Elbrus Computer: los microprocesadores rusos

Actualizado a: 16 de abril de 2024

Durante mucho tiempo, la guerra entre la URSS, o Rusia, y Estados Unidos ha estado muy activa, tanto en el campo de batalla, como a nivel espacial y tecnológico. Hoy te vamos a presentar Elbrus, una compañía que está tratando de crear tecnología propia, como los microprocesadores, para no depender de su archi-enemigo. Algo así como lo que está haciendo China con la tecnología tras las restricciones impuestas por EE.UU., especialmente a nivel de la nube, las CPUs y las GPUs.

Contenido

Los inicios

La historia de la informática en la Unión Soviética comenzó a finales de la década de 1940 cuando el país comenzó a desarrollar su «Máquina Electrónica de Cálculo Pequeña» (MESM) en el Instituto de Electrotecnología de Kiev en Feofaniya. Inicialmente, hubo oposición ideológica a la cibernética en la Unión Soviética, pero esto cambió durante la era de Jruschov cuando se alentó la producción de ordenadores para competir así con la otra gran superpotencia de la época: Estados Unidos.

Sin embargo, para principios de la década de 1970, la industria de la informática soviética estaba en desorden debido al trabajo no coordinado de diferentes ministerios gubernamentales, la falta de estándares comunes para periféricos y la falta de capacidad de almacenamiento digital. La Unión Soviética estaba rezagada tecnológicamente en comparación con la industria de semiconductores de Occidente. Como resultado, se decidió abandonar el desarrollo de diseños originales de ordenadores y se alentó la clonación de sistemas occidentales existentes.

Surgieron en esta época, especialmente en Europa del Este, clones sin licencia de chips populares como el 8080, el Z80, y otros muchos chips americanos. Esto logró disponer de diseños ilegales, pero funcionales utilizados tanto para uso particular, gubernamental y también en el apartado militar. No obstante, tuvieron varias denuncias por infringir la propiedad intelectual, aunque lo cierto es que los clones ilegales se hicieron muy populares.

La industria soviética, sin embargo, no pudo producir ordenadores con estándares de calidad aceptables, y las copias de hardware occidental eran poco fiables. A medida que los PCs se difundieron en Occidente, el atraso tecnológico de la Unión Soviética aumentó más y más, creando una brecha casi insalvable, y con los nuevos chips cada vez más complejos y con medidas para evitar la ingeniería inversa, la clonación se hizo inviable en muchos casos. Casi todas las empresas de informática soviéticas cesaron sus operaciones después de la disolución de la Unión Soviética. Y, muchos de los desarrolladores y especialistas de este gremio emigraron al extranjero para trabajar en otros países, algunos fueron hacia países postsoviéticos, otros a otros muchos.

En la década de 1980, se produjeron algunos desarrollos notables, pero la industria de la informática de Rusia continuó estancada. Con la llegada de la perestroika, hubo un intento de mejorar la alfabetización informática en las escuelas, y se introdujeron ordenadores personales en las aulas y el mercado de consumo. Sin embargo, a pesar de ciertos avances, la industria nunca pudo ponerse al día con Occidente y sufrió problemas de calidad y fiabilidad serios.

Sea como sea, Rusia no pudo competir a nivel global en tecnología, y casi no pudo hacerlo a nivel nacional…

Serguéi Lébedev: el pionero ruso

Serguéi Alekséievich Lébedev (nacido en 1902, en Nizhni Nóvgorod, y murió en 1974, en Moscú) fue un destacado ingeniero electrónico soviético y uno de los fundadores de la informática en la Unión Soviética y Rusia, todo un pionero y que sentó las bases de las sucesivas generaciones rusas en este ámbito.

A lo largo de su vida, desempeñó un papel fundamental en el desarrollo del ordenador en su país. Dirigió la creación de quince proyectos de ordenadores diferentes, desde las primeras máquinas con válvulas termoiónicas en la década de 1950 hasta sistemas basados en circuitos integrados en los años 1970.

Gracias a sus contribuciones se crearon proyectos que fueron usados en los países soviéticos y Rusia en campos de investigación espacial y aplicaciones militares, como el primer sistema defensivo antibalístico basado en cohetes interceptores en 1961.

Su trabajo en electrificación y estabilidad de sistemas de energía eléctrica lo llevó a investigar la informática, que prácticamente estaba floreciendo por aquel entonces. Durante la Segunda Guerra Mundial, contribuyó al esfuerzo de guerra desarrollando sistemas de estabilización para cañones de tanques y diseñando misiles aire-tierra autodirigidos para el ejercito rojo.

Después de la guerra, asumió un papel importante en el desarrollo de ordenadores, una vez que el gobierno comunista no necesitaba tanto de esa tecnología militar. Fue entonces cuando creó la MESM, el primer ordenador programable en la Europa continental. Posteriormente, trasladó su enfoque a la BESM, otro modelo de alta velocidad que allanó el camino para los avances en la informática en la Unión Soviética. Bajo su liderazgo, se desarrollaron numerosos modelos, incluida la BESM-6, que se convirtió en la base de la informática soviética y rusa.

Serguéi Lébedev continuó innovando y contribuyó a la transición de la tecnología de válvulas electrónicas a transistores. También fue un firme opositor a la copia del IBM 360 en su país y defendió la producción de ordenadores propios. Y su trabajo dio lugar a la serie de ordenadores Elbrus de los que posteriormente comentaremos largo y tendido.

Por todo este legado, recibió numerosos premios y reconocimientos, incluyendo la Orden de Lenin y el título de Héroe del Trabajo Socialista. Posteriormente, en 1996, se le otorgó póstumamente la medalla Charles Babbage en reconocimiento a su papel en el desarrollo de las primeras calculadoras electrónicas.

Numerosos y desconocidos proyectos

Los sistemas informáticos soviéticos/rusos han dejado multitud de sistemas de todo tipo, algunos de ellos muy interesantes. Sin embargo, la mayoría de ellos son totalmente desconocidos en Occidente. Pero aquí te muestro algunos casos interesantes:

Microprocesadores

Rusia no quiso quedarse atrás ante la tecnología de Estados Unidos, y por ello creó un enorme repertorio de microprocesadores o CPUs completmaente desconocidas para la mayoría:

MCST: el artífice del Elbrus que más adelante veremos con más detalle…
ELVEES Multicore: estos chips son un diseño híbrido entre una CPU RISC y un DSP multinúcleo y con diseños como el 1892VM3T, 1892VM2Ya, 1892VM5Ya, 1892VM4Ya, NVCom-01, NVCom-02, etc.
NIISI: se trata de una serie de CPUs de diversas arquitecturas, como la KOMDIV-32, que era una implementación de la ISA MIPS de 32-bit y compatible con el MIPS R3000, y con una frecuencia de reloj de 90 Mhz. También está el KOMDIV-64 (1890VM5), una versión superescalar, en orden, a 350 Mhz, y de 64-bit, también basado en MISP IV.
NTC Module: tenemos una serie de DSPs NeuroMatrix como el NM6403, un dual core VLIW/SIMD con dos unidades RISC de 32-bit principales y un coprocesador vectorial de 64-bit. También está el NM6404, NMC, NMRC, etc.
Multiclet: es un diseño post-von Neumann, un microprocesador multicelular como el MultiClet P1 o el MultiClet R1, que era reconfigurable de forma dinámica.
Baikal Electronics: esta empresa rusa también diseñó algunos procesadores como el Baikal T1, un chip MIPS32 de doble núcleo a 1.2 Ghz.
Typhoon: tenemos diseños híbridos y multinúcleo basados en TRIPS y Multicell, como las series Typhoon basados en una ISA denominada con el mismo nombre.

Por supuesto, no podemos conocer otros proyectos clasificados para uso militar, pero estos son algunos de los más importantes…

Ordenadores

Uno de los principales desarrolladores de ordenadores fue el propio Ministerio de Radio Tecnología de Rusia. Entre sus lanzamientos destacan:

Agat: era un clon soviético del Apple II, que se puede ver en la imagen superior.
ES EVM: un clon del mainframe de IBM.
ES PEVM: un clon compatible con el IBM PC.
M Series: una serie de mainframes y minicomputadores para competir contra la tecnología estadounidense.
Poisk: otro clon del IBM PC-XT.
Ural: otra serie de mainframes.

Por otro lado, también bajo el Ministerio de Fabricación de Instrumentos se crearon algunos proyectos destacados, como:

Iskra: fue una serie de modelos de ordenadores que tuvieron varias arquitecturas, una de ellas un Intel 8086 XT clónico, como el Iskra-1030 que ves en la imagen anterior.
SM EVM: un clon del PDP-11 de DEC, aunque también era compatible con otras arquitecturas como la x86 de Intel, VAX de DEC y HP 2100.

Bajo otro de los numerosos ministerios soviéticos, esta vez el Ministerio de Industria Electrónica, también se hicieron algunos diseños gubernamentales como:

DVK: fue una familia de clones del PDP-11 de DEC.
Elektronika BK-0010: otro clon, esta vez de un LSI-11. No obstante, hubo algunas variantes de este que también fueron clones del DEC F11, J11, etc. E incluso un clon del popular Cray de alto rendimiento, como el Elektronika SS BIS.

La Academia de las Ciencias Soviética también sería otra de las creadoras de importantes proyectos de informática. Por ejemplo:

BESM: que cité anteriormente cuando nombré a Sergey Lebedev, y que es una serie de mainframes soviéticos.
Besta: un ordenador basado en el Motorola 68020 y con un clon del Sun-3, con sistema Unix. Concretamente corría el sistema operativo Bestix.
Elbrus: una serie de mainframes y ordenadores personales de alto rendimiento que es el tema principal que nos ocupa en este artículo, y que luego analizaré más a fondo.
MESM: el primer ordenador de la Unión Soviética lanzado en 1950.

Otras compañías de los países de la Europa del Este, bajo la influencia de la URSS y dentro de la propia Rusia, también se crearon clones de ordenadores y sistemas muy populares en la época, como dije anteriormente. Por ejemplo:

ZX Spectrum: hubo multitud de clones soviéticos de este ordenador, como el Hobbit, el Dubna 48k, ATM Turbo, Pentagon, Radon Z, o el Scorpion.
5E** Series: se trata de una serie de ordenadores para uso militar, algunos de ellos originales y otros clones. Por ejemplo, el 5E76 fue un clon del IBM/360.
Argon: otra serie de ordenadores de tiempo real para uso militar.
Juku: un ordenador para uso en las escuelas de Estonia.
GVS-100: un misterioso ordenador híbrido.
Micro-80: un PC experimental basado en chips 8080 clónicos. También hubo algunos derivados o versiones modificadas de éste, como el Radio-86RK.
PS Series: se trataba de supercomputadoras multiprocesador creadas en Rusia en los 80s, como el PS-2000 y el PS-3000.
Radon: otro ordenador de tiempo real diseñado para la defensa antiaérea.
Vesna y Sneg: algunos mainframes tempranos.

Aunque hubo más proyectos, estos son algunos de los más interesantes en el apartado del hardware…

Software

Los rusos no solo estuvieron interesados en crear sus propios sistemas de hardware, también lo hicieron con el software, y con los sistemas operativos, donde tenemos:

Para el BESM: para este ordenador se crearon tres sistemas operativos, el D-68, DISPAK y DUBNA.
Para el Besta: tenemos el sistema operativo Bestix, un clon de Unix.
Para ES-EVM: se creó un clon de DOS conocido como DOS/ES y también otro denominado OS/ES pasado en OS/2. También hay que incluir aquí el MISS (Multipurpose Interactive timeSharing System).
Para SM EVM: este otro ordenador también tuvo sistemas operativos rusos propios, como OSRV, un sistema operativo soviético multi-usuario bastante popular allí, el DMOS basado en BSD (Unix) para x86, o el INMOS.
Para microordenadores: algunos de estos equipos de 8-bit también tuvieron desarrollos como el MicroDOS, que realmente era un clon del CP/M 2.2.
Para los clones ZX Spectrum: para estos clones de los equipos Spectrum hubo sistemas operativos rusos como el DNA-OS y el iS-DOS.

Junto con los sistemas operativos, también podemos encontrar multitud de software de aplicación ruso, e incluso videojuegos…

Elbrus: los microprocesadores 100% rusos

Elbrus es una línea de sistemas informáticos rusos desarrollados por el Instituto Lebedev de Mecánica de Precisión e Ingeniería Informática. El objetivo es no depender de la tecnología de Estados Unidos en sistemas críticos como en su programa espacial, la investigación de armas nucleares, sistemas de defensa, investigaciones científicas, etc.

Hay que decir que Elbrus no solo se basa en una ISA, sino que ha ido cambiando a lo largo de la historia. Uno de los primeros lanzamientos fueron para los ordenadores soviéticos de cuarta generación desarrolladas por Vsevolod Burtsev, y que tuvieron su inspiración en los sistemas americanos de Burroughs.

Tras la retirada de Burtsev llegaría Boris Babayan como desarrollador principal de los nuevos Elbrus, y que también trajo consigo la introducción de una ISA totalmente nueva. A diferencia de la Elbrus 1 y Elbrus 2, usarái un enfoque VLIW (Very Long Instruction Word).

Sin embargo, en 1992 se crearía una empresa derivada de esta institución y que se llamaría MCST, o Moscow Center of SPARC Technologies, y qu ese encargaría de continuar el desarrollo del Elbrus, usando este nombre como marca comercial para los sistemas resultantes.

A finales de la década de los 90, se desarrollarían varias CPUs Elbrus basadas en la ISA SPARC, que era americana pero que permitía el uso por parte de terceros. La idea era recaudar fondos para poder invertir para desarrollar propiedad intelectual propia, y cumplir con las necesidades del sector nacional y militar crítico, que podría ser susceptible de puertas traseras.

Modelos Elbrus

A lo largo de su historia, se han producido varios modelos de Elbrus que voy a citar aquí, como:

Elbrus 1: aparecería en 1979, y fue el primero de la línea. Desarrollado para actualizar el ordenador BESM-6 de 1965. Usaba 10 procesadores superescalares, con ejecución fuera de orden y una ISA propia tipo RISC de la que se desconocen más detalles.
Elbrus 2: llegaría en 1984, para actualizar a los sistemas basados en Elbrus 1. En este caso se usaba lógica ECL para conseguir mayor frecuencia de reloj.
Elbrus 3: en 1990 llegaría este otro diseño, con 16 procesadores desarrollados por el equipo de Babayan, y siendo una de las primeras VLIW del mundo. De hecho, hubo controversias entre esta tecnología y la Intel Itanium «EPIC» desarrollada junto con HP, cuando abandonaron sus PA-RISC en favor de los chips de Intel. De hecho, hay quien dice que EPIC fue diseñada por Elbrus y copiada por los americanos.
Elbrus-90micro: ordenador fabricado entre 1998 y 2010, y focalizado a usarse en sistemas de control de misiles S-400. Empleaba microprocesadores MCST R80, R150, R500, R500S y MCST-4R que trabajan a 80, 150, 500 y 1000 MHz respectivamente, y que estaban basados en SPARC. El R500S se basó en SPARC V8, con doble núcleo a 500 Mhz, el R1000 era un quad-core de 1 Ghz y basado en SPARC V9, el 4R era otro de cuatro núcleos, 2-way en orden, superescalar, de 64-bit y basado en SPARC V9, pero con 1 Ghz de velocidad.
Elbrus 2000: también conocido como E2k o Elbrus-S, este fue un microprocesador introducido en 2001 y que se basó en el anterior. Se empleó en el ordenador Elbrus-3M1 de 2005, con dos de estos procesadores trabajando a 300 Mhz. También se emplearía en la Elbrus MB3S1/C de 2009, que usó arquitectura de memoria ccNUMA y cuatro procesadores trabajando a 500 Mhz. Hay que decir que cuando se introdujo el Elbrus 2000, o E2K, se usó una VLIW de 512-bit de ancho (puede ejecutar 23 instrucciones por ciclo de reloj), pero era compatible con dos ISAs diferentes. Por un lado con la propia desarrollada por Elbrus, y por otro lado también usaba traducción dinámica similar a los Transmeta Crusoe para ser compatibles con el software x86. Así que se podía usar tanto sistemas operativos Microsoft Windows, como también basados en Linux, tanto compilados para la ISA Elbrus VLIW como también compilado para la ISA x86.
Elbrus-1S+: otra evolución del anterior con velocidad de 1 Ghz, un solo núcleo, y en un SoC, incluyendo iGPU.
Elbrus-2S+: el 2011 fue otro diseño de CPU que podía trabajar a 500 Mhz y que tenía una capacidad de cómputo de 16 GFLOPS. Básicamente es una evolución del Elbrus 2000 con dos núcleos de procesamiento y cuatro núcleos ELcore-06 DSP.
Elbrus-2SM: este dual core llegaría en 2014, y trabajaba a 300 Mhz, con una capacidad de cálculo de coma flotante de 9.6 GFLOPS. Parecía un paso atrás, pero el objetivo de este modelo era usarlo en sistemas de menor consumo.
Elbrus-4S: el mismo año también se lanzaría este procesador de cuatro núcleos a 800 Mhz, en este caso con un rendimiento mayor de 50 GFLOPS.
Elbrus-8S: llegaría sobre finales de 2014 y principios de 2015. Trabaja a 1.3 Ghz y alcanzó una capacidad de 250 GFLOPS.
Elbrus-1S+: dos años más tarde, en 2016, se presentaría este SoC, que incluía también una GPU integrada que trabaaba a 600-1000 Mhz, y con capacidad de cómputo de 24 GFLOPS.
Elbrus-8SV: esta versión de 2018 podía trabajar a 1.5 Ghz, y con un rendimiento de 576 GFLOPS. Poseía 8 núcleos y también se trata de una evolución del Elbrus 2k.
Elbrus-16S: aparecería en 2019, con frecuencia de reloj de 2 Ghz y con capacidad de cálculo de nada menos que 1.5 TFLOPS.