Elbrus (supercomputer)

L'ITMiVT fu fondato nel 1948 come istituto dell'Accademia delle scienze dell'URSS e divenne il principale centro sovietico per il calcolo ad alte prestazioni sotto la guida di Sergej Lebedev, progettista del MESM e del BESM.^[1] Alla morte di Lebedev nel 1973 emerse una contesa interna sull'indirizzo futuro dell'istituto: Vladimir Mel'nikov propose una versione compatibile del BESM-10, mentre Vsevolod Burtsev sostenne un'architettura radicalmente nuova. La nomina di Burtsev a successore di Lebedev segnò la scelta definitiva a favore del progetto Elbrus.^[1]

I lavori sul primo Elbrus cominciarono nel 1973 con l'obiettivo di realizzare un sistema capace di 100 milioni di operazioni al secondo. Vsevolod Burtsev ne fu il progettista capo; Boris Babajan fu tra i suoi quindici vicedirettori.^[3] Il progetto si ispirò, pur in modo autonomo, all'architettura del Burroughs B 5000 americano, valutato come il sistema più interessante dell'epoca.^[1]

L'Elbrus-1 superò con successo i collaudi statali nel 1980, registrando una velocità di 15 milioni di operazioni al secondo. Era il primo computer sovietico realizzato con circuiti integrati TTL, con un'architettura scalabile che supportava fino a 10 processori in parallelo e una RAM condivisa fino a 64 MB.^[4] L'architettura implementava il sistema di memoria con etichetta (tag-based) e il linguaggio ALGOL come linguaggio di sistema, in maniera analoga ai sistemi Burroughs.^[2] Il Ministero della Difesa sovietico ne fu il principale utilizzatore. In parallelo fu sviluppata la variante Elbrus-1K2, un aggiornamento del BESM-6 del 1965.^[2]

Il secondo sistema della serie reimplementò l'architettura dell'Elbrus-1 su una base di circuiti ECL più veloci, raggiungendo nel 1985 una velocità massima di 125 milioni di operazioni al secondo con 10 processori, una RAM da 144 MB e una frequenza di clock di 20 MHz.^[4] L'Elbrus-2 fu paragonato dai ricercatori occidentali al Cray X-MP, uno dei supercomputer più avanzati dell'epoca.^[4]

Il sistema fu ampiamente impiegato in ambito militare e scientifico: nei centri nucleari di Arzamas-16 e Chelyabinsk-70, nel Centro di controllo del volo spaziale e — dal 1991 — nel sistema di difesa antimissilistica A-135.^[4] Per il progetto Burtsev ricevette il Premio Lenin, il massimo riconoscimento accademico sovietico; Babajan ottenne lo stesso premio nel 1987 specificamente per il design dell'Elbrus-2.^[1]

Tra il 1988 e il 1992 fu prodotto anche il calcolatore di uso generale Elbrus 1-KB, basato sulle tecnologie dell'Elbrus-2 e destinato a sostituire il BESM-6; ne furono costruiti circa 60 esemplari.^[4]

Il terzo sistema fu sviluppato da Boris Babajan a partire dal 1986 come macchina a 16 processori basata su un'architettura VLIW («istruzione molto lunga»), approccio che Babajan definì «post-superscalare». Fu uno dei primi sistemi al mondo a implementare tale filosofia progettuale, anticipando di circa un decennio architetture analoghe sviluppate in Occidente come Intel Itanium e le CPU Transmeta.^[5][6]

L'unico esemplare funzionante fu completato nel 1994, ma in quel momento mancavano fondi e committenti: il sistema non fu mai avviato alla produzione di serie.^[4] La sua architettura costituì tuttavia la base per tutti i successivi sviluppi della famiglia E2K.^[2]

Nel 1992, nel pieno della crisi economica post-sovietica, il team di sviluppo dell'Elbrus-3 fondò la società MCST (Moskovskij Centr SPARC Technologij), con Boris Babajan come principale figura di riferimento.^[2] Per raccogliere fondi necessari alle proprie attività, MCST siglò nel 1997 un accordo di licenza con Sun Microsystems per lo sviluppo di processori compatibili con l'architettura SPARC, dando vita alla serie Elbrus-90micro (1998–2010): una linea di processori SPARC — MCST R80, R150, R500, R500S, MCST-4R — operanti tra gli 80 e i 1000 MHz, impiegati tra l'altro nel sistema missilistico S-400.^[2]

Nel 1999 MCST presentò al Microprocessor Forum di San Jose il processore Elbrus 2000 (E2K), un design a 64 bit con architettura EPIC/VLIW in grado di eseguire sia istruzioni native Elbrus sia codice x86 Intel, con prestazioni teoriche di 10,2 GFLOPS a 1,2 GHz — dichiarate all'epoca superiori a quelle del nascente Intel Itanium.^[7] Tuttavia la mancanza di investimenti impedì la produzione di massa. Nel 2004 Babajan lasciò MCST per entrare in Intel come Intel Fellow, portando con sé parte del suo team E2K.^[1]

Il primo microprocessore commerciale basato sull'architettura E2K, con due processori VLIW a 300 MHz realizzato con una tecnologia a 130 nm, 50 milioni di transistor e capacità di eseguire 23 operazioni per ciclo di clock. Le prestazioni teoriche erano di 23,7 GIPS e 2,4 GFLOPS (64 bit).^[2]

Sistema ccNUMA a 4 processori basato sul microprocessore Elbrus-S operante a 500 MHz.^[2]

Processore a 4 core a 800 MHz, realizzato con tecnologia a 65 nm, con supporto per l'emulazione software di codice x86. La serie Elbrus-4S può eseguire fino a 23 istruzioni per ciclo di clock.^[8]

Processore a 8 core realizzato con tecnologia a 28 nm da TSMC, con frequenza di 1,3 GHz (8S) e 2.730 milioni di transistor. Supporta 4 canali DDR3-1600 ECC e ha un TDP di 80 W. Fu adottato da alcune agenzie governative russe, dal Ministero degli Interni e da società del settore oil & gas e ferroviario (la società Elteza di RZhD).^[9] Una valutazione condotta nel 2021 da SberInfra (il ramo tecnologico della banca Sberbank) ha tuttavia rilevato che la piattaforma Elbrus-8C non soddisfaceva i requisiti per i carichi di lavoro bancari critici, a causa di memoria insufficiente, bassa frequenza e scarso supporto software.^[10]

Versione migliorata dell'8C, con 8 core a 1,5 GHz, processo a 28 nm, 3.500 milioni di transistor, 4 canali DDR4-2400 ECC e 16 MB di cache L3. Le prestazioni dichiarate sono 576 GFLOPS in precisione singola e 288 GFLOPS in doppia precisione. Esegue il sistema operativo Elbrus OS 7.1, basato su kernel Linux 5.4.^[11]

Il processore più avanzato della serie prodotto prima delle sanzioni internazionali. Realizzato con tecnologia a 16 nm, dispone di 16 core a 2 GHz, 12 miliardi di transistor, 8 canali DDR4-3200 ECC, 32 corsie PCIe 3.0, 4 porte SATA 3.0 e un controller Ethernet a 10 GbE integrato. Supporta configurazioni SMP a 4 socket (fino a 16 TB di RAM complessiva). Le prestazioni dichiarate sono 1.500 GFLOPS in precisione singola e 750 GFLOPS in doppia precisione, con un incremento del 160% rispetto all'8SV.^[12] L'Elbrus-16C supporta per la prima volta la virtualizzazione nativa a livello hardware.^[9]

Nel settembre 2024 MCST ha presentato il processore Elbrus-2S3 al Forum «Microelettronica 2024» di Mosca. Si tratta di un SoC («Sistema su Chip») a 9 core (2 core CPU Elbrus + GPU + VPU), realizzato con tecnologia a 16 nm, con 4,3 miliardi di transistor e 2 canali DDR4-3200. È una versione ridotta dell'Elbrus-16S. Nel giugno 2024 Rostec ha presentato il primo minicomputer basato su questo processore; nel dicembre 2024 i PLC basati sull'Elbrus-2S3 sono stati registrati nel registro software del Ministero dello Sviluppo Digitale russo.^[13]

Nel settembre 2025 sono emersi documenti relativi all'Elbrus-8V7, prossima generazione basata sulla settima iterazione dell'architettura E2K, destinato a laptop, desktop e sistemi embedded industriali e di difesa. MCST sta sviluppando in parallelo l'Elbrus-32C, un processore a 32 core per supercomputer e data center, progettato per competere con AMD EPYC e Intel Xeon.^[14]