Ренат Юсупов: Доверенность начинается с ЭКБ

– Ренат Рафаэлевич, компания Kraftway выступает в роли технологического партнера форума «Микроэлектроника». Чем интересно данное мероприятие для вашей компании как для производителя вычислительной техники?

Kraftway – одна из крупнейших инжиниринговых и производственных компаний на рынке ВТ России, спектр нашей деятельности простирается от микроэлектронных компонентов и электронных модулей до конечных устройств и систем. Очевидно, что Российский форум «Микроэлектроника» – ключевое мероприятие в сфере электроники в нашей стране, и для того чтобы держать руку на пульсе и быть в курсе тенденций отрасли, принимать активное участие в работе форума для нас просто необходимо. Выступления на мероприятии представителей органов власти, отвечающих за развитие электронной и радиоэлектронной промышленности, дают понимание, в какую сторону движется государственная политика в данной сфере, какие ожидаются инвестиции, какие направления находятся в приоритете. Эта информация крайне важна для компании, потому что на ее основе мы корректируем свою техническую стратегию. Кроме того, для нас очень интересно, чем занимаются другие игроки рынка – как крупные компании, так и небольшие фирмы и стартапы. Сейчас на нашем рынке освободилось много ниш, и их нужно заполнить как можно быстрее. А для этого нужно понимать, в каких направлениях работают наши коллеги.

Что касается новых стартапов, появляющихся на рынке, мы всегда готовы к сотрудничеству с ними, если видим, что их проекты коррелируют с нашей технической стратегией. В некоторых случаях может быть интересно и для нас, и для них включение их команд в нашу структуру. Присоединение компаний – распространенная практика во всем мире, и при аккуратном и взвешенном подходе она может приводить к лучшему результату, чем при развитии предприятия только за счет внутренних ресурсов.

Форум «Микроэлектроника» позволяет нам обновлять представление о рынке, обмениваться информацией с коллегами и находить новые контакты, в том числе среди недавно образовавшихся перспективных команд. Поэтому мы считаем это мероприятие особенно важным для нас.

– Вы сказали, что область деятельности вашей компании охватывает в том числе микроэлектронные компоненты. Но известно, что Kraftway начинал свой путь с производства вычислительного оборудования. Как вы пришли к разработке ЭКБ?

Это довольно интересная история. За время существования компании Kraftway было несколько случаев, когда на основе анализа ситуации и собственных возможностей находились новые перспективные направления деятельности. Так, в конце 2000-х мы почувствовали достаточно серьезное давление на рынке компьютерной техники со стороны глобальных компаний – в основном западных, хотя Китай также претендовал на то, чтобы занять часть рынка в России. Тогда мы сконцентрировались на оборудовании с интегрированными средствами защиты информации, поскольку обычно это направление не доверяют зарубежным производителям. Практически в любой технологически развитой стране мира есть хотя бы одна-две компании, которые обеспечивают создание локализованных доверенных систем. Да, в нашей стране порой безопасность строилась на зарубежных решениях, что было возможно благодаря тщательному контролю со стороны регуляторов, в частности ФСТЭК и ФСБ. Но этот путь, безусловно, проигрывает в своей эффективности построению доверенных систем на отечественном оборудовании. Мы поставили перед собой задачу стать компанией № 1 на отечественном рынке устройств с интегрированными средствами защиты информации, и я считаю, что уже к середине 2010-х мы эту задачу решили, накопили достаточно большой опыт и обрели компетенции, которые, кстати, мы сейчас стремимся конвертировать для использования в проектах по обеспечению информационной безопасности для всего спектра объектов критической информационной инфраструктуры (КИИ) во взаимодействии с недавно созданным НПО «КИС» – основным оператором доверенных программно-аппаратных комплексов в нашей стране. Активно работая на рынке информационной безопасности, мы четко понимали, что доверенность ВТ, а вместе с ней и технологическая независимость практически недостижимы без собственной ЭКБ. Построение защищенной с информационной точки зрения техники на основе зарубежных компонентов – крайне сложный процесс. Хотя мы ранее с этим справлялись, нивелируя угрозы, модели которых нам были известны, всё же такой подход вторичен: доверенность необходимо строить снизу – от аппаратного корня доверия. Поэтому переход к разработке собственной ЭКБ выглядел не просто логичным, но необходимым.

– На чем вы сконцентрировали усилия в этом новом для компании направлении?

Если говорить о вычислительной технике в общем, можно сказать, что она выполняет три основные задачи: обмен информацией, ее обработку и хранение. Очевидно, что заниматься компонентами для обработки дан- ных, то есть процессорами, нам смысла не было: в России насчитывается больше собственных архитектур, чем во всем остальном мире, и добавлять к ним еще одну нет никакого смысла. Мы ориентируемся на то, что та или иная российская архитектура наконец «встанет на рельсы», и тогда мы с удовольствием будем использовать соответствующее решение наших коллег. Поэтому мы выбрали для себя направления передачи и хранения данных и взялись за разработку ключевых компонентов для этих задач – микроконтроллеров. Но работая в области микроэлектроники, нужно понимать, что разработка может быть успешной только в том случае, если она сможет быть масштабирована для объемов производства как минимум в сотни тысяч изделий в год. Проанализировав рынок, мы увидели, что самым интересным с этой точки зрения сектором для нас может стать сектор твердотельных накопителей информации. Это был прогноз, не лишенный рисков, потому что в 2015 году доминировали НЖМД, а твердотельные накопители только начинали появляться, были достаточно дорогими и не вполне надежными. Тем не менее мы предположили, что за ТНИ будущее, и если мы начнем заниматься этой темой сразу, то к моменту, когда они станут широко востребованы, сможем накопить достаточный опыт, чтобы успешно предлагать такие изделия на основе наших контроллеров.

Поставив перед собой эту стратегическую цель, мы начали формирование дизайн-центра, исходя из имеющихся на рынке ресурсов, которых, как известно, не так много: недостаток разработчиков СБИС отмечают все дизайн-центры в нашей стране. Однако нам удалось сформировать весьма сильную команду. Кроме того, мы нашли группу математиков из МГУ имени М. В. Ломоносова, которая обладала достаточными компетенциями для разработки необходимых математических методов и алгоритмов. Дело в том, что работа с флеш-памятью типа NAND, составляющей основу ТНИ, требует весьма серьезного математического и алгоритмического обеспечения. Помимо помехоустойчивого кодирования, которое применяется в хранении данных и которым, собственно, профессионально занималась данная группа, необходимы алгоритмы, реализующие трансляцию логических адресов в физические, выравнивание износа ячеек, сборку мусора и другие весьма нетривиальные функции. Группа математиков, которая стала основой целого отдела математического обеспечения в нашей компании, смогла во взаимодействии с разработчиками RTL реализовать ядро микроконтроллера, которое выполняет все эти задачи. Следующим важным этапом стало разворачивание полного маршрута проектирования, охватывающего все стадии – разработку алгоритмов, RTL, верификацию, топологическое проектирование, запуск кристаллов в производство, а также разработку встроенного ПО. Сейчас можно сказать, что мы построили полноценный дизайн-центр. У нас уже разработано второе поколение контроллера ТНИ. Он сейчас готовится к серийному производству, которое мы предполагаем запустить уже в следующем году с планируемыми объемами производства в десятки тысяч, а при благоприятных обстоятельствах – сотни тысяч изделий в год.

– В чем отличия второго поколения ваших контроллеров ТНИ от первого?

Первое поколение было ориентировано на работу с так называемой двухуровневой NAND-памятью MLC. Но сейчас более распространенной является память с трехуровневыми ячейками – TLC. Она обладает бóльшим удельным объемом хранимых данных и позволяет создавать более дешевые ТНИ. Накопители, созданные на базе нашего контроллера первого поколения, были в 1,5-2 раза дороже зарубежных аналогов на более емкой NAND- памяти, что не позволяло их коммерциализировать. Эту ошибку мы учли, и в новом поколении контроллера сделали ставку на TLC-память. В результате у нас получился вполне конкурентоспособный продукт – как по цене, так и по техническим характеристикам. Он поддерживает объем памяти накопителя до 16 ТБайт и обеспечивает скорость записи и считывания порядка 2 ГБайт / с, что является достаточно хорошими показателями. Более того, эта скорость обеспечивается в том числе при работе с большими объемами данных. Обычно заявляемая скорость в несколько ГБайт / с достигается за счет применения кеша – отдельной области в поле NAND-памяти накопителя, выполненной на одноуровневых (SLC) ячейках. Это очень быстрая память, но объем ее небольшой. Сначала запись производится в нее, а затем, если это необходимо, данные из кеша переносятся в основную, многоуровневую, память. При передаче большого объема данных, превышающего размер кеша, скорость у таких накопителей падает в 10–20 раз, то есть до сотен МБайт / с. Поэтому профессиональное тестирование ТНИ всегда включает проверку скорости при больших объемах данных. Наш контроллер предназначен для работы в бескешевых накопителях, в которых запись производится непосредственно в многоуровневую память, равно как и считывание из нее. Поэтому заявленная скорость – 2 ГБайта / с – поддерживается вне зависимости от объема данных. Она несколько падает только при заполнении накопителя на 70–80%, поскольку в этом случае включаются дополнительные функции: сборка мусора, выравнивание износа и т. д. Но и это падение не превышает 50%. Поэтому наши ТНИ будут эффективно работать в серверных системах и СХД высокого уровня.

Но на этих контроллерах строятся и небольшие диски для пользовательского сегмента, и накопители корпоративного класса (enterprise), причем такие решения вполне конкурентоспособны по цене в сравнении с зарубежными аналогами. На форуме «Микроэлектроника» мы представим накопители всех форм-факторов, которые мы разработали на основе собственного контроллера второго поколения: M.2 (NGFF) для стандартных ПК, мобильных и других миниатюрных устройств, U.2 – для серверов, EDSFF – накопители большого объема для серверных систем и СХД, а также в стандарте карты PCIe. Все эти изделия можно будет увидеть на форуме вживую, посмотреть на их работу.

Также в сентябре мы планируем начать предоставлять накопители для тестирования нашим партнерам, а запуск их в серию ожидается в начале следующего года. В следующем поколении контроллеров, думаю, мы всё же поддержим режим работы с кешем. Возможно, оптимальный режим работы – напрямую с многоуровневой памятью или через кеш – будет выбираться самим контроллером в зависимости от ситуации. Но это пока планы на будущее.

– Вы сказали, что решение заняться разработкой контроллеров было вызвано необходимостью создания собственной ЭКБ для доверенной аппаратуры. Какие функции защиты информации обеспечиваются вашим контроллером ТНИ?

Прежде всего, в контроллер интегрирован аппаратный корень доверия, выполняющий целый ряд функций по защите информации. Кроме того, устройство имеет встроенное средство потокового криптопреобразования на основе отечественного алгоритма «Кузнечик». Шифрование производится «на лету», и заявленная скорость 2 ГБайта / с это учитывает. Данную особенность контроллера можно назвать уникальной: само по себе потоковое криптопреобразование – довольно сложная задача, а в нашем устройстве оно выполняется на номинальной, достаточно высокой, скорости записи и считывания данных накопителя. Таким образом, наша разработка, базируясь на отечественных решениях защиты информации, содействует обеспечению информационной безопасности и технологического суверенитета в столь важной сфере, как оборудование для КИИ.

Отмечу также, что все СФ-блоки контроллера разработаны нами, за исключением управляющей части, не относящейся к тракту передачи данных. Она выполнена на российском ядре архитектуры RISC-V. Контроллер со стороны хоста PCIe, обеспечивающий преобразование протокола NVMe, и контроллер со стороны NAND-памяти, а также ядро SSD Core, отвечающее за все преобразования для работы с NAND, – полностью наши. Особенностью СБИС является то, что весь RTL-код СФ-блоков тракта передачи данных написан нашими специалиста- ми. Конечно, поскольку контроллер выполнен по техно- логии 28 нм, мы вынуждены изготавливать его на зарубежной фабрике, а потому использовать ее библиотеки физического уровня. Но на этом уровне вмешаться в схему устройства практически невозможно. Кроме то- го, в контроллере предусмотрены определенные защитные средства, которые не позволяют на этапе изготовления понять, как устроены наиболее чувствительные части СБИС, и которые обеспечивают окончательную настройку контроллера уже при инициализации. Эти же решения предоставляют возможность однократно настроить контроллер для полной реализации функций защиты ин- формации, либо для работы в упрощенном режиме, при этом снизив энергопотребление. Последний режим целесообразен, например, в потребительской технике, где защита информации менее критична, чем в аппаратуре для объектов КИИ. К сожалению, пока мы вынуждены ориентироваться на зарубежную флеш-память: на данный момент микросхемы такого класса в России не производятся, да и во всем мире можно назвать порядка пяти компаний, изготавливающих NAND-память, которая применяется в твердотельных накопителях. Но все остальные критические элементы наших ТНИ – отечественные. Таким образом, эта СБИС и ТНИ на ее основе локализованы в максимально возможной на сегодняшний день степени...

Продолжение интервью в журнале №8 «ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ». Журнал №8 будет распространяться на стенде издательства «ТЕХНОСФЕРА» выставки форума «Микроэлектроника 2024».

СКАЧАЙТЕ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ ИНТЕРВЬЮ