Суперкомпьютер в одном кристалле

«Вы пришли вовремя: как раз “вышел из печки” наш новый чип: 28-нанометрововый процессор с 15 ядрами, причем семи разных типов», — сказал, приветствуя нас, руководитель компании ЭЛВИС Ярослав Петричкович.

Наш визит в компанию был не случаен. ЭЛВИС отметился высокими достижениями сразу в двух областях электроники. Во-первых, это одна из крупнейших российских фаблесс-компаний 1, притом в самом сложном сегменте — разработке так называемых систем на кристалле (СнК) различного назначения, то есть сверхбольших интегральных схем (СБИС), интегрирующих в одном кристалле различные функциональные блоки, которые образуют законченное изделие для автономного применения в электронной аппаратуре. Во-вторых, одна из молодых компаний, организованных НПЦ ЭЛВИС совместно с «Роснано» (компания «ЭЛВИС НеоТек»), — один из ведущих в России разработчиков систем видеонаблюдения и интеллектуальной обработки изображений. Системы, распознающие объекты и ситуации в реальном масштабе времени, пользуются спросом во многих странах мира. Рынок этих систем — один из самых быстрорастущих в мире. Даже в условиях мирового кризиса он вырос с 14 млрд долларов в 2013 году до 19 млрд в 2016-м. А к 2018 году ожидается его рост до 24 млрд долларов. В России он рос еще большими темпами.

Руководитель компании ЭЛВИС Ярослав Петричкович: «Уже не получается просто проектировать микросхему, а потом предлагать ее на рынке, потому что микросхемы стали специализированными, ориентированными на то или другое применение. Необходимо делать конкретную микросхему для смартфона, или для автомобиля, или для космоса»

Фотография: Дмитрий Лыков

Основная система компьютерного зрения, выпускаемая компанией «ЭЛВИС-НеоТек», называется Orwell. «Название, — как заметил Ярослав Петричкович, — что называется, говорящее и отражает основной смысл того, чем эта система должна заниматься: видеонаблюдением и анализом происходящего в кадре». Она предназначена для автоматического обнаружения и классификации целей (люди, транспортные средства и др.) и ситуаций (возгорания, оставленные предметы, нарушение правил вождения и т. д.) и передачи в реальном времени видеоинформации оператору. Система масштабируемая и может включать в себя до тысячи камер. Одна из самых крупных инсталляций этой системы работает в аэропорту Шереметьево. Есть десятки объектов в других странах.

Можно сказать, что ЭЛВИС идет по такому же пути, по которому прошли такие компании, как Samsung или Apple, при несравнимых пока масштабах. «Мы делаем полностью замкнутую экосистему, проектируя ее полностью снизу вверх, начиная с элементной базы и заканчивая алгоритмами и конечными продуктами. Именно это позволяет сделать максимально эффективное сбалансированное решение. И это определяет в чем-то нашу уникальность», — объясняет ведущий разработчик компании ЭЛВИС Денис Кузнецов.

Компания несколько раз входила в топ рейтинга «ТехУспех» (составляется по инициативе РВК в партнерстве с НИУ ВШЭ и PwC) и была отобрана для участия в проекте Минэкономразвития «Поддержка частных высокотехнологических компаний-лидеров» («Национальные чемпионы»)2.

Прорыв к мировым высотам

Особо Ярослав Петричкович отметил, что проект «выпекаемого» 28-нанометрового процессора — это совместная разработка с компанией Imagination. Слово «совместная» здесь ключевое. Ведь Imagination — один из тройки ведущих в мире поставщиков IP-ядер, ее графические ядра стоят, например, во всех iPhone.

Как проектируют СнК? В качестве элементной базы используют библиотеки компьютерных программ функциональных элементов, так называемые IP-элементы, в состав которых входят как простые логические вентили и триггеры, так и макроэлементы, выполняющие более сложные функции, вплоть до ядер процессоров. В настоящее время самостоятельное проектирование разработчиком СнК всех IP-блоков, входящих в ее состав, просто экономически бессмысленно. Отдельные IP-элементы разрабатывают и представляют на рынок специализированные компании, самые известные из которых — ARM (Advanced RISC Machines), Synopsys, Inc. и Imagination Technologies Group plc. Компания ЭЛВИС тоже имеет свою библиотеку IP-элементов, предназначенных для решения задач видеонаблюдения и интеллектуальной обработки изображений, которыми она занимается. Именно это позволяет ей на равных сотрудничать с грандами мировой электроники.

Рост преступности, увеличение числа терактов, растущая озабоченность людей по поводу безопасности — все это вносит свой вклад в развитие рынка видеонаблюдения

«Представители Imagination ездили по миру, — объясняет Ярослав Петричкович, — и искали компанию, с которой можно было бы подружиться для создания новых ядер по обработке изображений, а оказалось, что все такие компании либо раскуплены, либо уже исчезли. Одних купил Intel, других — Qualcomm или Google. Мы были единственным ресурсом в мире, который остался еще не купленным и мог подтвердить высокий уровень своих разработок».

«Двадцативосьминанометровый проект, — поясняет Петричкович, — заключается не в том, что мы просто у них что-то купили, как многие покупают для своих чипов зарубежные ядра. Это именно совместный проект, который делался двумя командами в России и Англии, с участием специалистов из Америки и даже из Индии. Для того чтобы его моделировать, нужен суперкомпьютер.

«Это, возможно, самый сложный чип, который когда-либо делался в Европе, — рассказывает Ярослав Петричкович, — в нем 1,6 миллиарда транзисторов, а это больше чем в А7 от Apple». Причем с самого начала было оговорено, что этот чип будет полностью принадлежать ЭЛВИС, которая будет продвигать и продавать его. Интерес Imagination состоит в том, что одновременно будут продвигаться и ее ядра. И уже в этом году должны начаться первые продажи нового чипа.

Для этого чипа Imagination разработала новое поколение процессорных ядер, новое поколение графических ядер, радиочастотных IP, необходимых для Wi-Fi и bluetooth, и собрала все это в одну платформу, которая называется «Европа». А ЭЛВИС внес туда свои ядра по обработке изображений, которые представляют восьмиядерный кластер для интеллектуальной обработки видео и изображений, стереообработки и навигации.

Ведущий разработчик компании ЭЛВИС Денис Кузнецов: «Мы делаем полностью замкнутую экосистему, проектируя ее полностью снизу вверх, начиная с элементной базы и заканчивая алгоритмами и конечными продуктами. Именно это позволяет сделать максимально эффективное сбалансированное решение. И это определяет в чем-то нашу уникальность»

Фотография: Дмитрий Лыков

ЭЛВИС предполагает делать на основе нового чипа стереокамеры для ритейла, систем безопасности, роботов и автомобилей. Это будет важнейший элемент систем видеонаблюдения и интеллектуальной обработки изображений, создание которых планирует ЭЛВИС, — например, системы автовождения и дополненной реальности.

Этим сотрудничество ЭЛВИС и Imagination не ограничивается. Imagination заинтересовал опыт ЭЛВИС в разработке систем навигации. Дело в том, что базовым принципом интернета вещей является то, что любой объект в его сети должен точно определять свое местоположение, а для этого нужна система навигации, причем не в виде отдельных чипов: все хотят встроить соответствующий IP-блок внутрь СБИС. А в чипах, выпускаемых ЭЛВИС, такая возможность была уже заложена, причем для всех четырех навигационных систем: GPS, ГЛОНАСС, китайской BeiDou и европейской Galileo. У ЭЛВИС серьезные успехи в этой области. Вот почему Imagination купила у нее эту технологию. Сейчас ведутся совместные работы по ее доводке для мирового рынка. «Я думаю, — говорит Ярослав Петричкович, — что в двадцать первом века это, возможно, единственный прецедент трансфера за рубеж лицензированной отечественной высокой технологии».

Далеко не все компании, занятые разработкой СБИС, одновременно занимаются и разработкой систем на их основе. И ЭЛВИС тоже поставляет СБИС различного назначения сотням компаний только в России. Но в компании на основе своего многолетнего опыта разработки микросхем различного применения и различной сложности сделали вывод, что, обладая знаниями в области систем и алгоритмов, можно построить более эффективный бизнес, чем просто выпуск СБИС. Это одна из возможных моделей развития, которую выбрал для себя ЭЛВИС.

Структура мирового рынка видеонаблюдения в 2015 году

Дело в том, что появление СБИС изменило сам характер разработки микроэлектронных устройств. Если раньше можно было провести четкую границу между разработкой и производством электронных компонентов и электронных систем, то к настоящему времени проектирование даже самых сложных электронных систем превратилось в значительной мере в проектирование «систем на кристалле», сочетающих в себе и компоненты, и законченные схемы.

Как объясняет Ярослав Петричкович, «уже не получается просто проектировать микросхему, а потом предлагать ее на рынке: “Мы сделали хорошую микросхему, может быть, вы ее где-то примените?” — потому что микросхемы стали специализированными, ориентированными на то или другое применение. Необходимо делать конкретную микросхему для смартфона, или для автомобиля, или для космоса. Уже нет унифицированного процессора на все случаи жизни (как нет и универсального автомобиля), а есть специально созданные для данной конкретной системы специализированные микросхемы. Поэтому для того, чтобы обеспечить своим микросхемам конкурентное преимущество, нам поневоле пришлось разбираться в их применении. Например, поскольку мы занимаемся космосом, то мы очень хорошо изучили то, как должны быть устроены новые космические системы».

И тогда возникает естественный вопрос: а может, надо разрабатывать не только СБИС, но и системы под них, чтобы не зависеть от заказчиков? Главное, угадать, какие системы будут востребованы на рынке.

Угадать волну

Где-то в конце 1990-х — начале 2000-х в компании осознали, или, как говорит Ярослав Петричкович, угадали, что главной идеей всей IT-индустрии и электроники будущего становятся системы интеллектуальной обработки изображений. «Потому что человечество уже созрело для того, чтобы иметь искусственное зрение. И с тех пор мы этим активно занимаемся». Системы видеонаблюдения стали вторым после разработки чипов основным направлением деятельности компании.

Камера наблюдения системы компьютерного зрения Orwell

Фотография: Дмитрий Лыков

Выбор систем видеонаблюдения для приложения технологий обработки изображений был обусловлен еще и тем, что они независимы от других систем, которые требуют широчайшей кооперации и согласований. «Например, как вы можете создать связь сами? Никак, потому что вам нужно договориться о частотах, а это непростой процесс, — рассказывает г-н Петричкович. Приблизительно то же самое и с космосом. Ведь для того, чтобы оказаться в составе космической системы, нужна огромная кооперация». Это как раз пример той зависимости, в которую попадает разработчик СБИС от разработчика систем. Это неплохо, но крайне сложно. А есть гаджеты либо системы, которые можно делать независимо ни от кого и так же самостоятельно выводить их на рынок. Системы видеонаблюдения именно такие».

В компании отмечают, что смартфоны, планшеты, ноутбуки или компьютеры перестали быть драйверами развития мировой электроники. «Производство этих изделий, конечно, живет, но, — шутит Ярослав Петричкович, — это жизнь после смерти, потому что это производство уже не дает маржи». Не случайно многие американские компании закрывают эти бизнесы и продают их китайским компаниям. А продвинутые компании в области электроники ищут новые области применения своих компетенций. Одна из таких новых областей —системы автовождения. Как отметил начальник отдела маркетинга и продаж ЭЛВИС Максим Пискарев, «за них идет страшная битва, а ключевая технология для них — искусственное зрение и искусственный интеллект, потому что для того, чтобы ездить без пилота, система должна уметь видеть и распознавать». Еще одна область активной конкуренции ведущих компаний мировой электроники — так называемые системы дополненной реальности. В них тоже, прежде чем «дополнить», нужно сначала понять то, что ты дополняешь, то есть увидеть и распознать.

И ЭЛВИС участвует в этой борьбе, по мнению руководства компании, не на последних ролях. Потому что компания владеет тремя ключевыми компетенциями, которые дополняют друг друга: способностью разрабатывать оригинальные алгоритмы, собственную архитектуру чипов и многолетним практическим опытом применения такого рода систем, который, в частности, позволил набрать в большом количестве необходимую для систем видеонаблюдения статистику распознавания различных объектов.

«Уникальность разработок ЭЛВИС в том, — объясняет Максим Пискарев, — что мы обладаем совокупностью собственных решений от элементной базы до алгоритмов и систем. И это позволяет компании выпустить такой конечный инновационный продукт, как, скажем, уникальная видеокамера со встроенной аналитикой и с семантическим анализом для систем видеонаблюдения и интеллектуальной обработки изображений, чего нет у других компаний, работающих в этом сегменте рынка».

Выйти на мировой уровень

Сейчас 80% информации в интернете — это видеоизображения. Вся индустрия облачных сервисов работает на нее. Появилась необходимость создать сервисы или машины, которые были бы ориентированы на работу с основным контентом интернета. Чтобы его можно было анализировать, а не просто складировать, как предлагают, например, разработчики «закона Яровой».

Российский рынок видеонаблюдения остается одним из самых быстрорастущих сегментов ИТ

На решение этой задачи, в частности, направлен, как рассказал Ярослав Петричкович, еще один проект, который сейчас ведет ЭЛВИС наряду с другими мировыми игроками, — разработка 16-нанометрового 50-ядерного серверного чипа, в который заложены самые новые 64-разрядные ядра Imagination. И 40 ядер, ориентированных на семантическую обработку изображений и решение задач искусственного интеллекта, разработанных в ЭЛВИС. Imagination и ЭЛВИС решили также, что этот проект поучаствует в гонке за системы автовождения. И в следующем году он должен быть выпущен.

«Если мы его сделаем, рассказывает Ярослав Петричкович, — то это будет суперкомпьютер в одном кристалле, потенциальный чемпион по обработке нейроалгоритмов, который сможет решить многие задачи интернета, заменить интеллект в автомобиле и в робототехнике. Кроме того, это базовая технология для систем видеонаблюдения с очень мощным распознаванием. По своим характеристикам он на порядок превосходит все то, что есть или предвидится на рынке в ближайшем будущем. И этот проект поддерживает наше государство в лице Минпромторга. С моей точки зрения, это проект, который может нас вывести на серьезный международный уровень в области микроэлектроники».

 Постоянно усложняющиеся требования к микропроцессорам делают проблематичным создание универсальных моделей. Успех приходит к тем, кто разрабатывает специализированные процессоры, ориентированные на решение задач конкретных систем. Но для этого разработчики должны быть уже не просто микросхемотехниками, но системщиками, досконально разбирающимися в работе систем, где используются их процессоры. А еще лучше, если они разрабатывают и сами системы. Выбранная компанией ЭЛВИС стратегия развития как раз предусматривает разработку всей цепочки продуктов, начиная со специализированной элементной базы (микропроцессоры) и заканчивая алгоритмами и конечными системами видеонаблюдения и распознавания. Это позволило компании создавать продукты, востребованные на российском и мировом рынке.