Последняя разработка зеленоградского НПЦ ЭЛВИС — микропроцессор MC-30SF6, который продолжает линейку многоядерных процессоров «Мультикор» — стала темой нескольких публикаций в СМИ: «Россия создаёт медленный процессор для спутников», написали «Известия».

В ЭЛВИСе не считают процессор медленным и подчеркивают, что на сегодняшний день это самый «быстрый» сигнальный микропроцессор для применения в космической аппаратуре при жестких внешних условиях — большом диапазон температур и радиационном излучении. Делать новые чипы будут на зеленоградском «Микроне».

Ключевые характеристики нового «космического» чипа и его конкурентные преимущества Zelenograd.ru выяснил у разработчиков.

«По сравнению с отечественными и зарубежными аналогами наш процессор отличает высокая производительность, а также наличие встроенных гигабитных каналов SpaceFibre, — рассказали в ЭЛВИСе. — Например, только по ядру DSP эта микросхема в десятки раз быстрее процессора, установленного в американском марсоходе Curiosity. А JPEG-сжатие изображений со скоростью 320 мегапикселей в секунду выполняется параллельно отдельным аппаратным ускорителем. По предварительным характеристикам – мы разрабатываем самый быстрый на сегодняшний день в мире радиационно-стойкий процессор, если не считать узкоспециализированные FPGA, где сравнимой производительности можно достичь на какой-нибудь одной конкретной задаче, при этом остальной функционал будет урезан. Процессор MC-30SF6 можно будет использовать в бортовой радиоэлектронной аппаратуре: в трактах обработки оптических и радарных систем, видеокамер, систем обработки и сжатия изображений в радиолинию. Область применения не ограничена космической сферой: это может быть, например, авионика».

На разработку нового микропроцессора до конца 2014 года выделено 220 миллионов рублей — работы финансирует Минпромторг в рамках федеральной целевой программы развития электронной компонентной базы до 2020 года. Изготавливать чипы будут на зеленоградском «Микроне», в конце 2014 года разработка должна завершиться выпуском опытной партии. Таким образом, микросхема получится полностью отечественной — все операции по её созданию, от разработки до изготовления и корпусирования, будут выполнены на территории РФ.

Для защиты от радиации кристалл процессора MC-30SF6 проектируется на базе радиационно-стойкой библиотеки, специально разработанной для фабрики «Микрон». Такой подход в России впервые реализован ЭЛВИСом, причем это уже не первая разработка на его основе: первоначально такую же библиотеку на предприятии создали под зарубежную фабрику, на базе которой был выпущен ряд микросхем — еще до запуска в Зеленограде линии по производству чипов 180 нм. Аналогичным способом проектирование процессоров (RadHard by Design) выполняют всего несколько компаний в мире, например, Aeroflex и Atmel. В России, на «Микроне», уже изготовлены и успешно прошли испытания три типономинала радиационно-стойких СБИС, разработанных ЭЛВИСом; параллельно ведется еще несколько проектов. Пример уже выполненной разработки — чип памяти 1657РУ1У, завоевавший первое место в конкурсе «Золотой чип 2013» за уникальные для КМОП-технологии параметры радиационной стойкости.

Новый процессор предназначен для непрерывной работы в течение 10–15 лет в условиях большого перепада температур (от минус 60°С до плюс 85°С) и суммарной накопленной дозы излучения до 200 килорад (все предварительные характеристики). Топологический уровень микросхемы процессора — 180 нм. Тактовая частота у разных ядер — от 100 до 160 МГц, при этом в ЭЛВИСе отмечают, что производительность таких процессоров принято измерять не в МГц, а в количестве операций в секунду — и по ней он более чем конкурентоспособен. Еще одно его конкурентное преимущество — стоимость: благодаря использованию относительно недорогой технологии производства — КМОП — микросхемы получаются в разы дешевле аналогов, которые обычно изготавливаемых по технологии «кремний на изоляторе» (КНИ).

«Существует несколько подходов для повышения радиационной стойкости электронных компонентов, — поясняют разработчики. — Первый — использование соответствующих технологий изготовления, таких как КНИ или КНС — «кремний на сапфире». Это дорогой вариант, но он позволяет достичь наилучших параметров стойкости микросхемы к излучению. Второй подход — выбранный нами — это специальные методы проектирования (топологические решения, другие формы транзисторов, избыточность на уровне стандартных ячеек), он обеспечивает приемлемые для большинства применений параметры стойкости при значительно меньшей стоимости изготовления чипов. Третий подход — сбое-отказоустойчивые решения на более высоком системном уровне (архитектура микросхемы, модуля, устройства), такие как резервирование данных, помехоустойчивое кодирование, специальные алгоритмы анализа и работы при сбоях и т.д.»

Процессору ЭЛВИСа дополнительную защиту от радиации будет давать физическое троирование регистров центрального процессор, а также защита внутренней и внешней памяти кодом Хэмминга, автоматически исправляющим ошибки.

«А вот упомянутые «Известиями» «покрытие оксидом кремния» и «корпус с позолотой» на самом деле не используются для защиты от радиации, — корректируют в ЭЛВИСе ошибки журналистов. — И архитектура у процессора не MIPS, на которой «был построен процессор незадачливого аппарата «Фобос-Грунт» — данная архитектура в MC-30SF6 только у одного встроенного ядра. Наш процессор представляет собой систему на кристалле с двумя независимыми DSP процессорами и CPU (с архитектурой MIPS), а также с аппаратным ускорителем сжатия JPEG, акселератором операций фильтровой и спектральной обработки и встроенными высокоскоростными каналами обмена информацией. Что касается MIPS — эта процессорная архитектура не имеет никакого отношения к незадачливости «Фобос-Грунта», слова представителя НИИЭТ истолкованы неверно. Термином «процессор» часто обозначают не чип процессора, а процессорный модуль, ЦВМ или просто системный блок ПК. Как следует из официальных выводов комиссии по причинам отказа аппаратуры «Фобос-Грунта», действительно, архитектуру всей машины сочли недостаточно продуманной, не были реализованы алгоритмы работы в ряде нештатных ситуаций — но речь никак не идет о микросхемах процессоров».

Одновременно с ЭЛВИСом и в партнёрстве с ним разработку собственной линейки радиационно-стойких микросхем ведёт и «Микрон». За последние три года его конструкторы создали ряд микропроцессоров и других схем, которые удовлетворяют требованиям российских стандартов и должны обеспечить бесперебойную работу космической аппаратуры на протяжении 10–15 лет — об этом в недавнем сюжете телеканала «Вести» рассказал Николай Шелепин, заместитель генерального директора по науке НИИМЭ и «Микрон». По его словам, в падении российских спутников зачастую виноваты импортные микросхемы, которые не всегда отвечают космическим требованиям или вообще не предназначены для использования в космосе.

«Мы ожидаем, что в ближайшей перспективе год-два будет очень массовое применение нашей элементной базы. И наши аппараты в космосе будут очень надежными», — заявил Геннадий Красников, руководитель группы компаний «Микрон».