МИССИЯ Мобильная Информационная Среда С Интеллектуальным Ядром А.И.Таран (Зеленоград), В.Ю.Татур (Москва) 2008 г. МЕГАпроект

М обильная И нформационная С реда С И нтеллектуальным Я дром Проект «МИССИЯ» СК «Мини Тера-МКМ» (~Топ/литр) Мобильные приложения 1) Мобильный ПК 2) Технология сверхплотной сборки Безопорный интерфейс Супер Компьютер «Мини Тера» Россия (2003 г.)

МИССИЯ базовый проект МИССИЯ- μ -спутник МИССИЯ-«прозрачная броня» МИССИЯ-океан МИССИЯ-таможня МИССИЯ-авионика ! МИССИЯ-безопасность ! Задержать! суперСЕРВЕР мобильный ПК Трлн опер/сек/литр 10 тыс уе Опознан Некоторые специальные прикладные проекты на базе проекта МИССИЯ

Базовый проект МИССИЯ Инфраструктура и согласованная кооперация Участников МИССИЯ базовый проект суперСЕРВЕР мобильный ПК Трлн опер/сек/литр 10 тыс уе Элементна я база (БИС) ООО «СКС» ООО «ИДМ» (БИС-Мини Тера) ЗАО «МЦСТ» (БИС-Е2К) Технология плотноупакованной сборки ООО «МКТ» (С2-МКМ) д.ф-м.н. П.Д.Алтухов (Si оптоэлектронный разъём) Архитектура и программное обеспечение ЗАО «МЦСТ» ООО «СКС» ООО «ИДМ» Ур Маш (Ур.отд.РАН) Технология и аппаратура множественного мобильного широкополосного доступа в системе «клиент- сервер» ФПТНЗАО «СКБ ИСС» Экраны (ОСИД, ЖКИ) Дисплеи в очках (ОСИД) Технологии отображени я информаци и ТОО «РУСС» (безопорный интерфейс) ООО «СКС» (голосовой интерфейс) Технологии управления мобильным и ПК ООО «МКТ» (источники питания) ЦНИИМ (суперконденсаторы) Энергетика мобильных платформ ЦНИИМ Сверхтеплопроводящая нанокерамика

Подпроект «Супер-сервер Мини Тера» Генеральный директор ООО «СКС» В.Ю.Татур Создание супер-сервера с перестраиваемой архитектурой для потоковой обработки информации ООО «Супер Компьютерные Системы» (Москва) Имеющийся задел: базовые архитектура и матобеспечение – Мини Тера ТМ (Россия) российские и зарубежные патенты опыт проектирования и выпуска сервера Мини Тера Основные характеристики супер-сервера: гибридная архитектура производительность ~1 трлн потоковых опер/сек/кристалл потребление ~100 Вт занимаемый объём ~ литр себестоимость ~2-5 тыс уе Применение: дешёвые мобильные (бортовые) супер ЭВМ Участники проекта МИССИЯ Экспериментальный образец сервера на основе БИС (0,6 мкм) с архитектурой Мини Тера конфиденциально

Участники проекта МИССИЯ Подпроект «Элементная база. БИС-Е2К» Генеральный директор ЗАО "МЦСТ" А.К.Ким Создание кристалла БИС со структурой «система на чипе» ЗАО «МЦСТ» (Москва) Имеющийся задел: базовая архитектура – E2K ТМ (Россия) российские и зарубежные патенты сложившаяся инфраструктура проектирования и выпуска БИС Основные характеристики БИС: совместимость с программным обеспечением для Pentium технологические нормы – 0,90 мкм потребление ~1,0 Вт тактовая частота ~1 ГГц контроллер памяти контроллер системной шины Применение: WINTEL-совместимое ядро мобильных ПК БИС (0,13 мкм) микропроцессора «ЭЛЬБРУС» с архитектурой Е2К конфиденциально

Подпроект «Элементная база. БИС-Мини Тера» Участники проекта МИССИЯ конфиденциально Директор ООО «ИДМ» В.А.Козлов Создание кристалла БИС с перестраиваемой архитектурой для потоковой обработки информации ООО «ИДМ» (Зеленоград) CБИС для различных приложений Имеющиеся заделы: Архитектура и схемотехника БИС процессора Мини Тера ТМ Унифицированная архитектура реконфигурируемых «систем-на-кристалле» Опыт проектирования и сопровождения в производстве цифровых, аналоговых и цифро-аналоговых БИС для субмикронных технологий Основные характеристики БИС: технологические нормы – 0,09 мкм производительность ~10 мрд потоковых опер/сек/кристалл Применения: Высокопроизводительные проблемно-ориентированные системы Портативные персональные компьютерные устройства Специализированные контроллеры (видео-, аудио-, телеком- и др.)

Подпроект «Система мобильного широкополосного доступа к суперкомпьютерным ресурсам» Генеральный директор ЗАО «СКБ ИСС» Б.А. Игнатов Создание аппаратуры радиосвязи на базе технологии сверхширокополосных, шумоподобных сигналов (СШШПС)» ЗАО «СКБ Интегральные системы связи» (Москва) Имеющийся задел: российский патент на изобретение «Устройство связи» базовые архитектура и схемотехнические решения, макетный образец опыт проектирования и выпуска аппаратуры радиосвязи Характеристики СШШПС-канала обмена «сервер – мобильный ПК»: несущие – 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 26, 28, 36, 38, 40 ГГц (по согласованию) скорость передачи данных – до 155 Мбит/c горизонтальная дальность связи – до 40 км (на открытой местности) вертикальная дальность связи – до 1000 км (на открытой местности) потребляемая мощность на канал – до 1 Вт (с мини-антенной на АФАР) обслуживание – до абонентов на узел (сервер) Применение: системы персонального мобильного доступа к наземным и орбитальным ГРИД-ресурсам Участники проекта МИССИЯ Макет канала радиосвязи на базе СШШПС

Участники проекта МИССИЯ Генеральный директор ООО «МКТ» А.И.Таран Имеющийся задел: базовая технология – С3-МКМ-технология ТМ (Россия) российские и зарубежные патенты опыт проектирования и изготовления образцов С3-МКМ Основные характеристики технологии: совместимость со стандартной технологией сборки флип-чип технологические нормы коммутационных подложек – мкм размеры монтируемых кристаллов – до 20 х 20 мм контактов на кристалле (в матрице с шагом 250 мкм) – до 1600 на см 2 плотность упаковки «активного кремния» – до 600 см 2 /литр Применение: сборка любой аппаратуры (мобильная, бортовая и т.п.) Подпроект «С3-МКМ-технология сборки» Тестовый образец С3-МКМ-устройства Создание технологии и участка сборки плотноупакованной аппаратуры на основе капиллярных соединений ООО «Многокристальные технологии» (Зеленоград)

Участники проекта МИССИЯ Подпроект «Безопорный манипулятор» Создание интерфейса для управления ресурсами и приложениями мобильных ПК в безопорных условиях и на ходу ТОО «РУСС» (Москва) Генеральный директор ТОО «РУСС» В.А.Рыжов Экспериментальный образец безопорного манипулятора мобильного интерфейса Имеющийся задел: базовая технология и ПО – tWEEt-интерфейс ТМ (Россия) российские и зарубежные патенты опыт проектирования и изготовления экспериментальных образцов Основные характеристики технологии: совместимость со стандартной технологией многоконных интерфейсов беспроводное подключение размеры – в габаритах перстня на указательном пальце обеспечивает – управление и ввод текста в безопорных условиях и на ходу Применение: в любой человеко-машинной системе (мобильная, бортовая и т.п.)

Участники проекта МИССИЯ Подпроект «Si-оптрон» д.ф-м.н., лауреат Государ- ственной премии СССР П.Д.Алтухов Создание технологии и конструкций Si-оптопар для микроэлектронной аппаратуры ФТИ им.А.Ф.Иоффе (С-Петербург) Сформированы теорети- ческие основы и получены экспериментальные обра- зцы 1 ГГц Si-оптопары. Имеющийся задел: публикации в России и за рубежом по теоретическим и экспериментальным аспектам Si-излучателей (без раскрытия ноу-хау) экспериментальные образцы Si-оптопары стенд для исследования характеристик оптопары Основные характеристики Si-излучателя: длина волны излучения – в диапазоне ИК-прозрачности Si полоса пропускания ~1 ГГц эффективность > 1 % размеры излучающей области ~20-50 мкм совместимость со стандартными технологиями обработки Si Применение: оптоэлектронный межкристальный/межплатный/межблочный обмен оптоэлектронная сборка аппаратуры Si-монолитные оптоэлектронные ИС

Участники проекта МИССИЯ Освоение OLED-технологии производства дисплеев и создание дисплея в очках Основные характеристики технологии: базовая технология – OLED (органические светоизлучающие диоды) сравнение ЖКИ и OLED (в относительных единицах) : Применение: разнообразные средства отображения, в т.ч. очки-дисплеи: Подпроект «OLED-дисплеи» Энергопотребление: до 850 м Вт (стерео) Вес: ~100 граммов (с кабелем) Формат изображения: SVGA (800x600) Глубина цвета: 24 бита Яркость: до 150 кд/м² Контрастность: более 100:1 Поле обзора: 32° по горизонтали, что эквивалентно 50-дюймовому экрану с расстояния 1,5 метра Питание: 5 В Яркость Потребляемая мощность Температурный диапазон ( о С) Себестоимость (на дм 2 ) ,

Отзывы на проект МИССИЯ Отзыв академика РАН А.С.Бугаева

Отзывы на проект МИССИЯ

Базовый проект МИССИЯ Выводы Базовый проект МИССИЯ: –представляет собой мировой уровень информационных технологий как в целом, так и в узловых компонентах (перспективность) –является системообразующим ядром множества специальных и коммерческих ИТ-приложений с экстремальными характеристиками (актуальность) –полностью основан на оригинальных отечественных решениях, технологиях и ноу-хау (независимость) –имеет достаточно полную технологическую инфраструк- туру и согласованную кооперацию исполнителей (реализуемость) –может стать основой гармоничного развития отечест- венной ИТ-индустрии в русле тотальной мобильности

Ядро системы МИССИЯ на базе Супер Сервера с гибридной архитектурой Мини Тера ТМ

Опытные образцы реконфигурируемых вычислительных модулей с архитектурой Мини Тера Реконфигурируемый вычислительный мо- дуль (РВМ) «Мини Те- ра» для обработки потоковых данных на базе разработанных процессоров, выпу- щенных по техноло- гии 0,6 мкм Макет РВМ с потоковой обработкой данных для бортовой вычислительной машины (БВМ) истребителя пятого поколения

Прототип РВМ «Мини Тера»

Элементная база (чип) с архитектурой Мини Тера ТМ Технология (мкм) S ПЭ (мм 2 ) N ПЭ K СБИС F раб (МГц) P пик * 10 9 (опер/сек) W СБИС (Вт) 0,180, ,06,5 0,130, ,96,3 0,090, ,27,5 Где S ПЭ – площадь процессорного элемента (ПЭ) N ПЭ – количество ПЭ на кристалле K СБИС – количество контактов на кристалле СБИС F раб – рабочая частота P пик = F раб * N ПЭ /64 – пиковая производительность для операций с 64- разрядными числами W СБИС – потребляемая мощность Параметры кристаллов СБИС Мини Тера (кристалл 12 х 12 мм =144 мм 2 )

Плотноупакованные узлы и блоки аппаратуры МИССИЯ на базе С2/С3-МКМ-технологии ТМ сборки

контактный узел Capillary Connect (С2) Фаза совмещения Фаза пайки Контакт 1 (на ПИ) Контакт 2 (на Si) ПИ-коммутационная структура Капиллярный соединительный элемент

контактный узел Capillary Chip Connect (С3) А А А А

1)Возможность контактирования по всей поверхности кристалла (а не только по периферии) 2)Нет флюса и загрязнений (вакуумная пайка) 3)«Мягкий» процесс (даже для GaAS) 4)Малые размеры контактного узла (тонкий ПИ) 5)Высокая прочность контактного узла C2/C3-технология: С2-контактный узелС3-контактный узел

1) Многослойная ПИ-плата (монтаж ПИ на ПИ) 2) Монтаж Si (GaAs) на ПИ 3) Монтаж ПИ на ПП (или другую подложку) «Универсальность» С2-технологии и С2-контактного узла

C2/C3-МКМ-технология: патенты Приоритет: патента РФ - получены 4 патента США - получены 2 ЕА-патента - в оформлении Автор: А.И.Таран

Полиимидная монтажная структура с капиллярны- ми соединительными элементами (КСЭ) Кремниевая коммутационная подложка Планарный Многокристальный Модуль (МКМ) на жесткой коммутаци- онной подложке

60 мкм ~ 500 мкм 25 мкм 100 мкм Толщина монтажной подложки из полиими- да ~25 мкм Толщина выравнива- ющей прокладки из полиимида ~100 мкм толщина Si ~100 мкм Этажерочный МКМ Chip 1 Chip 2 Chip 3

92 мм 96 мм 70 мм 60 мм 85 мм 55 мм Базовые конструкции унифицированного процессорного модуля 60 мм 35 мм Базовый процессорный модуль в конструктиве PC-card (на базе МКМ-PC-card) Базовый процессорный модуль в конструктиве PC-104 (на базе МКМ-PC-104) базовый МКМ-PC-card (35 х 60 мм) базовый МКМ-PC-104 (60 х 70 мм) 35 мм МКМ для базового ТЭЗ-МКМ

(основные характеристики) Суммарная площадь «активного» кремния ~ 8 см 2 Вес ~ 10 г Рассеиваемая мощность ~ 5 Вт Стойкость «Мороз», «Климат» Типовой элемент замены (ТЭЗ) на базе С2/С3-МКМ 5 мм 50 мм

(мобильный системный блок компьютера) ИП-15 Вт ФЛЭШ-16 Гб (2 Вт) Мини Тера (4 Вт) Pentium M+256 Мб (5 Вт) 20 мм 50 мм Типовой элемент замены (ТЭЗ) на базе С2/С3-МКМ

112 мм 100 мм 160 мм Вариант конструкции плотноупакованной аппаратуры на базе ТЭЗ-С2/С3-МКМ ~ 600 см 2 «активного» кремния

Мобильный персональный компьютер с дисплеем в очках – беспроводной клиент ядра системы МИССИЯ

Процессор - PII / 300 MHz Оперативная память Мб Дисковая память - до 40 Гб Порты и разъемы: - Видео - Аудио - USB - сопряжение с блоком расширения LiIon батарея - до 2 часов Размеры х 90 х 36 мм Вес - до 400 г OS - Windows ME концептуальный прототип мобильного ПК (август 2002 г.)

Использование мобильного ПК в безопорном режиме

работа с мобильным ПК в офисе К блоку расширения, входящему в комплект МПК, подключены стандартные периферийные устройства (монитор, клавиатура, мышь, дисководы), а также коммуникационная и электрическая сети.

После стыковки системного блока с блоком расширения все устройства и коммуникации становятся доступными пользователю работа с мобильным ПК в офисе

Уходя, возьми с собой системный блок ! работа с мобильным ПК в офисе

К системному блоку, размещенному на поясе, можно подключить tWEEt-манипулятор, очки-дисплей и получить доступ к ресурсам полноценного Персонального Компьютера. работа с мобильным ПК в дороге

Массовый отказоустойчивый высокопроизводительный процессорный модуль «Кубик» для инноватики Pentium-совместимое ядро Потоковый реконфигурируемый сопроцессор 0,1-0,3 трлн опер/сек Встроенный аккумулятор ~20 Вт*час Размеры ~6 х 6 х 6 см Себестоимость ~300 уе

Массовый ПК-1К (убик)

Массовый ПК-2К (убик)

Терапроизводительный (триллион опер/сек/литр) унифицированный узел (из 4-х кубиков) суперкомпьютера с наращиваемой производительностью Терапроизводительный (триллион опер/сек/литр) унифицированный узел (из 4-х кубиков) суперкомпьютера с наращиваемой производительностью

Комплексный проект «МИССИЯ» - основа терапроизводительных вычислителей для микро-спутников и авионики нового поколения ©Ассоциация «Информатика Мобильного Общества» М обильная И нформационная С реда С И нтеллектуальным Я дром

МИССИЯ базовый проект МИССИЯ- μ -спутник МИССИЯ-«прозрачная броня» МИССИЯ-океан МИССИЯ-таможня МИССИЯ-авионика ! МИССИЯ-безопасность ! Задержать! суперСЕРВЕР мобильный ПК Трлн опер/сек/литр 10 тыс уе Опознан

Примеры прикладных проектов на базе Концепции МИССИЯ Проект «Авионика» Проект «Микроспутник» Проект «Орбитал-ГРИД» ©Ассоциация «Информатика Мобильного Общества»

Сервер контроля внешней обстановки Сервер мониторинга бортовых систем Сервер навигации и управления оружием Проект «Авионика» Основные характеристики бортовой АСУ: - сервер ~ 1 Топ/дм 3 - обмен сервер-сервер ~ 1 Гбит/сек (оптоволокно) - обмен сервер-МПК ~ 40 Мбит/сек Основные характеристики бортовой АСУ: - сервер ~ 1 Топ/дм 3 - обмен сервер-сервер ~ 1 Гбит/сек (оптоволокно) - обмен сервер-МПК ~ 40 Мбит/сек

Проект «Орбитал-ГРИД» Облик микро спутника Универсальная панель управления вектором ориентации устройств антенна ГЛОНАСС блок управления панелями солнечных батарей блок накопителя энергии (аккумуляторы) ионно-плазменные двигатели ориентации антенны межспутникового оптического обмена антенны радиообмена с землёй блок управления сенсором (микротелескопом) Сенсор (например, микротелескоп) рама несущая рабочее положение транспортное Основные характеристики микро спутника 1)Размеры ~1,0 х 0,2 х 0,2 м 2)Масса ~50 кг 3)Энергетика ~300 вт 4)Борт. ЭВМ ~1 трлн опер/сек 5)Стоимость ~100 тыс уе 6)Стоимость запуска ~10 тыс уе Супер-компьютер Мини Тера

Проект «Орбитал-ГРИД» Схема доставки микро спутников на орбиту (H ~ км) 1 Старт МИГ-31 (с любого аэродрома) - носителя ракеты с микроСПУТНИКАМИ 2 Разгон носителя (~3М, ~30 км) 3 Старт ракеты с борта носителя 5 Формирование орби- тального кластера микроСПУТНИКОВ (с помощью ГЛОНАСС) 4 Вывод микро- СПУТНИКОВ на орбиту (до 3 х за один пуск)

Проект «Орбитал-ГРИД» Фрагмент группировки микро спутников