«Байкал Электроникс»: и один в поле воин

16 февраля 2016
«Байкал Электроникс» – первая и единственная на сегодняшний день российская компания, разработавшая коммерческий микропроцессор общего назначения для открытого рынка. Ее продукции еще предстоит завоевать место под солнцем, но уже сегодня ясно, что первый блин не вышел комом и в конкуренции с грандами, среди которых Qualcomm, Freescale, Cavium, «Байкал Электроникс» не выглядит аутсайдером. Это обстоятельство и побудило нас к интервью с Григорием Хреновым, д.ф.м.н., техническим директором «Байкал Электроникс».

Основные характеристики микроконтроллера Baikal-T1:
·          2 ядра Warrior P5600 MIPS32r5, частота до 1,2 ГГц;
·          напряжение питания ядра: 0,9 В;
·          число выводов корпуса: 576; 
·          кэш L2: 1 Мбайт;
·          объем внешней памяти SDRAM: до 8 Гбайт;
·          контроллер памяти: DDR3-1600;
·          энергопотребление: менее 5 Вт;
·          технологический процесс 28 нм;
·          интегрированные интерфейсы: 1 порт 10 GbEthernet; 2 порта 1 GbEthernet; контроллер PCIeGen.3; 2 порта SATA 3.0; USB 2.0; 32-bitGPIO; 2xUART;3xSPI;3xI2C.
 
– Расскажите о компании – об истории ее появления, учредителях, численности.
 
История «Байкал Электроникс» начинается в 2012 г. По инициативе Всеволода Опанасенко, поддержанной Минпромторгом РФ, а позже «Роснано», был создан центр разработки, задачей которого стало создание семейства высокопроизводительных многоядерных систем на кристалле (СнК), способных на равных конкурировать на российском и глобальном рынках. Предпосылками для этого проекта стали три фактора:
1) коммерческий потенциал для нового процессора в России, где доминируют иностранные производители микропроцессоров;
2) наличие свободной ниши в развивающемся сегменте эффективных и высокопроизводительных процессорных архитектур, отличных от х86. Эта ниша не ограничена только российским рынком, что позволяет выйти на большие объемы производства и конкурировать с иностранными производителями;
3) необходимость развивать собственные компетенции в микроэлектронике. В отрасли идет непрерывная смена не только технологий производства, но и технологий проектирования. И если упустить момент, то возникнет опасность навсегда отстать от иностранных разработчиков.
На сегодняшний день в компании работает 95 человек, основная часть сотрудников – инженеры.
 
– Почему Вы выбрали ядро MIPS для микропроцессора, хотя ядро ARM более распространено?
 
– Это не совсем верное утверждение. Компании, специализирующиеся в телекоме и мультимедиа, используют ядра MIPS. Например, Cavium занимает значительную долю рынка микросхем для телекома и также использует MIPS. При этом их микропроцессоры (МП) хорошо известны высокой производительностью и функциональными возможностями.
Коммуникационные инфраструктуры мы рассматривали как одно из ключевых приложений для нашей СнК, поэтому и выбрали архитектуру MIPS. Уже в составе ImaginationTechnologies появились новые ядра серии Warrior с архитектурой MIPS. Кстати говоря, мы рассматривали еще и ядра компании Tensilica, которая в настоящее время входит в Cadence. Это тоже очень интересные конфигурируемые ядра, но в тот момент мы остановили свой выбор на Warrior. Таким образом, мы перебрали несколько возможных вариантов. По ряду причин вариант с ПЛИС мы сразу исключили из рассмотрения.
Мы очень серьезно подошли к выбору архитектуры и постарались учесть все факторы. Поскольку мы понимали, что при выходе на открытый рынок нашему микропроцессору придется конкурировать с сильными зарубежными производителями, такими как Qualcomm, Freescale, Cavium, он не должен уступать конкурентам ни по функциональным возможностям, ни по цене.
 
– Учитывались ли при выборе ядра квалификация сотрудников, их опыт?
 
У наших сотрудников высокая квалификация. Одни из них уже работали с MIPS, другие – с ARM, а кто-то даже участвовал в разработках собственных ядер. Мы были уверены в квалификации своих инженеров и не сомневались в их способности быстро освоить любую архитектуру.
 
– ВыборMIPS окончателен или возможны варианты?
 
– Для линейки Байкал-Т – да. Коммуникационные решения мы будем развивать на платформе MIPS. Конечно, мы не будем себя ограничивать. Мы отлично понимаем, что если выйдем на рынок только с одной СнК, то едва ли добьемся серьезного успеха, – необходимо несколько линеек продукции.
В настоящее время мы параллельно работаем над проектом с использованием 64-бит ядра ARM.
При выборе архитектуры мы не руководствуемся соображениями «лучше» или «хуже». Обе архитектуры отлично подходят для наших задач, у них обеих – отличный потенциал. При выборе, скорее, следует ориентироваться на традиции использования архитектуры в конкретных приложениях.
Не секрет, что в инженерных кругах существует определенный консерватизм. Если, к примеру, в каком-то сегменте используются ARM-процессоры, то едва ли следует предлагать MIPSна этом рынке. И дело не в косности, а в трезвом расчете. Суть в том, что специалисты, работающие с этим приложением, привыкли к определенной архитектуре, и нет смысла ее менять, т.к. разработчикам потребуется переучиваться, что увеличит время проектирования и риск ошибки. К тому же, при переходе на новую архитектуру сложно использовать уже наработанные программные решения и библиотеки.
 
– Многие производители микропроцессоров производят модели с очень малым потреблением.
 
– Я понял, о чем Вы спрашиваете. В приложениях, на которые мы ориентированы, не требуются такие микропроцессоры. Тем не менее, микросхемы со слишком большим энергопотреблением неконкурентоспособны. Поэтому мы использовали некоторые методы по уменьшению потребляемой мощности, например, за счет динамического изменения частоты.
Однако мы не стали применять наиболее действенные методы – отключение питания неиспользуемых в тот или иной момент доменов. Эти методы используются в мобильных приложениях, где, прежде всего, необходимо увеличить срок службы батарей. Нам это не даст конкурентных преимуществ, а время разработки увеличится. Поскольку мы нацелены на промышленные, а не на мобильные приложения, мы включили в состав МП интерфейсы Ethernet, PCIe, SATA. В разных приложениях требуется разное соотношение производительность/энергопотребление. Для нас в данном проекте производительность важнее.
 
– Первый чип – и сразу по технологии 28 нм. Не слишком ли велик риск? Может быть, стоило начать, например, с 90 нм?
 
– Технология 28 нм, действительно, непростая. Ее использование связано с немалыми трудностями, но, как я уже говорил, мы были уверены в своих специалистах. К тому же, для нас важна конкурентоспособность. У нас коммерческая компания, которая должна зарабатывать на своей продукции. Если бы мы сделали свой МП по технологии 90 нм, размер его кристалла получился бы существенно больше, а стоимость – выше. Такой МП не был бы востребован на конкурентном рынке.
 
– Давайте перейдем к периферии.
 
– Значительную часть периферийных блоков мы купили. Так в настоящее время поступают практически все производители СнК. На современном рынке имеется немало компаний, специализирующихся на разработке готовых IP-блоков. Это очень большая, сложная и дорогостоящая работа, которую делать самим нет смысла.
Допустим, мы сами взялись за разработку с нуля всех IP-блоков. Окончательная отладка из-за их сложности возможна только в кремнии, т.е. блок необходимо изготовить. Циклы разработки и производства, а затем испытания и тестирование займут не менее полутора лет. Скорее всего, потребуется внести изменения, после чего вновь изготовить и протестировать блоки, на что уйдет еще не менее полугода. С такими темпами разработка всего МП затянется на годы. Когда мы выйдем на рынок, наша продукция будет уже никому не нужна – нас опередят конкуренты. Поэтому выгоднее приобрести готовые блоки, а не разрабатывать их самостоятельно. И хотя их стоимость высока, игра стоит свеч.
Не следует думать, что, купив готовый блок, достаточно подключить его к стандартной шине, и дело сделано. Ничего подобного! Блок следует правильно сконфигурировать под архитектуру изделия и обеспечить требуемые функциональные характеристики, а это, поверьте, непросто. К тому же, топологию блоков мы разрабатывали сами. Да и не все блоки можно купить – некоторые пришлось создавать самим.
 
– Вы хотите сказать, что сами, не имея опыта работы с технологией 28 нм, создали топологию, и у вас все получилось с первого раза?
 
– Да, именно так. У нас даже не было опыта работы с 40-нм технологиями. Тем не менее, все заработало с первого раза, и серьезных проблем не возникло. Сейчас, перед массовым производством, мы внесли некоторые изменения – улучшения.
 
– Как осуществлялось взаимодействие с производителем?
 
– Когда мы выбирали производителя, то только три компании работали с 28-нм процессом. Выбор пал на TSMC. Поскольку эта компания занимает более половины рынка контрактного производства микросхем, разработчики IP-блоков, в первую очередь, ориентируются на TSMC. По этой причине на рынке имеется большое количество IP-блоков, ориентированных на технологии данной компании.
У нас не было опыта работы с TSMC– взаимодействие выстраивалось на ходу. Этим занимался я и еще один мой сотрудник. Мы работали не напрямую с TSMC, а через бельгийский институт IMEC. Он собирает для этой фабрики заказы, объемы которых относительно невелики по меркам TSMC. Примерна такая же ситуация и в производстве корпусов, где крупнейшим производителем является ASE. С этой компанией, которая предоставляет комплекс услуг по производству корпусов, сборке, тестированию, мы и работали.
Функциональные испытания и исследования опытных образцов мы проводили у себя. Блоки функционального контроля тоже разрабатывали сами совместно со специалистами материнской компании «Т-Платформы». По результатам всех испытаний процент выхода годных образцов оказался очень большим, что свидетельствует не только о зрелости технологии, но и о качестве проектирования МП. Но мы говорим об исследовании опытных образцов, на которых мы проверяли в т.ч. свои проектные решения. При серийном производстве нам потребуется специальное тестовое оборудование, которое позволит автоматизировать процесс разбраковки кристаллов и проводить окончательные испытания после корпусирования.
 
– Расскажите о средствах отладки. Разрабатывает ли компания свои программные библиотеки, стеки?
 
«Байкал Электроникс» поставляет средства разработки SDK (software development kits), в которые входят библиотеки, компиляторы, отладчики, средства портирования, драйверы. В этом вопросе мы тесно взаимодействуем с Imagination Technologies. Кроме того, мы производим демонстрационные платы (referenceboards). Некоторым нашим заказчикам мы помогаем портировать программное обеспечение в наши микропроцессоры.
Поскольку у нас небольшая фаблесс-компания, которая, прежде всего, занимается разработкой кристаллов, мы не пишем прикладные стеки и библиотеки, как это делают крупные фирмы. Наши программисты создают тесты, SDK, заняты операционной системой. Отчасти им приходится заниматься и вопросами техподдержки.
 
– Вы планируете разрабатывать МП для авиакосмической или военной промышленности?
 
Мы работаем только на отрытом рынке и в ближайшем будущем не думаем о деятельности в других сегментах. К нашей продукции уже проявляют интерес не только на российском, но и на зарубежных рынках. В нашей ценовой категории это, пожалуй, единственный МП со встроенной технологией 10 GigabitEthernet и шиной PCIe Gen 3. Мы не пытаемся объять необъятное и потому продолжим работу в том сегменте рынка, где уже кое-чего добились.
 
– Если не секрет, у компании уже сформирован портфель заказов?
 
На текущий момент подтвержденный интерес к нашей продукции проявили около сотни отечественных производителей устройств и несколько зарубежных. Среди наших контрагентов такие компании как «Акситех», НИИ «Масштаб», Qtech, «Т-Платформы», Fastwel. У нас подписаны соглашения о сотрудничестве с мировыми грандами.
 
 – Ведутся ли в компании перспективные разработки? На сколько лет вперед Вы смотрите?
 
Перспективные разработки, конечно, ведутся. Нельзя стоять на месте. В настоящее время мы организуем специальное подразделение перспективных разработок. Мы изучаем рынок, проводим маркетинговые исследования, определяем, на какие приложения в ближайшие два–три года будет самый высокий спрос, какие технические требования станут предъявляться к МП для этих приложений.
В настоящее время мы работаем над 8-ядерным процессором. По нашим задумкам, он будет востребован в микросерверах, в приложениях с большим объемом вычислений. Мы достаточно хорошо представляем себе будущее компании на пять лет вперед, но говорить сейчас об этом в подробностях, думаю, не стоит.
 

Материал подготовил Леонид Чанов