環(huán)顧當今世界，CPU 領域已形成由美國、中國、俄羅斯、日韓和歐盟構建的“一超多強”體系。但如果鉤沉歷史，蘇聯(lián)應曾是世界上微電子技術最強大國家之一，甚至一度領先美國。
然而，在蘇聯(lián)解體后，俄羅斯的經(jīng)濟衰退、政治不穩(wěn)等局勢，導致大量科研人才離境前往美國。其中，得益于俄羅斯的技術人才，英特爾迎來發(fā)展的黃金時代，從而成為 CPU 領頭羊。
整體上，俄羅斯的 CPU 研發(fā)經(jīng)歷了“輝煌”、“動蕩”、“難產(chǎn)”、“衰敗”四個時代。如今，雖然俄羅斯仍在 CPU 領域奮力搏擊，但以往風光無限的歲月注定一去不復返。
01 輝煌
1976 年，正值冷戰(zhàn)“鐵幕時期”。由于承擔了研制蘇聯(lián)超級電腦的重任，鮑里斯?巴貝揚的活動范圍被局限在蘇聯(lián)境內。因此，酷愛登山的他只好埋頭攻堅關鍵技術。
僅兩年后，巴貝揚就率領團隊研究出全世界第一臺超標量計算機 Elbrus-1。顯而易見，這臺計算機取名自蘇聯(lián)及歐洲最高峰 —— 厄爾布魯士（Elbrus）峰。
蘇聯(lián)研制 Elbrus-1 的主要目的是服務于開發(fā)飛彈系統(tǒng)、核武器和太空計劃等軍事工業(yè)。巴貝揚稱，Elbrus-1 采用的超標量處理器，在運行時會將連續(xù)的符號轉換為并行符號加速執(zhí)行。
而這一技術直到 1993 年才在 IBM 研發(fā)的 PowerPC 601 上得以應用。這意味著俄羅斯在該技術領域領先美國可達 15 年。
早在 Elbrus-1 的問世前，巴貝揚就因出色的計算機輔助設計工作被授予了“十月革命勛章”。Elbrus-1 誕生后，巴貝揚接著領導第二代產(chǎn)品的設計開發(fā)工作。
▲ Elbrus 2 CPU
1987 年，Elbrus-2 研制成功，不僅擁有超標量體系架構，而且還具備支持高級程序語言的新技術。這臺計算機有 10 個處理器，每秒運算達 1.25 億次。
鑒于對 Elbrus-2 及其亂序超標量體系架構的巨大貢獻，巴貝揚當年獲得政府頒發(fā)的“列寧勛章”。這是蘇聯(lián)當時的最高榮譽。
盛名之下，已年屆 54 歲的巴貝揚并沒有停止探索，并繼續(xù)率隊開發(fā)第三代 Elbrus。他提出采用更新的超長指令字（VLIW）架構，即通過一個編譯器來確保指令同時在不同的處理器上被執(zhí)行。
值得注意，在巴貝揚開始研發(fā) Elbrus3 時，蘇聯(lián)還完成了 32 位 El-90 微處理器設計。
這一項目的負責人弗拉基米爾?彭特科夫斯基。他在 Elbrus 研究小組中曾是巴貝揚下屬。他參與了 Elbrus-1 與 Elbrus-2 計算機的研發(fā)，并主導開發(fā)了高級程序語言 El-76。
1990 年，El-90 微處理器的原型問世。這一結構反映出把 RISC 和 Elbrus-2 結合在一起的設計思想，因而具有更強大的兼容性。
02 動蕩
隨著蘇聯(lián)的政治體制和經(jīng)濟體系遭遇劇變，Elbrus-3 項目的研究經(jīng)費突然中斷。痛心之后，巴貝揚 1992 年成立了 MCST 公司，專注于 VLIW 架構的處理器 Elbrus 2000（E2K）的開發(fā)。
面對美國企業(yè)紛紛找上門，巴貝揚一概拒絕。但他卻答應了 Sun 公司創(chuàng)始人 Scott McNealy 的合作請求。因為在蘇聯(lián)解體前的 1989 年，他已經(jīng)來“拜訪”了巴貝揚。
1992 年，MCST 與 Sun 公司在莫斯科聯(lián)合建立了 SPARC 技術中心，共同研發(fā)處理器架構、操作系統(tǒng)、編譯器與多媒體函式庫。而這促成了 Sun 后來在處理器上的快速崛起。
不過，在蘇聯(lián)政局動蕩下，彭特科夫斯基選擇了移民美國。1993 年，憑借強大實力以及把許多 Elbrus 小組開發(fā)的先進技術帶到了英特爾，彭特科夫斯基晉升為英特爾 CPU 首席工程師。
▲ 弗拉基米爾?彭特科夫斯基
隨后，他開始主導 PentiumIIl 的架構研發(fā)，其中的重點就是新增 SSE 指令集及改善微架構。然而，Pentium III 處理器的幾大特色幾乎都與 El-90 微處理器的特征相同。
其中包括：每個時鐘周期可以執(zhí)行兩條指令的超標量體系結構；支持兩路多重處理、排錯；具有支線推算，高性能的管線浮點單元，以及充足的高速緩沖存儲器。
另外，1995 年英特爾推出了結構更優(yōu)的 Pentium Pro 微處理器，而新增的主要特點幾乎都是彭特科夫斯基在蘇聯(lián)積累的技能，包括改進的 x86 指令解碼器單元和超標量體系結構，推測執(zhí)行以及無序執(zhí)行等。
基于此，曾有人推斷 Pentium 就是以 Pentkovski 的名字命名。其實彭特科夫斯基到美國后，Elbrus 團隊一直都不知道他到底在做什么。直到 1999 年，他的名字才出現(xiàn)在一本技術刊物上。
在技術來源問題上，巴貝揚也曾直言，英特爾的 Pentium Pro 微處理器與俄羅斯超標量體系結構的變體非常相似?！坝⑻貭柺堑谝患也捎贸瑯肆拷Y構技術的公司，并在后來迎來自己的黃金時代，成為西方世界領頭羊?！?/p>
03 難產(chǎn)
九十年代中后期，MCST 公司面臨人才流失、經(jīng)費短缺和項目停滯等眾多困難。所幸的是，最核心的幾位科學家留了下來，從而使項目研發(fā)得以延續(xù)。
對此，巴貝揚率團隊攻堅克難，并于 1999 年成功研制 Elbrus 2000 的處理器 E2K。
該 CPU 可能同時執(zhí)行 Elbrus VLIW 和英特爾 x86 代碼，每一時鐘周期可以執(zhí)行 24 條指令，僅憑 1.2GHz 的工作頻率就能帶來 10.2GFLOP / s 的運算性能。
這一速度是當時英特爾正準備發(fā)布的 Itanium（安騰）服務器芯片的三倍。
雖然 E2K 憑借不可思議的超高效能、超小芯片面積與超低功耗等轟動了業(yè)界，但俄羅斯投資者卻因為電子設備開發(fā)風險大，而不愿意投資 MCST 公司。
為了解決經(jīng)費及融資問題，巴貝揚在開曼群島注冊了 Elbrus 國際，同時宣稱他們需要 6000 萬美元和 3 年時間才能完成最終設計，如果只做縮水版處理器則需要 500 萬到 1000 萬美元。
在四處尋找資金支持者或客戶時，巴貝揚還讓 MCST 為各種美國公司編寫程序。但他沒有把所得利潤用于擴大編程業(yè)務，而是投入處理器的研制。
▲ 鮑里斯?巴貝揚
在巴貝揚看來，處理器是更有價值的東西。“我們比很多美國人更了解微處理器市場”。俄羅斯技術的擁護者為大膽的夢想喝彩，也可能在技術領域取得突破性成就。
后來，巴貝揚一度在俄羅斯總統(tǒng)身上看到了希望。
2000 年 6 月，俄羅斯總統(tǒng)在上臺三個月后就批準了《國家信息安全學說》，提出重點開發(fā)的關鍵技術包括：高性能計算機技術、智能化技術和信息攻擊與防護技術等。
俄羅斯的高調引起了西方關注。當時美國加州的著名半導體雜志《微處理器報告》，曾做了一篇叫《The Russians Are Coming》的報道深度介紹了 Elbrus 2000 處理器的各項黑科技。
04 衰敗
面對來自俄羅斯的競爭，美國科技企業(yè)很快開始行動。2002 年，英特爾和惠普聯(lián)合研發(fā) Itanium 2 處理器，代號“McKinley（麥金利）”。
雖然表示 Elbrus 比麥金利更好，但時移勢易，巴貝揚認為“要做到世界第一，就要走出去”。于是，在 Elbrus 2000 成功落地的 2004 年，他決定和 E2K 團隊一起加入英特爾。
巴貝揚在英特爾擔任的職位是軟件和服務部門架構總監(jiān)，以及英特爾莫斯科研發(fā)中心的微處理器研發(fā)主管。另外，他還是第二位獲得英特爾院士稱號的歐洲人。
與此同時，英特爾收購了 MCST 的超標量處理器相關知識產(chǎn)權，進一步鞏固了在處理器行業(yè)的地位。
此后，俄羅斯的處理器研發(fā)幾乎一蹶不振。在政策推動下，MCST 推出了一系列 Elbrus 處理器的進階版，但這些處理器一直在“吃老本”，并逐步落后西方。
直到 2012 年，俄政府開始對微電子產(chǎn)業(yè)大力扶持，制定了《2013-2025 年電子工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《國防工業(yè)綜合體發(fā)展規(guī)劃》等產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。其中對計算機設備等優(yōu)先支持的子項目，下?lián)茴A算總額達 1700 億盧布。
緊接著，俄政府對微電子產(chǎn)業(yè)也做了不少努力，包括盡可能采購國產(chǎn)電子產(chǎn)品，開發(fā) CPU 民用和軍用條線，全面發(fā)力 Elbrus2000、SPARC、MIPS 三大架構，以及研發(fā)“貝加爾”芯片。
基于此，2015 年 MCST 推出了號稱俄有史以來技術水平最高的國產(chǎn)處理器 ——Elbrus-4C，可比肩英特爾 i3 和 i5（2009 年發(fā)布）。該芯片采用 65 納米，包含 4 個核心，工作頻率 800MHz。
▲ Elbrus-16C 處理器
2020 年 10 月，MCST 又公布了旗下最新款 CPU——Elbrus-16C。這款處理器采用第六代 VLIW 指令集架構打造，由 120 億個晶體管組成，設計為 16 核、2GHz 頻率，制造工藝是 16 納米。
顯然，目前俄羅斯能研發(fā)的最頂尖處理器也已經(jīng)比較落后。這一切，年近九旬的巴貝揚自然看在眼里。雖然至今仍沒有退休，還有很多項目計劃去做，但他已不再回來。
結語
時下關于計算機處理器架構的主流歷史，都在宣揚 CPU 核心技術源自美國。但鮮有人知道，英特爾早期處理器的核心技術，或多或少來自于蘇聯(lián) Elbrus 超級計算機的工程師。
俄羅斯處理器專家基思?迪芬多夫曾說，“超標量體系結構、共享存儲多重處理技術和 EPIC 技術等概念，在西方出現(xiàn)之前很久，Elbrus 就已經(jīng)成功開發(fā)出了基于這些技術的電腦。”
然而，風光輝煌之后，俄羅斯 CPU 技術衰落的原因或許更值得探討。其中既有俄羅斯忽視計算機科技民用和商用化原因，也有其政治經(jīng)濟不穩(wěn)，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后等因素。
在當前國際形勢下，如果從國家安全角度考量：一旦俄羅斯處理器技術受制于人，將在國際競爭和對抗中處于非常不利的地位。雖然仍有一定“基底”，但俄羅斯已難以扭轉這一被動局面。
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