Процессоры

Дисклеймер: исследование началось в 2013 году, так что если считаете некоторые методы глупыми и опасными — вы правы, так и было. Тем не менее, я многому научился в процессе.

Вступление
Всё началось за несколько месяцев до рождения моего первого ребёнка. Мы с женой всегда хотели купить крутой фотоаппарат Leica и вдруг поняли, что если не купим сейчас, то уже долго не сможем это сделать. Поэтому мы заказали камеру M240 и… бум, нас поставили в очередь на полгода. Вскоре мне надоело ждать, и я начал изучать их сайт. Моё внимание сразу привлёк раздел с файлами. Ну, вы можете догадаться, почему… Прошивки!

Я увидел незашифрованный и несжатый файл (m8-2_005.upd), который начинается с магии PWAD. Узнаёте? Да, всё правильно, это формат Doom Patch WAD. Кажется, ребята любят классику. Формат очень хорошо документирован, так что распарсить его оказалось совсем несложно.

“CVAX — когда вы забатите довольно воровать настоящий лучший”.
Надпись, оставленная американскими инженерами для советских коллег в топологии микропроцессора.

Реверс-инжиниринг микросхем — головная боль производителей с самых первых лет существования микроэлектроники. Вся советская электроника в какой-то момент была построена на нем, а сейчас с гораздо большим размахом тем же самым занимаются в Поднебесной, да и не только в ней. На самом деле, реверс-инжиниринг абсолютно легален в США, Евросоюзе и многих других местах, с целью (цитирую американский закон) “teaching, analyzing, or evaluating the concepts or techniques embodied in the mask work or circuitry”.

Самое частое легальное применение реверс-инжиниринга — патентные и лицензионные суды. Промышленный шпионаж тоже распространен, особенно с учетом того, что электрические схемы (особенно аналоговые) часто являются ключевой интеллектуальной собственностью и редко патентуются — как раз для того, чтобы избежать раскрытия IP и участия в патентных судах в качестве обвиняющей стороны. Разумеется, оказавшись в ситуации, когда нужно защитить свою интеллектуальную собственность, не патентуя ее, разработчики и производители стараются придумать способы предотвращения копирования своих разработок.

Другое не менее (а то и более) важное направление защиты микросхем от реверс-инжиниринга — обеспечение безопасности информации, хранимой в памяти. Такой информацией может быть как прошивка ПЛИС (то есть опять-таки интеллектуальная собственность разработчика), так и, например, пин-код от банковской карты или ключ шифрования защищенной флэшки. Чем больше ценной информации мы доверяем окружающему миру, тем важнее защищать эту информацию на всех уровнях работы обрабатывающих ее систем, и хардварный уровень — не исключение.

Мы продолжаем публиковать новости процессоростроения и следить за выводом на рынок процессоров девятого поколения. Новая порция обладает немного необычной для Intel Core чертой: отсутствием графического ядра, что подчеркивается специальной литерой F в наименовании моделей. Впрочем, нашлось в ней место и для «стандартного» Core, открывающего класс i3 в текущем поколении.

AMD Ryzen Matisse третьего поколения выйдет в середине 2019 года: восьмиъядерный Zen 2 с PCIe 4.0 для настольных ПК



Моргните, и вы уже рискуете пропустить это событие: основной доклад AMD в этом году стал вихрем анонсов прайм-тайма для компании. Идея ясна: AMD пообещала использовать 7 нм техпроцесс в новых продуктах, начиная с 2019 года. Первыми представителями 7 нм станут процессоры Ryzen 3-го поколения для настольных ПК с ядрами Zen 2, и более чем достаточной производительностью, чтобы конкурировать с лучшим оборудованием Intel. Кроме того, в планах компании вернуть свои позиции в сегменте высокопроизводительных видеокарт, поскольку AMD собирается выпустить 7-нм графическую карту, которая сможет конкурировать в ценовом диапазоне около 700 долларов.

C. G. Bell, W. D. Strecker, “Computer What Have We Learned from the PDP-11,” The 3rd Annual Symposium on Computer Architecture Conference Proceedings, pp. l-14, 1976.

Эта статья, которую я выбрал сегодня, является ретроспективой компьютерного дизайна. Это одна из ряда статей Гордона Белла с различными соавторами, описывающей разработку, рост, и внезапную замену культовой линейки продуктов компании, миникомпьютеров PDP-11.

Последний ARM-чип компании Qualcomm для дата-центров — Centriq, вышел чуть более года назад и собрал на старте множество положительных отзывов. Но в середине декабря ИТ-гигант объявил, что закрывает направление, занимающееся производством процессоров для ЦОД.

Рассказываем, с чем связано такое решение и как оно отразится на отрасли в целом.

В этой статье представляем страницы, очень распространённую схему управления памятью, которую мы тоже применим в нашей ОС. Статья объясняет, почему необходима изоляция памяти, как работает сегментация, что такое виртуальная память и как страницы решают проблему фрагментации. Также исследуем схему многоуровневых таблиц страниц в архитектуре x86_64.

Этот блог выложен на GitHub. Если у вас какие-то вопросы или проблемы, открывайте там соответствующий запрос.

С пользой и радостью проведя новогодние каникулы, возвращаемся к делам нашим процессорным. На прошедшей в праздничные дни CES 2019 Intel показала нечто принципиально новое: Intel Lakefield, процессор или SoC (как желаете, рабочее название производителя — «гибридный процессор»), с вычислительными ядрами двух разных микроархитектур, встроенной графикой и памятью — и все это богатство соединяется вместе с помощью технологии Foveros. Мимо такого пройти никак не возможно — и мы не пройдем.

Сборка kernel

Объясню, почему не подходят существующие образы. Основная их проблема в том что они собраны на старом ядре 3.4, а это сразу накладывает ограничение на компилятор максимум версии 4 и ubuntu 12.04 точно, 14.04 не помню. Вот и выходит что если хочешь использовать последний софт и библиотеки то придется пересобирать последнее ядро. Конечно можно в исходниках снять ограничение на компилирование не ниже 5 версии gcc и исправить код чтоб собрался и под 4 версией, но это тот еще геморой. Не говоря уже о том что в нашем случае графическая часть линуха лишняя.

Для начала с kernel.org выкачиваем ядро 4.14.57 на тот момент это была последняя стабильная версия.

В папке с исходником создаем скрипт запускающий конфигурирование:

#!/bin/sh
make  	O=../olimex-kernel-4.14.57 		# папка где будет собрано ядро
	-j2 					# собирать в два потока
	ARCH=arm 				# тип процессора под который собирать
	CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  	# кросс компилятор
	xconfig				# запуск конфига

Получим что то вроде этого:

Четыре российские компании объединились для создания первого отечественного процессора, предназначенного для радикального повышения производительности компьютерных нейронных сетей, пишут «Известия». Эксперты сказали в комментариях газете, что российский чип должен быть вполне конкурентоспособен на «только формирующемся мировом рынке нейропроцессоров».

Нейронные процессоры — это специализированные чипы, которые осуществляют аппаратное ускорение работы алгоритмов искусственных нейронных сетей, компьютерного зрения, распознавания по голосу, машинного обучения и других методов искусственного интеллекта. Первые попытки производства таких микросхем, которые специализируются на распознавании образов, предпринимались в 1993 году, а сейчас такими уже никого не удивишь. А тем более использованием GPU для ускорения нейронных вычислений, что почти так же эффективно, как и специализированный ASIC.

Тем не менее, отечественные СМИ пишут о «процессоре для искусственного разума», а также об уникальном квантовом компьютере и других революционных достижениях российских учёных и инженеров.

В Лас-Вегасе сегодня началась главная выставка потребительской электроники. Больше 180 000 людей и 4400 компаний приехали в Лас-Вегас, чтобы показать и посмотреть последние гаджеты и технологии. В числе тех, кто похвастается своими техническими достижениями, будут Huawei, Intel, Samsung, LG, Asus, Qualcomm, Hyundai, TCL, Sony, Toyota и Hisense. Некоторые из них уже показали устройства, которыми собираются удивлять нас в новом году, а другие – выпустили долгожданные технологии, разработка которых велась много лет.

Итак, пришло время поговорить о следующем поколении мультиклеточных процессоров: MultiClet S1. Если вы впервые слышите о них, то обязательно ознакомьтесь с историей и идеологией архитектуры в этих статьях:

• «Мультиклеточный процессор — это что?»
• «Мультиклет R1 — первые тесты»
• «Компилятор С/С++ на базе LLVM для мультиклеточных процессоров: быть или не быть?»

На данный момент новый процессор находится в разработке, но уже появились первые результаты и можно оценить, на что он будет способен.

Все это собиралось из под Ubuntu 16.04.

Решение собрать прошивку родилось из за отсутствия в свободном доступе образа для этой платы (Olimex A13-Olinuxino). А производитель предлагал преобрести SD карту с образом и стоило что то около 10 евро на тот момент, что очень не устроило, к тому же она была рассчитана на наличие монитора.

Конфигурирование загрузчика будем формировать для загрузки с SD карты. Поскольку NAND памяти на плате нету а все остальные варианты загрузки слегка кривоваты (у кого получиться собрать uboot для загрузки с USB носителя, пусть сделает два шага вперед и поделится). Алгоритм загрузки процессора allwinner a13 можно найти на сайте производителя. Или вот вырезка из даташита.

Однажды в старой коробке была найдена была найдена борда Olinuxino от Olimex на процессоре A13 от Allwinner, с 512Мб на борту. Порывшись, там же был найден старый самодельный преобразователь интерфейсов USB – uart/spi на FT-шке (который когда то делался для прошивки AVRок) и блок питания от какого то радиотелефона, все это хозяйство на фотографии ниже.

Выкидывать жалко, мусор тоже хранить лишний не хочется, вот и было решено собрать из этого простенький веб сервер, на поиграться.

Массивный и аппаратный параллелизм — горячие темы 21 века. Для этого есть несколько приятных причин и одна довольно печальная.

Две приятные причины: комбинация отличной работы GPU в играх и при этом их неожиданное побочное использования в глубоком обучении ИИ, поскольку там на аппаратном уровне реализован массивный параллелизм. Печальная причина в том, что скорость однопроцессорных систем с 2006 года упёрлась в законы физики. Нынешние проблемы с утечкой и тепловым пробоем резко ограничивают увеличение тактовой частоты, а классическое снижение напряжения теперь натыкается на серьёзные проблемы с квантовым шумом.

Конкурируя за внимание публики, производители процессоров пытаются впихнуть в каждый чип всё больше процессорных ядер, рекламируя теоретическую общую производительность. Также быстро растут усилия на конвейеризацию и спекулятивные методы выполнения, которые применяют многопоточность под капотом, чтобы видимый программисту одиночный процессор быстрее обрабатывал инструкции.

Последний пост в году мы обычно посвящаем подведению его итогов — чем жила компания в 2018 и чего добилась. Скажем сразу: в уходящем году было маловато ярких событий. Похоже, это тенденция такая: яркость новинок неуклонно понижается. Но что-то в нем определенно произошло — вот на этом мы и остановимся. А чтобы было интереснее читать, разбавим текст лучшими короткими роликами Intel — теми, что набрали более миллиона просмотров на канале компании в YouTube. На КДПВ в этот раз — самое популярное видео года, 5 млн. просмотров

После нескольких мучительных месяцев ожидания недавно я получил свой HiFive Unleashed, и это невероятно круто. Для тех, кто не в курсе, HiFive Unleashed — это первый одноплатник на RISC-V с поддержкой Linux, ориентированный на потребителя. Если ещё не понятно, RISC-V — это открытая, свободная архитектура набора команд, а HiFive — открытый процессор, реализующий её. И вот он на моём обеденном столе:


Плата реально классная. В течение ближайших месяцев постараюсь подготовить всё необходимое для сервиса непрерывной интеграции builds.sr.ht, через который будет автоматизирована оставшаяся часть переноса Alpine Linux, а также установка любых других операционных систем (в том числе не-Linux) и пользовательских программ, которые вы захотите портировать на RISC-V. Я вполне уверен, что это будет первый подобный проект на оборудовании RISC-V, открытый для публики.

С 7 по 9 ноября в Институте космических и информационных технологий Сибирского федерального университета прошла I Зимняя школа «Цифровые встраиваемые системы». Участниками школы были студенты и аспиранты СФУ.

В этом руководстве я расскажу, как написать собственную виртуальную машину (VM), способную запускать программы на ассемблере, такие как 2048 (моего друга) или Roguelike (моя). Если вы умеете программировать, но хотите лучше понять, что происходит внутри компьютера и как работают языки программирования, то этот проект для вас. Написание собственной виртуальной машины может показаться немного страшным, но я обещаю, что тема удивительно простая и поучительная.

Окончательный код составляет около 250 строк на C. Достаточно знать лишь основы C или C++, такие как двоичная арифметика. Для сборки и запуска подходит любая Unix-система (включая macOS). Несколько API Unix используются для настройки ввода и отображения консоли, но они не являются существенными для основного кода. (Реализация поддержки Windows приветствуется).

Примечание: эта VM — грамотная программа. То есть вы прямо сейчас уже читаете её исходный код! Каждый фрагмент кода будет показан и подробно объяснён, так что можете быть уверены: ничего не упущено. Окончательный код создан сплетением блоков кода. Репозиторий проекта тут.

На прошедшем недавно Intel's Architecture Day 2018 был сделан ряд интересных и многообещающих анонсов, показывающих направление движение компании в течении следующих нескольких лет. В этом посте мы остановимся на новостях, связанных с графикой Intel: новом поколении графического ядра для процессоров Core, а также дискретном графическом адаптере Intel, который теперь получил свое имя.