В конце ноября Российский Альянс RISC-V при участии «Группы Астра» и Baikal Electronics, собрал на одной площадке разработчиков чипов, производителей АСУ ТП, разработчиков ОС, инструментов разработки и конечных заказчиков. Повод — круглый стол «Доверенные АСУ ТП на базе RISC-V: от технологического ядра к промышленной экосистеме».
Если коротко, обсуждали три вещи:
- насколько RISC-V уже «дозрел» до промышленных контроллеров;
- как строить доверенную (trusted) аппаратную платформу для АСУ ТП;
- что мешает выстроить нормальную кооперацию между теми, кто делает чипы, и теми, кто делает на них ПЛК, счётчики, панели, шкафы.
Ниже — собранное резюме по важным темам, железо, софт, безопасность и организационные выводы из этого разговора.
Почему именно АСУ ТП стали точкой сборки
Контекст у этой истории специфический. В классическом IT цена кристалла критична: ставить дорогой отечественный SoC вместо массового Rockchip — почти всегда боль бизнеса. В АСУ ТП картина иная: стоимость контроллера в составе шкафа, технологической линии или турбины теряется на фоне бюджета и критичности всего проекта. На круглом столе прямо прозвучало: «контроллеры стоят дорого, и процессор может сколько угодно дорого стоить — это будет незаметно на фоне изделия».
Отсюда важный вывод, который, кажется, разделяют многие эксперты из мира АСУ ТП: если запускать новую волну отечественных процессоров, то именно здесь — в промышленной автоматизации — экономика сходится лучше всего.
В Российском Альянсе RISC-V под это уже есть рабочая группа по «открытому» АСУ ТП. Через неё на круглый стол как раз позвали часть участников: производителей ПЛК, систем ввода-вывода, панелей, а также вендоров чипов. Цель, которую модератор сформулировал довольно жёстко: научиться слышать друг друга и сформировать набор критических технологий, которые позволят не просто заменить ушедшие с рынка решения, а сделать отечественное предложение лучше и конкурентоспособнее.
Кто и о чём говорил
Для контекста перечислим ключевые доклады круглого стола:
- Роман Попов (Российский Альянс RISC-V) — вводный доклад о глобальном и российском контексте развития RISC-V, роли рабочей группы по «открытому АСУ ТП» и о том, почему индустриальная автоматизация сейчас — это одна из точек роста архитектуры.
- Владимир Карантаев (Российский Альянс RISC-V) — доклад о доверенных компонентах безопасности в программно-определяемых АСУ ТП: от модели угроз до необходимости аппаратного «корня доверия» и доверенного контура.
- Станислав Шепелев (АО «Микрон») — о линейке микроконтроллеров MIK32 «Амур» на RISC-V и уже реализованных сценариях в промышленной автоматике и IoT.
- Иван Фефилов (АО «НИИЭТ») — о новой линейке RISC-V-микроконтроллеров для АСУ ТП: от массовых изделий до специсполнения и радиационно-стойких вариантов.
- Артём Огурцов (АО «БАЙКАЛ ЭЛЕКТРОНИКС», руководитель Индустриального комитета Альянса RISC-V) — о микроконтроллере Baikal-U (BE-U1000) для приводов и промышленной автоматики и о партнёрских проектах на его базе.
- Роман Мылицын (АО «Группа Астра») — о переносе опыта защищённых ОС в мир RISC-V и о системе сборки MetaAstra для встраиваемых устройств.
Плюс дискуссионные выступления разработчиков RTOS (Embox), контрактных разработчиков электроники и производителей АСУ ТП, которые задали тон большой части обсуждения.
RISC-V + индустрия: почему интерес именно сейчас
На вводной презентации напомнили базовые факты про архитектуру RISC-V:
- открытый стандарт ISA, спецификации в свободном доступе;
- любой может реализовать своё ядро/SoC, не платя роялти за архитектуру;
- вокруг стандарта сложилось RISC-V International — консорциум из тысяч компаний (от NVIDIA и Intel до российских разработчиков).
По оценкам, которые показывали на слайдах, доля RISC-V в мировом выпуске SoC уже приближается к ~10%, а к 2030-2031 годам ожидается рост примерно до четверти рынка (25-26%).
Отдельно обращает на себя внимание то, что значимую часть будущих поставок аналитики связывают именно с индустриальными применениями (датчики, контроллеры, приводы, промышленные шлюзы и т. д.), а не только с потребительской электроникой.
На российском рынке картина гораздо компактнее, но тоже небезынтересная: за полтора-два года с появления первых массовых RISC-V-решений на рынке уже произведено и реализовано более трёх миллионов чипов.
Архитектура АСУ ТП и где там место RISC-V
Чтобы понять, где именно нужны «доверенные» компоненты, участники разложили АСУ ТП по уровням:
- поле: датчики, исполнительные механизмы, приводы, простые контроллеры ввода-вывода;
- контроллерный уровень: ПЛК, специализированные контроллеры защиты, привода, частотники;
- системы РСУ/SCADA: сервера, панели оператора, шлюзы;
- уровень IT-инфраструктуры: серверы историзации, аналитика, интеграция с ERP/МЕС.
На слайдах рабочей группы Альянса было показано, что линейка отечественных RISC-V-ядер (SCR4, SCR5 и далее от Syntacore, BM-310, BI-672 от CloudBEAR) уже позволяет закрыть потребности по вычислительной мощности от нижнего уровня до серверов. Ключевая задача — на базе этих ядер сделать масштабируемую линейку микроконтроллеров и SoC с нужными периферийными блоками и профилями безопасности для конкретных задач АСУ ТП.
Что уже есть в железе: три линии микроконтроллеров
На круглом столе о своих решениях рассказали три ключевых игрока: «Микрон», НИИЭТ и «Байкал Электроникс».
MIK32 «Амур» от «Микрона»
Доклад Станислава Шепелева (АО «Микрон») был про MIK32 «Амур» — первый полностью отечественный микроконтроллер 1-го уровня с ядром на архитектуре RISC-V, разработанный и произведенный в России. Он ориентирован на устройства промышленной автоматизации и IoT: системы мониторинга, сигнализации, телеметрии, умный дом, управление освещением и прочие инфраструктурные решения.
На круглом столе «Микрон» подчеркнул, что:
- MIK32 уже серийно производится, отгружается в массовых партиях и доступен через дистрибьюторов;
- компания активно работает над различными вариантами корпусирования под промышленную автоматику;
- есть полный набор отладочных плат (от «лайтовых» вариантов до более насыщенных), документация и примеры — то, чего обычно не хватает в первых поколениях отечественной ЭКБ.
На Хабре уже появлялись материалы (и еще тут) по практическому использованию МИК32 «Амур» (от отладочных плат ELBEAR до интеграции с Engee и кастомных загрузчиков), что показывает постепенное формирование вокруг него живой экосистемы разработчиков.
Линейка RISC-V-контроллеров НИИЭТ
НИИЭТ традиционно силён в промышленной и спецтехнике. На круглом столе во втором «железном» докладе Иван Фефилов (АО «НИИЭТ») показал линейку из четырёх новых контроллеров на RISC-V, рассчитанных на разные уровни АСУ ТП — от ориентированного на АСУ ТП двухъядерного микроконтроллера (порядка 200 МГц и гигабитный Ethernet) до изделий в металлокерамике и даже радиационно-стойких вариантов.
Отсюда важный для разработчиков вывод: при правильной архитектуре линейки можно начать с дешёвых контроллеров, а потом без смены IP-стека и базового софта мигрировать на более «тяжёлые» чипы для спецприменений — в духе того, как это давно работает в мире ARM.
НИИЭТ также декларирует дорожную карту по переходу на отечественные фабрики и полной локализации производства этой линейки, что критично именно для доверенных АСУ ТП.
Baikal-U (BE-U1000) от «Байкал Электроникс»
Доклад Артёма Огурцова (АО «БАЙКАЛ ЭЛЕКТРОНИКС») был про RISC-V-микроконтроллер Baikal-U (BE-U1000), который компания позиционирует как решение для приводов, промышленной автоматики и смежных задач.
Кратко по характеристикам (по открытым данным и презентации компании):
- три ядра RISC-V: два CloudBEAR BR-350 (до 200 МГц) и одно BM-310 (до 100 МГц);
- до 16 Мбайт флеш-памяти, порядка 192 КБ SRAM;
- набор периферии, явно заточенный под управление электродвигателями и промышленную связь (CAN-FD, PWM, АЦП и т. д.).
По словам представителя «Байкала», уже поставлено свыше 85 тысяч процессоров на гражданский рынок, а новые RISC-V-контроллеры к моменту круглого стола имели более 15 партнёрских проектов в разработке.
Безопасность: от угроз к доверенным компонентам
Отдельный крупный блок дискуссии задал доклад Владимира Карантаева. Состоял он из двух крупных частей. Первая часть была посвящена теме функциональной безопасности (IEC 61508, SIL, отказоустойчивость), а вторая — информационной безопасности (root of trust, криптография, защита от закладок и т. д.).
Программно-определяемая АСУ ТП и новая поверхность атак
В своем докладе Владимир Карантаев рассказал о доверенных компонентах и продемонстрировал схему «программно-определяемой АСУ ТП». На среднем уровне системы появляются ОС общего назначения, гипервизоры, интерпретаторы, JIT-компиляторы — всё то, что мы привыкли видеть в IT и облаках. Только теперь это крутится не где-то в дата-центре, а в непосредственной близости от критических технологических процессов.
Объект защиты меняется радикально: достаточно уязвимости в гипервизоре или интерпретаторе — и это уже не «просто сервер упал», а потенциальная авария на производстве с огромными убытками и последствиями.
Корень доверия и доверенные компоненты безопасности
Второй важный тезис доклада: традиционная постановка задачи «защитим то, что уже есть» в АСУ ТП больше не работает. Нужен аппаратный корень доверия, встроенный в архитектуру изначально — на уровне аппаратуры.
На круглом столе под «доверенным компонентом безопасности» подразумевали примерно следующее:
- аппаратный или аппаратно-программный модуль, который обеспечивает доверенную загрузку;
- защищённое хранение ключей;
- проверку целостности и подлинности прошивок;
- управление жизненным циклом устройств (обновления, отзыв ключей, замена компонентов).
Открытость архитектуры RISC-V здесь играет сразу в две стороны:
- плюс — прозрачная спецификация ISA, возможность сделать свои расширения под отечественные криптоалгоритмы, легче проводить аудит и верификацию;
- минус — нельзя «списать всё» на закрытость ядра: ответственность за реализацию root of trust лежит целиком на разработчике SoC и платформы.
Функциональная безопасность: где “болит” у разработчиков ПЛК
Интересный фрагмент дискуссии — реплика контрактного разработчика электроники, который, отталкиваясь в том числе от тезисов Владимира Карантаева, обратил внимание на разрыв между обещаниями и реальностью:
- для серьёзных ПЛК и приводов нужны решения уровня IEC 61508 (SIL) и IEC 61511;
- текущие российские микроконтроллеры, по его оценке, не позволяют «в лоб» пройти сертификацию в TUV и аналогичных организациях: нет аппаратной поддержки нужных механизмов самоконтроля, нет DSP-сопроцессоров для сложных алгоритмов управления, не хватает Ethernet-подсистем с поддержкой индустриальных протоколов.
На этом фоне показателен пример проекта Embox — открытой ОС реального времени, которая уже запускается на всех представленных на столе RISC-V-чипах. Авторы утверждают, что под Baikal и НИИЭТ уже поднимают инструментарий, соответствующий требованиям IEC 61508/61511, чтобы в перспективе можно было говорить не только о «железе для АСУ ТП», но и о полноценной сертифицируемой платформе.
ОС и инструменты: Astra Linux Embedded, MetaAstra и не только
ОС в этой истории — это связующее звено между приложением и микроконтроллером/процессором и доклад Романа Мылицына (АО «Группа Астра») логично продолжил линию Владимира Карантаева: если у нас есть аппаратный корень доверия, то операционная система должна уметь с ним работать и не разрушать доверенную цепочку. В докладе Astra Linux прозвучало два важных момента.
Во-первых, у разработчиков АСУ ТП уже сейчас есть опыт эксплуатации защищённых Linux-дистрибутивов на промышленном железе (x86, ARM), и этот опыт нужно переносить на RISC-V-платформы, а не изобретать всё с нуля.
Во-вторых, интересный инструмент — MetaAstra. Это система, которая позволяет интеграторам собирать «свою» версию Astra Linux Embedded для конкретного устройства: выбирать компоненты, конфигурацию ядра, драйверы, сценарии инициализации — при этом не выходя за рамки сертифицируемой базы. Для мира АСУ ТП это прямой путь к типовым, но при этом кастомизируемым образам для ПЛК, шлюзов и панелей на RISC-V.
Экономика: серии, Rockchip и пресловутая «балльная система»
Ещё одна часть обсуждения — сугубо приземлённая, про деньги и госрегулирование. В ходе обсуждения от лица производителей АСУ ТП прозвучало несколько важных моментов:
- Массовые SoC типа Rockchip всегда будут дешевле: они делаются на весь мир и продаются миллионами штук. Российские микроконтроллеры по определению играют в других объёмах, и чудес здесь нет.
- После появления Постановления Правительства №719 производители контроллеров массово «переехали» из категории контроллеров в категорию регуляторов по ОКВЭД, чтобы формально обойти ограничения на использование импортных чипов в ряде АСУ ТП.
В то же время в сегменте электросчётчиков введение балльной системы (когда за использование отечественного процессора, АЦП, интерфейсов и т. п. начисляются баллы при включении в реестр) показало себя как рабочий механизм: это реально меняет поведение производителей, потому что влияет на участие в госзакупках.
Не все участники согласились, что «баллы» — единственный и универсальный путь, но общий посыл понятен: если государство хочет стимулировать использование отечественных RISC-V-контроллеров в АСУ ТП, одних деклараций «импортозамещения» недостаточно, нужны внятные и прозрачные экономические стимулы.
Коммуникация: почему нужен «портал требований»
В какой-то момент обсуждение ушло от конкретных даташитов к более системной вещи: как разработчикам чипов вообще понимать, что нужно производителям ПЛК, панелей, приводов и прочей аппаратуры.
Один из участников предложил вполне приземленную идею:
- сделать публичный портал, куда любой производитель оборудования АСУ ТП может прийти и описать конкретные требования к чипу;
- агрегировать повторяющиеся требования, показывать разработчикам микроэлектроники «тепловую карту» запросов;
- использовать это как входные данные при планировании новых линеек микроконтроллеров и SoC.
Фактически речь идёт о переносе практик product discovery из IT в мир железа: вместо «у нас есть классный чип, придумайте, куда его воткнуть» — «у нас есть пул понятных запросов от производителей шкафов, счётчиков, ПЛК — давайте под них сделаем железо».
Что всё это значит для разработчиков АСУ ТП и ПЛК
Если вы делаете ПЛК, системы противоаварийной защиты, счётчики, промышленную автоматику — что из круглого стола стоит унести лично вам?
- RISC-V — это уже не эксперимент, а рабочий вариант железа
- Есть как минимум три живые линейки микроконтроллеров (MIK32, линейка НИИЭТ, Baikal-U), доступные в железе и с отладочными платами.
- Под них уже появляется софт: от RTOS (Embox) до Linux-дистрибутивов и графических языков программирования (типа BearLogica для МИК32).
Можно (и нужно) начинать прототипировать решения именно сейчас, не дожидаясь «идеальных» чипов.
- Безопасность нельзя «прикрутить потом»
- Если вы работаете в критической инфраструктуре, root of trust, управление ключами и доверенная загрузка должны быть заложены в архитектуру устройства с первого дня, а не добавлены патчами после.
- При выборе чипа имеет смысл сразу смотреть, какие механизмы аппаратной безопасности есть (secure boot, аппаратные криптомодули, защищённая память, механизм обновления).
Иначе вы рискуете прийти на сертификацию по 187-ФЗ, а потом встать перед необходимостью перепроектировать половину устройства.
- Функциональная безопасность — отдельная проектная работа
Если у вас в ТЗ фигурируют SIL-уровни, IEC 61508/61511/IEC 61508-3:
- закладывайте время и бюджет на анализ соответствия выбранного микроконтроллера этим требованиям;
- следите за развитием инструментов (в частности, за тем, что показывает команда Embox и другие разработчики RTOS/инструментария).
- Не игнорируйте рабочую группу Альянса по АСУ ТП
Если вы относитесь к тем, кто обычно «делает на импортных чипах и не лезет в политику», сейчас как раз тот момент, когда имеет смысл вмешаться:
- через рабочую группу «открытое АСУ ТП» в Альянсе можно донести свои требования до разработчиков чипов;
- участие в подобном диалоге — шанс повлиять на будущие линейки микроконтроллеров, вместо того чтобы потом просто выбирать «из того, что сделали без вас».
Вместо заключения
Круглый стол показал, что ситуация уже далеко не на нуле:
- есть реальные чипы на RISC-V в серии;
- есть первые наработки по доверенным компонентам и ОС;
- есть понимание, что без функциональной безопасности и нормальной экономической модели ничего не взлетит.
При этом впереди много работы: от выработки единых требований и roadmap-ов до выстраивания понятной «входной точки» для разработчиков АСУ ТП в мировую (и российскую) RISC-V-экосистему.
С инженерной точки зрения это, возможно, один из редких моментов, когда у отрасли есть шанс повлиять на архитектуру железа и софта под себя, а не только подстраиваться под готовые массовые SoC. Вопрос лишь в том, будут ли этим шансом пользоваться.
Источник: https://habr.com/ru/companies/riscvalliance/articles/977428