

— Сейчас мы завершаем работы по созданию мультиклеточного процессора — первого из семейства процессоров с хранимым алгоритмом. Проект финансирует Фонд содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника). К концу сентября должны завершить отработку модели процессора и патентование. Но грант выдавался только на создание прототипа самого процессорного ядра. Чтобы превратить его в продукт, придется придумать к нему программное обеспечение и электронную модель. Это наш следующий шаг. Для этого компании нужен инвестор. Нам потребуется около $50 тыс., это с учетом того, что фонд Бортника даст нам еще столько же, и тогда мы выдадим коммерческий продукт. Потом будем развивать модель дальше. Свободных клеточек в нашей классификации еще много.

Чужие патенты приходится в разработках использовать?

— Мы начали с нуля. Вообще. Чужими патентами не пользуемся — нет аналогов. И все наши разработки патентно защищены. Правда, часть из них, которые защищают технические решения синпьютера — нашего первого проекта, остались у датчан. И теперь мы договариваемся с ними о возврате того, что они не растеряли, забыв выплатить пошлины.

Теперь непонятно лишь одно — как вы находите в Екатеринбурге людей, которые могут проектировать процессоры?

— Специалистов, которые бы знали программирование с истоков, сейчас почти не готовят. Современные выпускники не понимают духа программирования. Нас учили начиная с машинных кодов, мы четко представляли, что такое архитектура процессора, как машинный код связан с другими языками программирования. Сейчас этого нет, потому и с кадрами сложно. Тем более что обычному программисту вообще-то такие навыки не очень и нужны. Но есть люди, создававшие различные микроконтроллеры. К примеру, в НПО Автоматики в свое время разрабатывали компиляторы (программа, преобразующая языки программирования в машинный код. — Прим. ред.). Мы их всех знаем и в случае необходимости привлекаем. Для разработки ядра ведь не потребуется много людей — можно ограничиться двумя-шестью. Собственно, и те инвестиции, которые мы ищем, почти полностью уйдут на оплату труда программистов.

На какие задачи будет ориентирован ваш процессор?

— Есть два больших класса микропроцессоров: процессоры общего назначения, которым все равно, какие данные обсчитывать, и DSP-процессоры, они заточены под одну конкретную задачу, например цифровую обработку звука. Отличаются типы в основном системами команд, но этих отличий постепенно становится все меньше. Ведь разница порождена необходимостью создать оптимальную систему команд под задачу, но поскольку наш процессор работает с обычными языками программирования, то он уже по сути универсальный, хотя по форме — DSP. Кроме того, есть интересное мнение, что на процессорах традиционной архитектуры сделать даже некое подобие искусственного интеллекта нельзя: слишком велик семантический разрыв. Мультиклеточный процессор ближе к разуму. Он не только даст на той же технологии прирост производительности в 1,5-2 раза и снижение энергопотребления в 10-15 раз, но и в перспективе сможет генерировать цепочки команд по аналогии, выявлять зависимости между командами — в общем, поможет в будущем моделировать «невычислимость» сознания.

В итоге рассчитываете на рынок универсальных процессоров?

— В первую очередь мы готовимся выйти на рынок DSP-процессоров — он мобильнее, порог входа существенно ниже. В мировой практике много небольших компаний, разрабатывающих процессорные ядра. Кому-то нужно от процессора минимальное энергопотребление, кому-то это безразлично — и они готовы все принести в жертву вычислительной мощи. Рынок достаточно емкий и разнообразный: и в автомобиле, и в микроволновке должны быть микрочипы, но совершенно разные. Потому-то этот сегмент рынка далек от монополизации. Путь на рынок универсальных процессоров практически закрыт. Это подтверждает и опыт Бориса Бабаяна. Единственная возможность отметиться — предложить что-то новое и продавать свои идеи лидерам, таким как Intel или AMD, ну, может, еще Sun, IBM или Via. Тут список игроков сильно ограничен. Между тем на рынке DSP-процессоров заметных участников несколько десятков. Вообще, проблема рынка в том, что «нет плодотворной дебютной идеи», поэтому и основные игроки давно не менялись. Что-то может сдвинуться, если сформируется принципиально новый подход к построению процессорных архитектур, тогда рынок начнет видоизменяться. Мы надеемся, что мультиклеточный процессор станет первым камешком в этом процессе.

Текст: Даниил Силантьев. dk@apress.ru

ПОДПИСЬ:

Николай Стрельцов создает архитектуру принципиально новых процессоров, надеясь заинтересовать своими разработками лидеров мирового рынка.