2nm能造就新的Arm芯片霸主嗎？富士通下一代旗艦處理器Monaka公開

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）相信對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)有所了解的朋友，對(duì)于富岳這一曾經(jīng)稱霸的日本超算系統(tǒng)應(yīng)該不陌生。這臺(tái)超算從2014年開始研發(fā)，歷經(jīng)數(shù)年才正式啟用。而它也是全球首個(gè)獲得TOP500榜首的ARM架構(gòu)超算，基于A64FX打造。

盡管主打HPC應(yīng)用，并未配備任何GPU組件，富岳在AI計(jì)算上依舊不遜色這些年新出的一些超算系統(tǒng)，富士通也在與東京工業(yè)大學(xué)、日本理化學(xué)研究所合作，打造基于日語的生成式AI。然而，面對(duì)未來要求算力節(jié)節(jié)攀升的AI應(yīng)用，以及開始嚴(yán)控能效的數(shù)據(jù)中心，富士通已經(jīng)開始了下一代旗艦CPU代號(hào)FUJITSU-MONAKA的開發(fā)。

曾經(jīng)的霸主，上一代A64FX

作為由富士通專為富岳超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的HPC/AI處理器，上一代的A64FX是為了徹底替代SPARC64 V的VIIIFX而打造的，2018年公開的A64FX不僅是首批用上7nm工藝的超算處理器，也是首個(gè)基于ARM V8.2A指令集加SVE的ARM處理器，單芯片峰值算力達(dá)到2.7TFLOPS。

A64FX集成了4個(gè)NUMA節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含12個(gè)計(jì)算核心，除此之外還有一個(gè)輔助核心用于非計(jì)算類的任務(wù)，不過只有在2.2GHz最高頻率運(yùn)行時(shí)才會(huì)啟用4個(gè)輔助核心，整個(gè)處理器共計(jì)52個(gè)核心。為了支持8GB的HBM2內(nèi)存，富士通還集成了一個(gè)內(nèi)存控制器，且基于其自研互聯(lián)技術(shù)Tofu D，為A64FX集成了一個(gè)Tofu D控制器。

正是因?yàn)橛辛藦?qiáng)悍的A64FX，富士通的富岳自2020年6月起，以442petaFLOPS的算力牢牢占據(jù)著超算TOP500榜首的位置，直到兩年之后被Frontier超過。畢竟從2019年到2022年，無論是芯片設(shè)計(jì)、接口標(biāo)準(zhǔn)還是工藝制程都有了巨大的發(fā)展，且為了跟進(jìn)現(xiàn)在的AI潮流，即便是過去以HPC為主的超算，也不得不考慮起AI算力，所以富士通計(jì)劃把下一代Monaka打造成次時(shí)代的高性能高能效芯片。

2nm的Monaka

為了進(jìn)一步應(yīng)對(duì)AI和DX的快速發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)中心的功耗增加，富士通計(jì)劃利用ARMv9-A架構(gòu)以及臺(tái)積電的2nm打造全新的Monaka處理器。根據(jù)富士通公開的情報(bào)來看，該處理器集成了150個(gè)核心，支持DDR5內(nèi)存、PCIe 6.0（CXL 3.0）接口，采用3D Chiplet的設(shè)計(jì)打造。

Monaka的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括節(jié)能、高速、安全性和易用性。在能效上，富士通表示Monaka具備兩倍于競(jìng)品的能效，顯著減少碳足跡和電力成本。第二個(gè)是高速數(shù)據(jù)處理與傳輸，雖然沒有具體數(shù)字，但富士通表示在AI負(fù)載上的計(jì)算能力也將達(dá)到競(jìng)品的兩倍。


第三是安全性，除了用于大型服務(wù)器集群中必須實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定與可靠性外，Monaka還將通過Armv9-A中引入的全新CCA加密計(jì)算架構(gòu)特性來確保安全性。最后是易用性，通過對(duì)富岳的開發(fā)，富士通已經(jīng)有了針對(duì)Arm架構(gòu)在HPC/AI上進(jìn)行軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合基于Arm架構(gòu)開發(fā)的服務(wù)器開源軟件不斷面世，Monaka將擁有更加廣泛的軟件生態(tài)支持。

至于下一代超算處理器，富士通也表示相關(guān)的研究調(diào)查工作正在進(jìn)行，不過預(yù)計(jì)2030年才會(huì)落地。Monaka雖然同樣性能強(qiáng)大，但還是主要面向商用價(jià)值更高的數(shù)據(jù)中心/AI市場(chǎng)。

值得一提的是，雖然日本本土生產(chǎn)2nm芯片的晶圓廠Rapidus也計(jì)劃于2027年量產(chǎn)，但富士通依然選擇了使用臺(tái)積電的2nm打造。富士通表示這是因?yàn)榕_(tái)積電在富士通處理器的量產(chǎn)方面有著良好的記錄，為了實(shí)現(xiàn)MONAKA在2027年的成功上市，臺(tái)積電的2nm是最佳的選擇。

況且Rapidus要到2025年EUV***才到位，開始試產(chǎn)工作，并準(zhǔn)備好接收額外的EUV***，Rapidus的晶圓良率和產(chǎn)能仍有待驗(yàn)證。而臺(tái)積電已經(jīng)準(zhǔn)備好2025年生產(chǎn)2nm芯片，也給了富士通2年的時(shí)間來優(yōu)化其芯片設(shè)計(jì)。

寫在最后

其實(shí)從A64FX開始，基于Arm架構(gòu)的大芯片就開始持續(xù)井噴，不論是Ampere的Altra、英偉達(dá)的Grace，還是平頭哥的倚天710，Arm在服務(wù)器、HPC和AI領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)達(dá)到了新的高度，相信未來數(shù)據(jù)中心和超算上，都會(huì)出現(xiàn)更多Arm芯片的身影。