Три года назад на примере платы BFK 3.1 мы знакомились с первым чипом российской компании «Байкал Электроникс», Baikal-T. Судьба у него оказалась непростая. Сначала из-за резкого роста курса валют пришлось на ходу менять спецификации, избавляясь от слишком дорогих IP-блоков и технологий, и урезать объём заказов на TSMC. Затем начало лихорадить Imagination Technologies, а потом и новых владельцев прав на MIPS, Wave Computing. Обе компании в итоге выжили, но «Baikal-T» стал первым и, похоже, единственным чипом на базе последней архитектуры MIPS P5600 Warrior. Впрочем, «Байкал Электроникс» его не бросила и даже довела до ума поддержку архитектуры в основной ветке ядра Linux.
О планах относительно Arm-процессоров «Байкал» стало известно ещё в 2014 году, но и они по тем же (и некоторым другим) причинам изрядно задержались. Последний официальный анонс SoC Baikal-M, ранее известных как BE-М1000, состоялся пару лет назад. С тех пор появились различные варианты плат и готовых изделий на базе этого чипа. Нам на тестирование достался безымянный пока системный блок на базе первой российской платы с Baikal-M — «Эдельвейс TF307».
⇡#Процессор Baikal-M (BE-M1000)
SoC Baikal-M включает восемь 64-битных процессорных ядер Cortex-A57 (Armv8-A) с частотой до 1,5 ГГц, дополненных восьмиядерным же GPU Arm Mali-T628 с частотой до 750 МГц и отдельным декодером HD-видео. Каждое ядро имеет 48 Кбайт L1-кеша для инструкций и 32 Кбайт — для данных. Ядра CPU объединены в кластеры по два — и на каждый такой кластер приходится по 1 Мбайт L2-кеша. Также есть два контроллера Arm TrustZone. Ядра GPU собраны в два кластера c L2-кешем 128 Кбайт. Дополняют картину 8 Мбайт когерентного L3-кеша на общей шине.
Кристалл Baikal-M. Фото: Fritzchens Fritz
Контроллеров памяти два — это 64-битные DDR4-2400/DDR3-1600 ECC. Находятся они на общей кеш-когерентной шине с другими IP-блоками. В дополнение к стандартному комплекту служебных интерфейсов есть и неплохой набор IO-портов — пара SATA-3, два USB 3.0 и четыре USB 2.0, а также HDMI 2.0, пара 10GbE и три PCIe 3.0 (x8, x4, x4). Причём они идут сразу с PHY-блоками в SoC, что упрощает создание конечных изделий. Из базовых интерфейсов обделены PHY-блоками только пара 1GbE и eMMC/SD/SDIO, но обвязка для них всё равно копеечная.
GPU умеет работать с 2D/3D-графикой, пригоден для GPGPU-вычислений и поддерживает стандарты OpenGL ES 1.1/2.0/3.0/3.1, OpenCL 1.1 и RenderScript. HDMI-контроллер способен выводить картинку вплоть до 2560 × 1440 (как и LVDS). Декодер видео понимает стандарты H.265, H.264, MPEG4, MPEG2, VP8, VP6, VC1, AVS, RealVideo и JPEG. В принципе, чипы с похожей конфигурацией существуют давно, хотя некоторые из них позиционировались как исключительно серверные. Но Baikal-M рассчитан в том числе и на клиентские решения, где важна поддержка графики и ряда стандартных интерфейсов.
«Эдельвейс TF307» — первая материнская плата Mini-ITX c Baikal-M
Энергопотребление до 35 Вт и диапазон рабочих температур от -40 до +90 °C позволяют использовать Baikal-M и, к примеру, в тонких клиентах, и в промышленных компьютерах. Кристалл Baikal-M, производящийся на TSMC по 28-нм нормам, содержит более 2 млрд транзисторов и имеет площадь 240 мм2. Сам же чип имеет упаковку FCBGA1521 с габаритами 40 × 40 мм. В серии Baikal-M будут и другие чипы.
⇡#Материнская плата «Эдельвейс TF307»
Плата «Эдельвейс TF307» реализует большую часть интерфейсов, необходимых именно для компактных потребительских или коммерческих компьютеров. Baikal-M работает здесь на полной частоте 1,5 ГГц, а для DDR4-памяти есть два DIMM-слота. На заднюю панель выведены все доступные порты USB 2.0 (4 шт.), три 3,5-мм аудиоразъёма (вход, выход, микрофон), два PS/2 и два 1GbE-порта RJ-45 с индикаторами активности.
На самой плате есть колодки ещё для трёх USB 2.0 и двух USB 3.0, кнопок и индикаторов передней панели, а также HD Audio. Для накопителей предусмотрено два порта SATA-3 и слот M.2-2242/2260/2280 SATA/NVMe (PCIe 3.0 x4). Карту расширения готов принять слот PCIe 3.0 x8. Также имеются интерфейсы HDMI и LDVS (+ разъём для управления подсветкой дисплея). Для питания используется стандартный 24-контактный ATX-коннектор. Есть и пара 4-контактных разъёмов для вентиляторов. Плата имеет форм-фактор Mini-ITX (170 × 170 мм).
| Технические характеристики «Эдельвейс TF307» c Baikal-M (BE-M1000) | |
| SoC Baikal-M | 8 × Cortex-A57, 1,5 ГГц, 4 Мбайт L2-кеш; 2 × TrustZone |
| 8 × Mali-T628, 750 МГц; (де-)кодер видео | |
| 8 Мбайт когерентной кеш-памяти уровня L3 на системной шине | |
| Подсистема памяти | 2 × DIMM DDR4-2133 ECC объёмом до 64 Гбайт включительно |
| двухканальный режим работы памяти | |
| Графический интерфейс | 1 × HDMI (на задней панели) |
| 1 × LVDS (подключается к разъёму на печатной плате) | |
| Разъёмы для плат расширения | 1 × PCI Express 3.0 x8 |
| Интерфейсы накопителей | 2 × SATA III |
| 1 × M.2 M-Key (PCIe 3.0 x4/SATA III) | |
| Сетевые интерфейсы | 2 × 1GbE RJ-45 (на задней панели) |
| Аудиоподсистема | 1 × HD Audio (подключается к разъёму на печатной плате) |
| 3 × 3,5 мм (на задней панели) | |
| Интерфейс USB | Общее число USB-портов – 7, в том числе: |
| 2 × USB 3.0 (подключаются к разъёмам на печатной плате) | |
| 3 × USB 2.0 (подключаются к разъёмам на печатной плате) | |
| 4 × USB 2.0 (все Type-A на задней панели) | |
| Интерфейс PS/2 | 2 × PS/2 (на задней панели) |
| Дополнительные разъёмы | 1 × подсветка дисплея |
| 2 × 4-pin коннектор для вентилятора | |
| группа разъёмов для передней панели корпуса | |
| Питание | 24-контактный горизонтальный разъём питания ATX |
| Форм-фактор | Mini-ITX |
| Габариты (мм) | 170 × 170 |
| Поддержка ОС | Linux |
Нам материнская плата досталась в составе готового ПК: корпус InWin BQ660SU3 со встроенным блоком питания мощностью 150 Вт, два 4-Гбайт модуля Crucial DDR4-2400 (CT4G4DFS824A), 2,5” SATA SSD Kingston A400 (SA400S37/240G) ёмкостью 240 Гбайт, M.2 SATA SSD Netac (NT01N535N-128G-N8X) ёмкостью 120 Гбайт. SoC была снабжена небольшим кулером, который на пару с вентилятором БП не слишком приятен на слух — видимо, в силу своих небольших размеров.
Опций в UEFI ожидаемо мало — и почти все они связаны с загрузчиком: доступны выбор источника, драйверы, настройка PXE + параметры консольного вывода. Первичная загрузка системы происходит очень быстро — буквально за несколько секунд, после чего управление передаётся GRUB, а скорость загрузки ОС зависит уже от дистрибутива, но в целом на это тоже уходит мало времени. В нашем случае было предустановлено сразу две ОС на разных накопителях: Astra Linux Special Edition (SE) 4.7 «Новороссийск» (на SSD Netac) и Debian 11 на приводе Kingston.
В качестве основной ОС была выбрана Astra Linux (ядро 5.4.0) — по двум причинам. Во-первых, она в данной конфигурации и с настройками по умолчанию показалась субъективно более отзывчивой в работе. Всё же Gnome 3.38 в Debian (ядро 5.4.144), видимо, несколько тяжеловат. Во-вторых, это редкая возможность вживую ознакомиться с платформой, которая используется в бюджетных учреждениях. Кроме того, Astra Linux — единственная на текущий момент ОС для Baikal-M, сертифицированная ФСТЭК по второму уровню доверия.
Astra Linux SE — это ОС специального назначения, которая ориентирована на корпоративный и (около-)государственный сектор. Есть и версия Common Edition, которую можно свободно скачать и опробовать. В основе обеих лежит дистрибутив Debian, местами сильно модифицированный. В частности, в качестве окружения рабочего стола используется собственная легковесная оболочка Fly, для которой имеется даже онлайн-демо, где можно посмотреть неполный список доступных приложений.
Набор ПО представлен как типовыми десктопными Linux- или кросс-платформенными программами, так и целым рядом собственных утилит и сервисов (в основном с префиком fly-), часть из которых основана на открытых решениях, а другая часть — собственной разработки. Что более важно, непрерывно идёт процесс тестирования и доработки дистрибутива и ПО на предмет совместимости с программными и аппаратными решениями других компаний (отечественных в первую очередь).
Создать, протестировать, сертифицировать и задокументировать всё это (да, тут неплохая встроенная справка по основным настройкам), а потом заниматься поддержкой и оптимизацией сразу на нескольких принципиально отличных друг от друга аппаратных платформах – огромная работа. Так что гибридный подход с опорой на open source с доработкой имеющихся решений и написанием собственных видится практичным и разумным. А в случае отечественных решений именно ПО становится ключевым фактором в развитии платформы.
Special-версия Astra Linux отличается от Common наличием дополнительных механизмов защиты и сохранения целостности системы и расширенными возможностями управления правами доступа к данным, службам и функциям. Эти механизмы собственной разработки пронизывают систему насквозь – от ядра, где и работает часть этих подсистем, до графического интерфейса (в файловом менеджере объекты имеют дополнительные цветовые метки). Кроме того, визуально разделены режим администратора (с красным цветовым оформлением) и режим обычного пользователя, в котором часть настроек недоступна.
Ну и в целом есть масса всяческих мелочей, которые обычному пользователю не очень нужны. Например, принудительно проставление маркеров при выводе на печать, подсчёт контрольных сумм по ГОСТ'овскому алгоритму, сохранение и восстановление рабочих сессий, функции для работы с цифровыми подписями, принудительная очистка swap-разделов при выключении, гарантированное удаление данных из разделов и так далее.
Другая особенность SE-сборки связана с принципом дистрибуции и обновления ПО. Нам достался вариант рабочего места, готового к аттестации ФСТЭК России. В этом варианте ОС и апдейты к ней распространяются в виде ISO-образов, а в поставку входит ограниченный набор ПО без средств разработки или ряда проприетарных решений — так, для Java был выбран и установлен Liberica JDK от российских разработчиков. Однако в обычном варианте поставки подобных ограничений нет. И если в целом с системным ПО, похоже, всё в порядке, то с прикладным и десктопным уже не всё так просто.
Собственно говоря, существовать в такой системе можно — один полный рабочий день автор данного материала провёл исключительно в этом окружении, а в остальное время система использовалась периодически. Нельзя сказать, что с полным комфортом, но опыт интересный. Естественно, речь идёт о типично офисной работе с несложными текстовыми документами и таблицами, браузером, простой обработке изображений в GIMP и прослушивании музыки из YouTube в фоне. Ну и о просмотре пары серий любимого сериала в конце дня, чего скрывать.
К относительно неспешным — в сравнении с тем, как это происходит на привычной Windows на Core i7 — запуску приложений или открытию веб-страничек (тут ещё многое зависит от сайта) на самом деле привыкаешь быстро. Но приходится сталкиваться с какими-то раздражающими мелочами. Первое, что буквально бросается в глаза, — шрифты. В самом окружении они нормальные, но, например, в браузере или редакторе — страшненькие. Повозившись с полчаса с подбором самого шрифта и сглаживания, плюешь и оставляешь как есть.
Из браузеров в комплекте есть Chromium 87 (с отдельной gost-версией в нагрузку) и Firefox 84. Оба «из коробки» поддерживают аппаратное ускорение воспроизведения видео (большое дело, надо сказать), но Firefox в целом показался более удобным, оптимизированным и вообще более отзывчивым, хотя в WebXPRT 3 у обоих браузеров результат почти одинаковый: 45 и 44 балла.
Оптимизация Firefox, в частности, проявляется на условно-тяжёлых сайтах. Карты — что от Google, что от "Яндекса" — откровенно подтормаживают, а панорамы в них превращаются в слайд-шоу, но Firefox, в отличие от Chromium, хотя бы не подвешивает намертво систему время от времени. Однако это, надо признать, исключительный случай — каких-то других существенных претензий именно к ОС как таковой нет.
Другой момент — возможная неполнота некоторых проприетарных решений, задействующих цепочку из нескольких отдельных компонентов. Например, «КриптоПро» прекрасно работает с аппаратными токенами, но их нельзя задействовать для работы с ЭДО «ДиаДок» в браузере, поскольку соответствующих плагинов и утилит ещё нет. В техподдержке «СКБ Контур» сообщили, что Arm-версия будет, но точных сроков не назвали. Впрочем, для других наборов задач всё уже может быть давно готово.
Отдельно стоит сказать про офисные приложения. В комплекте с ОС поставляется LibreOffice 7. Но с учётом позиционирования компьютеров с российскими CPU на рынок устройств для проектов цифровой трансформации (говоря официальным языком) целесообразнее познакомиться с настольными редакторами «МойОфис», поскольку это единственный российский офисный пакет для платформы Baikal-M. Нам была предоставлена предварительная версия продукта, которая ожидаемо отличается от актуальной для Windows, поскольку портирование столь большой кодовой базы на другую программно-аппаратную платформу — дело непростое и затратное, но для некоторых областей попросту необходимое.
Общие впечатления от обоих пакетов смешанные. С простыми текстами и таблицами проблем нет — значительная часть этого материала была написана именно на тестируемом ПК в «МойОфис» под Astra Linux. С прочими же файлами ситуации бывают всякие: большие таблицы (от тысячи строк с десятком столбцов) могут заметно подтормаживать, в документах не всегда всё корректно отображается (в разных пакетах по-разному) — и так далее. С другой стороны, стопроцентного повторения функциональности Microsoft Office никто и не обещал.
Но если не учитывать специфические проприетарные решения для узких задач, то у платформы в целом с ПО всё хорошо. Все крупные Linux-дистрибутивы уже имеют сборки под AArch64 с практически идентичным x86-64-наполнением (исключения есть). Более того, приход серьёзных Arm SoC в корпоративный и серверный сегменты только подстёгивает разработчиков портировать и оптимизировать открытое (и не очень) ПО. Уже сложившейся экосистемы более чем достаточно для большинства задач, но развитие её на этом не останавливается.
Это ровно тот случай, когда «синтектика» мало о чём говорит и не отражает пользовательский опыт. Тем не менее некоторые результаты — с надеждой на сравнение в будущем с показателями более новых платформам «Байкал Электроникс» и других отечественных разработок — мы всё же приведём. Тесты были проведены в Debian, поскольку а) это свежая сборка от самих разработчиков процессора; б) есть доступ к нормальным онлайн-репозиториям с необходимым инструментарием для сборки ПО. Причём всё сделано с «прибитым» GDM, чтобы GUI не отнимал лишние такты. В теории.
На практике на результаты комплексных бенчмарков в обоих ОС это повлияло мало. В бета-версии Geekbench 5.4.1 процессор набрал 220 и 1529 баллов в одно- и многопоточном тестах соответственно. Сравнение его с другими CPU нельзя назвать корректным, да и среди x86 трудно найти восьмиядерники с фиксированной частотой и без SMT. Тем не менее пару моделей со схожими результатами и, что важно, таким же TDP найти удалось. Это Intel Core 2 Duo T5550, который схож в однопоточном тесте, и Intel Core i3-4160T, схожий в многопоточном. Оба на архитектурах, использовавшихся приблизительно в то же время, когда состоялся анонс Cortex-A57.
| Stream, Мбайт/c | Baikal-M | Baikal-T | ||
| Оф. тест | 3DNews, опт. | Оф. тест | 3DNews, опт. | |
| Copy | 13870 | 12244,5 | 3119,2 | 3255,6 |
| Scale | 13798 | 12222,7 | 3109,9 | 3290,2 |
| Add | 13207,3 | 11597,9 | 2466,9 | 2480,9 |
| Triad | 13321,7 | 11646 | 2467,7 | 2503,1 |
Интересно было бы сравнить BE-М1000 с Opteron A1100, так как они во многом похожи, но результатов процессора AMD в базе Geekbench ожидаемо не нашлось. Равно как и в базе бенчмарка Passmark, в котором Baikal-M получил в Debian 1021 и 639 баллов в тестах CPU и RAM соответственно. И практически столько же в Astra Linux. Единственный тест, который не дался системе, — это HPL. В нём SoC выходила за заданный лимит температуры в +65 °C. Тем не менее удалось выжать 33 Гфлопс, что несколько меньше 38 Гфлопс, полученных самими разработчиками с использованием фирменного компилятора и оптимизированных библиотек от Arm.
| CoreMark | |||||||
| Модель | Архитектура | Частота, МГц | Ядра | CoreMark | CoreMark/МГц | CoreMark/ядро | CoreMark/МГц/ядро |
| AMD FX-8350 | x86-64 | 4000 | 8 | 113502 | 28,38 | 14187,75 | 3,55 |
| NXP LS2088A | ARM Cortex-A72 | 1800 | 8 | 64983 | 36,10 | 8122,88 | 4,51 |
| Baikal-T (оф. тест) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 12364 | 10,30 | 6182,00 | 5,15 |
| Baikal-T (3DNews, опт.) | MIPS P5600 | 1200 | 2 | 13039 | 10,87 | 6519,50 | 5,43 |
| Baikal-M (3DNews, опт.) | ARM Cortex-A57 | 1500 | 8 | 65672 | 43,78 | 8209,00 | 5,47 |
| Baikal-M (оф. тест) | ARM Cortex-A57 | 1500 | 8 | 66195 | 44,13 | 8274,38 | 5,52 |
| Intel Core i5-3380M | x86-64 | 2900 | 4 | 67088 | 23,13 | 16772,00 | 5,78 |
| Intel i5-9600K | x86-64 | 3700 | 6 | 192369 | 51,99 | 32061,50 | 8,67 |
Если же смотреть на «чистую» производительность, то картина интереснее. Из базы CoreMark было отобрано несколько результатов, в которых число ядер совпадало с числом запускаемых потоков бенчмарка + добавлены данные из старого теста Baikal-T. Абсолютные значения не так важны, но вот показатель CoreMark/МГц/ядро любопытен. Для сравнения также даны результаты более-менее свежего Intel Core. Правда, относиться к этим показателям следует с осторожностью — более широкой выборки попросту нет.
Давайте разделим выводы на две части: про чип и про ПК. С чипом всё просто — он работает и уже выпускается, а недавно в Россию приехали первые 5 тысяч SoC из заказанных на TSMC 130 тысяч. Можно сколько угодно причитать, что, мол, архитектура не наша, техпроцесс не самый свежий, делали долго и стоит недёшево (22,5 тысячи рублей без НДС). Но Baikal-M — это сейчас единственный чип такого класса, разработанный в России. Создатели довели его до ума, несмотря на все трудности, и вокруг него формируется экосистема производителей и партнёров.
«Эдельвейс», с платой которого мы знакомились, — первый, но уже не единственный разработчик решений на базе Baikal-M. К нему добавились «Аквариус», «Гаоди Рус», «Проект Лагранж», «Элпитех», 3logic, iRU. Всего сейчас в разработке находится 25 различных устройств, а в 2022 году планируется выпустить 300 тысяч чипов Baikal-M. Для сравнения: в этом году объём по всем продуктам составит 140 тысяч изделий. Baikal-T не забросили, но переход к Arm открывает гораздо большие перспективы.
Есть и такой вариант десктопа
Изученный нами сценарий использования, то есть в качестве офисного ПК начального уровня, тоже далеко не единственный. Важнее, на наш взгляд, импортозамещение в области промышленных решений, особенно в части критической инфраструктуры. Если же говорить конкретно об опыте работы с десктопной сборкой Astra Linux, то вердикт таков — да, не очень комфортно, но работать можно. Часть замеченных проблем, как нам кажется, относительно легко исправить, часть — вряд ли.
Более практичным видится сценарий подготовки рабочих мест с заранее заданным и по возможности оптимизированным и подогнанным друг к другу ПО для выполнения конкретных задач, а не создание максимально универсального ПК. И хочется надеяться, что Baikal-M в текущем виде станет промежуточным этапом развития этих чипов, поскольку через три-четыре года выросшие запросы ПО потребуют обновления аппаратной платформы. В планах компании как раз есть 6-нм Armv9-модель Baikal-M2, которая должна быть в разы быстрее нынешнего чипа Baikal-M.
