ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРА ЭЛЬБРУС-8СВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕНИЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ
Аннотация
Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране. Развитие
возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощ-
ности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые вычислительные
комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможностями. Важной, но нере-
шенной проблемой остается оснащение таких вычислительных комплексов микропроцессора-
ми отечественного производства. Появление отечественных вычислительных и программных
средств нового поколения, таких как микропроцессор «Эльбрус-8СВ» и ОС «Эльбрус» откры-
вает новые возможности для разработчиков робототехнических комплексов. Пиковая произ-
водительность микропроцессора «Эльбрус-8СВ» составляет более 0,25 ТФлопс двойной точ-
ности, что позволяет решать вычислительно сложные задачи, например задачи технического
зрения, на микропроцессоре. Другим важным требованием бортовой вычислительной техни-
ки, помимо вычислительной мощности, является низкое энергопотребление. Как правило, на
микропроцессорах общего назначения высокая вычислительная мощность невозможна при
низком энергопотреблении, и для решения вычислительно сложных задач технического зрения
используются специализированные процессоры, например, векторные или нейропроцессоры.
Для снижения энергопотребления микропроцессоров общего назначения существуют специ-
альные методы, среди которых авторами были рассмотрены: отключение физических ядер,
снижение тактовой частоты, отключение конвейера, отключение синхроимпульсов в состоя-
нии простоя. Авторами рассмотрены типовые задачи технического зрения, решаемые борто-
выми вычислительными комплексами. Проведены экспериментальные исследования по оценке
энергопотребления и времени выполнения алгоритмов технического зрения при снижении
тактовой частоты и отключения ядер микропроцессора. Эксперименты показали возмож-
ность снижения энергопотребления ядер микропроцессора Эльбрус-8СВ на 36-46% с увеличе-
нием времени выполнения программ. По результатам эксперимента сделаны выводы о приме-
нимости микропроцессора Эльбрус-8СВ для создания перспективных бортовых вычислитель-
ных комплексов, имеющих возможность работы как в режиме высокой производительности,
так и пониженного энергопотребления. Полученные авторами результаты говорят о пер-
спективах импортозамещения в области робототехники.
Литература
protsessora «El'brus-8SV» [Solutions for computer equipment based on the processor "Elbrus-
8SV"], Nanoindustriya [Nanoindustria], 2019, No. S89, pp. 57-59.
2. Volkonskiy V.Yu., Ivanov M.A., Kim A.K., Semenikhin S.V. Kompleks programmnykh sredstv
antivirusnoy zashchity komp'yuternykh sistem, funktsioniruyushchikh pod upravleniem os
semeystva El'brus [A set of software tools for anti-virus protection of computer systems operating
under the control of the “Elbrus” OS family], REDS: Telekommunikatsionnye ustroystva
i sistemy [REDS: Telecommunications devices and systems], 2015, Vol. 5, No. 3, pp. 282-285.
3. Kim A.K., Perekatov V.I., Ermakov S.G. Mikroprotsessory i vychislitel'nye kompleksy
semeystva ”El'brus” [Microprocessors and computing systems of the ”Elbrus " family]. Saint
Petersburg: Piter, 2013, 272 p.
4. Renan Augusto Starke, Andreu Carminati, Rymulo Silva de Oliveira, Evaluation of a low
overhead predication system for a deterministic VLIW architecture targeting real-time applications,
Microprocessors and Microsystems, 2017, Vol. 49, pp. 1-8.
5. Neyman-zade M.I., Volkonskiy V.Yu. Sredy programmirovaniya i optimiziruyushchie
kompilyatory dlya komp'yuterov s mikroprotsessorami arkhitektury «El'brus» [Programming
environments and optimizing compilers for computers with microprocessors of the "ELBRUS"
architecture], Pribory [Devices], 2018, No. 8, pp. 21-29.
6. Volkonskiy V.Yu., Breger A.V., Buchnev A.Yu., Grabezhnoy A.V., Ermolitskiy A.V., Mukhanov
L.E., Neyman-zade M.I., Stepanov P.A., Chetverina O.A. Metody rasparallelivaniya programm
v optimiziruyushchem kompilyatore [Methods of program parallelization in an optimizing
compiler], Voprosy radioelektroniki. Ser. EVT [Questions of radio electronics. EVT series],
2012, Issue 3, pp. 63-88.
7. Ermolitskiy A.E., Neyman-zade M.I., Chetveri-na O.A., Markin A.L., Volkonskiy V.Yu. Agressivnaya
inlayn-podstanovka funktsiy dlya VLIW-arkhitektur [Aggressive inline function substitution for
VLIW architectures], Tr. ISP RAN [Proceedings of ISP RAS], 2015, Vol. 27, Issue 6.
8. Volkonskiy V.Yu., Grabezhnoy A.V., Mukhanov L.E., Neyman-zade M.I. Issledovanie vliyaniya
podsistemy pamyati na proizvoditel'nost' rasparallelennykh programm [Investigation of the effect of
the memory subsystem on the performance of parallelized programs], Voprosy radioelektroniki. Ser.
EVT [Questions of radio electronics. EVT series], 2011, Issue 3, pp. 22-37.
9. Ivanov D.S. Raspredelenie registrov pri planirovanii instruktsiy dlya VLIW-arkhitektur [Register
allocation when planning instructions for VLIW architectures], Programmirovanie [Programming],
2010, No. 6, pp. 74-80.
10. Bukin A.G., Lychagov A.S., Sadekov R.N., Slavin O.A. Apparatno-programmnyy kompleks
komp'yuternogo zreniya dlya resheniya zadach navigatsii nazemnykh podvizhnykh ob"ektov
[Hardware and software complex of computer vision for solving problems of navigation of ground
mobile objects], Giroskopiya i navigatsiya [Gyroscopy and navigation], 2015, No. 2, pp. 58-66.
11. Bocharov N.A., Paramonov N.B., Slavin O.A., Yanko D.V. Otsenka perspektiv ispol'zovaniya
vychislitel'nykh sredstv semeystva «El'brus» pri realizatsii algoritmov raspoznavaniya v
sovremennykh robototekhnicheskikh kompleksakh [Evaluation of the prospects for the use ofcomputing tools of the "Elbrus" family in the implementation of recognition algorithms in
modern robotic complexes], Voprosy radioelektroniki [Questions of radio electronics], 2018,
No. 2, pp. 99-105.
12. Suman Harapanahalli, Niall O Mahony, Gustavo Velasco Hernandez, Sean Campbell, Daniel
Riordan, Joseph Walsh, Autonomous Navigation of mobile robots in factory environment,
Procedia Manufacturing, 2019, Vol. 38, pp. 1524-1531. ISSN 2351-9789. Available at:
https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.01.134.
13. Pileun Kim, Jisoo Park, Yong K. Cho, Junsuk Kang, UAV-assisted autonomous mobile robot
navigation for as-is 3D data collection and registration in cluttered environments, Automation
in Construction, 2019, Vol, 106, pp. 102918. ISSN 0926-5805. Available at: https://doi.org/
10.1016/j.autcon.2019.102918.
14. Bulatov K., Arlazarov V., Chernov T., Slavin O., Nikolaev D. Smart IDReader: Document
Recognition in Video Stream, The 14th IAPR International Conference on Document Analysis
and Recognition (ICDAR 2017), CBDAR 2017: November 9–12, Kyoto, Japan, 2017, pp. 39-44.
15. Arlazarov V.V., Arlazarov V.L., Bulatov K., Nikolaev D.P., Polevoy D., Slavin O. Sistema
raspoznavaniya dokumentov v videoposledovatel'nosti [Document recognition system in video
sequences], Gosudarstvennyy reestr poleznykh modeley Rossiyskoy Federatsii [State Register
of Utility Models of the Russian Federation].
16. Limonova E.E., Bocharov N.A., Paramonov N.B., Bogdanov D.S., Arlazarov V.V., Slavin O.A.,
Nikolaev D.P. Performance Evaluation of a Recognition System on the VLIW Architecture by
the Example of the Elbrus Platform, Programming and Computer Software, 2019, Vol. 45 (1),
pp. 12-17. Doi: 10.1134/S0361768819010055.
17. Neyman-zade M.I., Korolev S.D. Rukovodstvo po effektivnomu programmirovaniyu na
platforme «El'brus» [Guide to effective programming on the “Elbrus” platform], 2020.
18. Intel® Threading Building Blocks (Intel TBB). Available at: https:// www.threadingbuilding
blocks.org/ (accessed 18 February 2021).
19. ra tsuno E. ., i a lo .S., Semenikhin S.V. Ispol'zovanie preryvani sistemnogo
kontrolya SCI dlya upravleniya energopotrebleniem mikroprotsessorov seme stva «El'brus»
[Use of interrupts of the SCI system control for power consumption control of the "Elbrus"
family of microprocessors], Voprosy radioelektroniki. Ser. EVT [Questions of radio
electronics. EVT series], 2015, Issue 1.
20. Ablakatov M.A. Upravlenie energopotrebleniem servera semeystva «El'brus», osnovannoe na
otklyuchenii protsessornykh yader po dannym podsistemy balansirovki zagruzki [Power management
of the server of the "Elbrus" family, based on the shutdown of processor cores according
to the load balancing subsystem], Voprosy radioelektroniki [Questions of radio electronics],
2017, No. 3, pp. 48-51.
21. David Meisner, Brian T. Gold, Thomas F. Wenisch. PowerNap: Eliminating Server Idle Power,
ASPLOS’09, March 7-11 2009, Washingtonm DC, USA.
22. Advanced Configuration and Power Interface Specification, Hewlett-Packard Corporation,
Intel Corporation, Microsoft Corporation, Phoenix Technologies Ltd, Toshiba Corporation,
Revi-sion 4.0a, April 5, 2010.
23. Kravtsunov E.M., Semenikhin S.V. Upravlenie energopotrebleniem SNK «El'brus-2S+» v
sostoyanii prostoya protsessornogo yadra [Power consumption management of the SNK "Elbrus-
2S+" in the idle state of the processor core], Voprosy radioelektroniki [Questions of radio
electronics], 2013, Vol. 4, No. 3, pp. 143-157.
24. Thomas Gleixner, Douglas Niehaus. Hrtimers and Beyond: Transforming the Linux Time
Subsystems, Proceedings of the Linux Symposium, 2006, Vol. One, pp. 333.
25. Venkatesh Pallipadi, Shaohua Li, Adam Belay. cpuidle – Do nothing, efficiently… , Proceedings
of the Linux Symposium, 2007, Vol. Two. pp. 119.
26. TPS53667 6-Phase, D-CAP+, Step-Down, Buck Controller with NVM and
PMBusTMInterface for ASIC Power and High-Current Point-of-Load. Available at:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps53667.pdf (accessed 18 February 2021).
27. TPS53819A3-Vto28-VInput, 40-A, Eco-ModeTM, D-CAP2TMSynchronous Buck Controller
With PMBusTM. Available at: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps53819a.pdf (accessed 18
February 2021).
