俄羅斯芯圖謀，重現CPU輝煌：戰鬥民族的微電子發展史
一、導語
2016年8月，俄羅斯總理梅德韋傑夫對俄羅斯當前微電子產業的領先公司JSC Angstrem進行調研，Angstrem目前已經擁有了90納米的技術和生產，未來俄羅斯的任務是要向新的微電子技術邁進，生產28或是14-16納米的微電子產品。 世界半導體產業西風東漸，俄羅斯巋然不動。眼見得全球半導體產業亂紛紛，戰鬥民族卻正在城樓觀山景。下面就讓筆者帶你去了解一下俄羅斯的微電子產業的發展情況。
二、前蘇聯的計算機產業發展 前蘇聯和美國是世界上僅有的兩個完全依靠本國技術發展電子信息產業的國家。前蘇聯的電子技術水平確實與美國相當，可惜的是，電子技術水平不等於電子工業水平，所以前蘇聯的電子工業水平還是遠遠落後於歐美。 一個國家的微電子產業水平可以通過其計算機水平來體現。下面我們就先了解前蘇聯的計算機水平。 二戰結束後，前蘇聯意識到計算機技術的重要性，由於在冷戰時期遭受到巴黎統籌委員會（Coordinating Committee for Export to Communist Countries，縮寫為CoCom）禁運，前蘇聯一直致力於研究、生產從半導體器件，到集成電路晶元，乃至計算機整機一整套產品。 前蘇聯的計算機產業思路是做自己的技術標準，走自己的路，所以前蘇聯計算機產業比較完善，整體技術實力非常強。1969年研發成功的小型計算機Mir-2，被認為是第一台個人電腦(圖片源於網路)
http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f9776fc72dd.png1984年上市的Agate-4電腦，足以媲美同時期的AppleII(圖片源於網路)
http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f97772c3ec9.png1991年推出首台筆記本電腦MS 1504，比世界第一台量產的筆記本電腦T1100晚6年(圖片源於網路)
說到前蘇聯的計算機，不得不提到厄爾布魯士(Elbrus)系列計算機。Elbrus是前蘇聯的第四代計算機，具有2個核，由Vsevolod Burtsev帶領團隊於1973年完成，1986年停產；Elbrus-1完成於1978年，是全球首台使用超標量CPU的計算機；Elbrus-2完成於1984年，是前蘇聯的第一代超級計算機，具有10個核心；Elbrus-3是由Boris Babaian帶領團隊於1986年開發完成的具有16個核的計算機，是前蘇聯第一台採用VLIW體系結構的計算機。http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f97775e92d4.png
2012年11月在紀念SPARC25周年大會上，SPARC原始團隊成員Steven Muchnick捐贈的Elbrus-2 CPU板(圖片源於網路)有人說，前蘇聯在計算機領域最大的貢獻是三進位，三進位是效率最高的表示數的方式，三進位很容易實現負數。它為計算機的模糊運算和自主學習提供了可能。在20世紀50、60年代，一批莫斯科國立大學的研究員就設計了人類歷史上第一批三進位計算機「Сетунь」和「Сетунь 70」。但可惜的是，三進位沒有流行開來。（請大拿給以解惑？）
首款蘇維埃CPU--587
前蘇聯的CPU發展始於20世紀70年代。當時位於莫斯科附近的Zelenograd的特殊計算機中心(Special Computing Center，縮寫SCC)以D.I. Yuditsky為首的團隊在1973年推出了前蘇聯的第一個16位小型機，其CPU是使用的是4位的587 CPU，被稱為第一款蘇維埃CPU，其架構被稱為Elektronika NC。該款CPU及其後續產品被廣泛應用於各種控制系統和電信設備。1976年特殊計算機中心(SCC)宣布解散，其所有的設備和技術轉入Angstrem。遺憾是沒有找到這款晶元的照片。Elektronika NC架構 Elektronika NC是前蘇聯的第一代CPU架構，是屬於位片式體系，導致CPU面積偏大，終端產品點笨拙。最後一款基於該架構的CPU是K1801VE1，屬於1801 CPU系列。K1801VE1採用NMOS 10μm工藝，具有256個位元組片的RAM，2K ROM和其他外圍電路，採用的陶瓷平面封裝形式（綜合DIP和SOIC方式），具有42個引腳。1801系列CPU1801 CPU系列共推出七款，除第一款採用Elektronika NC架構，其餘6款都是採用LSI-11架構。第一款採用LSI-11架構的1801系列CPU是1982年推出的K1801VM1，採用NMOS工藝，裸片面積是25mm2，晶體管數量達到50000個，採用的陶瓷平面封裝形式。下圖是K1801VM1的Die照片和晶元照片。
http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f97779ee79f.pnghttp://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f9777e9ba2c.png最後一款1801系列CPU是K1801VM4，採用NMOS工藝，晶體管數量超過10萬個，有兩種封裝方式，一是QFP，一是塑料平面封裝，引腳數都是64個。
http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f97783f1e8b.pnghttp://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2017/04/21/58f977867d1d1.png1806系列CPU
1806系列和1801系列是工藝不同，1801系列是採用NMOS工藝，而1806系列採用CMOS工藝。根據手頭資料，兩個系列的CPU除了時鐘頻率有差異外，功能幾乎等同。該系列CPU在1988年11月發射的暴風雪號太空梭上得到應用。
1836系列CPU 1836系列CPU是由Fizika公司生產，是做為1801系列的第二供應商，除了時鐘頻率有差異外，功能幾乎等同。Elbrus系列CPU是Pentium CPU的前身？ 前方介紹的Elbrus計算機都是採用Elbrus CPU，Elbrus-1 CPU是世界上第一個標量CPU，完成於1977年；Elbrus系列完成人中有兩個大牛人，一個是Boris Babaian，一個是Vladimir Pentkovski。1991年底，由於前蘇聯在政治體制和經濟體系上發生了巨大的轉變，研究項目的經費喪失了來源，導致這兩大牛人的分開。Boris Babaian在莫斯科SPARC技術中心(MCST)與美國SUN公司合作，致力SPARC架構CPU研究，結果直接造成了SUN的崛起；Vladimir Pentkovski加盟美國INTEL，成為首席CPU設計師，打造了奔騰時代，鑄就了INTEL的輝煌。 1986年，前蘇聯開始32位El-90微處理器研製工作，Vladimir Pentkovski是項目負責人，根據資料表示，El-90微處理器研究項目的技術報告於1987年完成，第一個原型於1990年成功問世。1990年，前蘇聯開始進行El-91S微處理器的研製工作，Vladimir Pentkovski再度領軍。Vladimir Pentkovski領軍開發的El-90微處理器具有幾大特徵：一是晶體管數量超過50萬個；二是每一個時鐘周期可以執行兩條指令的超標量體系結構；三是支持十路多重處理；四是支持排錯；五是具有支線推算；六是具有高性能的管線浮點單元。我們可以把這六大特點與INTEL的奔騰系列進行對比，恰恰是奔騰系列的特色。
在《國家信息安全學說》的指導和推動下，俄羅斯的微電子產業得到了長足發展。
晶圓製造 製造工藝水平取得突破，晶圓從6寸推進到8寸，線寬從1.0-0.5μm推進到了90nm、65nm水平；2015年在法國研究機構和IBM的支持下，建立了全球首座12寸MRAM BEOL代工製造廠。設計多家公司CPU已經完成28nm工藝設計，並取得流片成功；多家DSP晶元也在40nm工藝完成流片。
重現CPU輝煌 MCST莫斯科SPARC技術中心(MCST)成立於1992年，其前身是列別捷夫精密機械與計算技術研究所，公司在SPARC和Elbrus-2000架構方面都取得了不俗的成績。該中心的領軍人物就是Boris Babaian，他曾是前蘇聯第一代超級計算機Elbrus-2的團隊負責人，也是Vladimir Pentkovski的曾經上司。
在SPARC系列方面，2007年推出R500S，主頻為500MHz，採用台積電0.13μm製造工藝；2010年推出R1000，主頻為1000MHz，採用台積電90nm製造工藝。 2011年，研製出「Elbrus-2S+」2核64位CPU，主頻為500MHz，採用台積電90nm製造工藝；2014年4月開發出「Elbrus-4S」4核64位CPU，主頻為800MHz，採用台積電65nm製造工藝；2015年開發出「Elbrus-8S」8核64位CPU，主頻為1.3GHz，採用台積電28nm製造工藝，平均功率40瓦特；目前正在研發「Elbrus-16S」64位CPU，預計2018年流片，主頻預計超過3GHz。 Boris Babaian表示，MCST已經從俄羅斯聯邦政府、莫斯科市政府和其它途徑得到了穩定的財政支援，並得到了國防訂單，Elbrus-2000架構的CPU將會給INTEL以迎頭痛擊。 Baikal ElectronicsBaikal Electronics是一家為計算機系統和工業應用開發具有不同性能和功能級別的高能效的處理器和SoC晶元，公司目前推出Baikal-T1和Baikal-M系列。
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2015年5月Baikal Electronics宣布發布了其首款商用微處理器Baikal-T1，2016年2月該處理器正式量產。Baikal-TI是俄羅斯第一顆來採用了MIPS Warrior系列 CPU的通信處理器，在性能、技術節點和兼容性方面具有強大的競爭力。核心是一顆時鐘頻率為1.2GHz的雙核 MIPS P5600 CPU，擁有2個超標量體系結構的32-bit CPU核心，2級緩存2MB，主頻為1.2GHz，內有DDR3內存控制器，最高支持DDR3-1600，提供了4條PCI-E 3.0通道、2個SATA 6Gbps介面和USB 2.0介面、1個千兆和1個萬兆網線介面，功耗不到5W。採用台積電28nm工藝生產，封裝尺寸為25*25mm。Baikal-M是採用ARM內核，根據資料顯示，內部是8個ARMv8-A CPU，另配有8個ARM Mali-T628 GPU。預估2017年中完成，主頻將達2GHz。
五、結語 為發展本國微電子產品，俄羅斯制定和實施了《2013-2025年前電子和廣播電子工業發展規劃》、《國防工業綜合體發展規劃》以及聯合國家科技規劃等幾個聯邦級產業發展戰略。在這些產業發展戰略中，對微電子產業給予了大力的財政支持，優先支持的子項目包括電信設備、計算機設備、特殊技術設備、智能控制體系。國家在2013-2025年期間計劃為優先支持的子項目下撥預算總額達到1700億盧布，這意味著每年的財政撥款數額將約為150億盧布。 儘管當前俄羅斯經濟遭遇困境，但俄政府為保證微電子產業的發展、擴大國內市場需求、提升出口能力等方面做了很多的努力。2016年5月，國家批准了俄羅斯民用微電子產品中期（2016年至2018年）政府採購保障計劃，到2018年底，在預算資金保障執行的情況下，政府保障採購超過1000萬個微電子產品，政府採購總金額達到750億盧布。2016年9月Angstrem開始向印度出口一種新的宇航級抗輻射晶元，這對依賴進口的俄羅斯微電子市場來說是個不錯的開頭。
俄羅斯在「Elbrus-2000」、SPARC、MIPS三大架構CPU全線發力，SPARC面向軍方市場；MIPS立足通信、視頻市場；「Elbrus-2000」更是劍指INTEL。
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