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富士通144核Monaka细节公布:2nm CPU与5nm缓存3D堆叠,明年量产

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8月27日消息,在Hot Chips 2026大会上,日本科技大厂富士通正式揭开了其下一代数据中心处理器Monaka的神秘面纱。这款芯片采用了3D芯粒堆叠设计,计算核心采用了2nm制程Arm架构144核CPU,并支持256位SVE2、超低电压运行以及CCA(机密计算架构)。预计将于2027年正式量产发货。


3D堆叠:2nm计算芯粒堆叠在5nm缓存之上

富士通Monaka最核心的设计理念,是将昂贵的2nm先进制程用在最关键的“计算芯粒”,其他芯粒则采用5nm制程。具体来说,整个Monaka处理器被拆分为三个主要部分:


计算芯粒(Core Die):采用台积电N2P(2nm)工艺,集成144个基于Armv9.3-A架构的自研CPU核心。

SRAM缓存芯粒(SRAM Die):4个SRAM缓存芯粒均采用台积电N5(5nm)工艺,通过面对面的混合键合(Face-to-Face Hybrid Bonding)技术直接堆叠在4个计算芯粒下方,并且容纳了整个处理器的最后一级缓存(LLC)。

I/O芯粒(I/O Die):同样采用5nm工艺,通过硅中介层(Silicon Interposer)与上方堆叠体相连,整合了内存控制器,并支持CXL 3.0 和PCIe 6.0 标准的连接信道。


富士通处理器开发团队首席架构师冈崎亮平(Ryohei Okazaki)在演讲中表示,这种设计使得2nm硅片面积占总芯片面积不足30%,大幅降低了采用尖端工艺的成本,并加速了产品上市时间。通过将整个最后一级缓存移至独立的5nm堆叠芯粒,Monaka每个核心的面积约为1.47mm²。

在散热设计方面,Monaka将发热量最大的计算芯粒置于封装最顶部,直接面向散热器,以缩短导热路径,从而有效降低芯片工作温度。同时,该计算芯粒通过面对面的混合键合方式(F2F/Hybrid Bonding)与下方的SRAM缓存芯粒紧密连接,大幅降低了信号传输延迟。


此外,该架构将模拟电路特性不佳的低压差稳压器(LDO)移至5nm SRAM芯粒,置于核心浮点单元下方,支持每核心独立的动态电压与频率调节(DVFS),为精细化的功耗与性能调节提供了支持。


计算核心全面升级,支持三种NUMA配置模式

富士通表示,CPU在不断发展的AI/HPC领域扮演着重要角色,因为智能体AI工作负载需要更高的CPU性能来进行编排和外围处理,同时也驱动着同一领域的通用工作负载。在HPC方面,CPU凭借其更高的吞吐量和高精度能力仍然至关重要。

Monaka的CPU核心是富士通基于Arm v9.3-A指令集自主研发的核心架构,在微架构层面针对 AI/HPC 工作负载进行了 PPA 优化。

在AI推理方面,Monaka配备两个 256 位宽的 SVE2 执行单元、两个 256 位宽的加载/存储单元,并新增对 FP8 和 INT8MM 等更多数据类型的支持,以加速AI推理。



值得注意的是,上一代的A64FX是512位SVE,那么为何Monaka缩减至256位SVE2了呢?对此,冈崎亮平解释称,Monaka是为数据中心设计的通用处理器,缩小向量宽度以平衡核心面积、成本与通用代码性能,避免为HPC牺牲过多普适性。

在通用计算方面,Monaka集成了三级基于TAGE的先进分支预测单元和6个算术逻辑单元(ALU)。

在RAS(可靠性、可用性和可服务性)方面,L1/L2缓存中内置了ECC纠错机制,执行单元和寄存器中集成了奇偶校验,并配备了硬件指令重试机制以从瞬态错误中恢复。

富士通宣称,凭借其架构优化和超低压运行能力,Monaka的AI性能相较前代可提升最高2倍,其总体拥有成本(TCO)可降低超过50%。同时,支持机密计算技术,确保使用中的数据安全。


此外,Monaka 还支持 NUMA(非统一内存访问架构)节点配置。在拥有多个CPU核心或芯片的系统中,内存访问速度取决于内存与核心的物理距离。核心访问本地内存比访问远程内存快得多。NUMA将处理器和内存划分为多个节点,每个节点包含一组核心和其本地内存,使得这些核心访问本节点内存延迟更低。

Monaka支持将144个核心灵活划分为三种不同的NUMA节点配置模式,以适应不同应用场景。


1、18核 × 8 NUMA节点:每个节点18个核心,共8个节点。这种配置优化了最后一级缓存的延迟和吞吐量,适合对缓存性能要求极高的应用。

2、36核 × 4 NUMA节点:每个节点36个核心,共4个节点。这种配置在内存延迟和吞吐量之间取得平衡,是最通用的折中方案。

3、144核 × 1 NUMA节点:所有核心作为一个大节点,适合需要大容量内存空间的应用(如大型数据库、科学模拟),但远程内存访问延迟最高。


双SKU:液冷500W,风冷350W

富士通将推出两款截然不同的Monaka SKU,以满足从超大规模数据中心到企业级通用计算的不同需求。两款SKU均集成144个核心,但在频率、功耗和散热方案上做出了清晰的取舍。

高性能版Monaka定位为计算密集型任务的旗舰选择,它运行在2.9 GHz的基础频率下,热设计功耗(TDP)高达500W,必须搭配液冷散热方案才能稳定运行。在此配置下,其双精度浮点(DGEMM)算力预估可达6013 GFLOPs,INT8整数推理算力为96.2 TOPS。


高能效版则为注重能效比和基础设施兼容性的场景而生,它将基础频率调低至2.1 GHz,TDP随之大幅下降至350W,可使用标准的风冷散热方案。在性能表现上,该版本提供4355 GFLOPs的DGEMM算力和69.7 TOPS的INT8算力,以约70%的功耗实现了高性能版超过72%的双精度算力和约72%的推理算力,能效比更高。


在平台层面,Monaka支持每节点双路配置,即一个节点最多可集成288个核心。内存方面,它配备了12通道DDR5-8000+ MT/s内存控制器,I/O则提供96条PCIe 6.0通道(支持CXL 3.0协议)。

2029年推出1.4nm Monaka-X,集成NVLink Fusion

目前,Monaka的评估样品已向客户提供,预计2027年正式量产发货。GCC 15编译器已加入对该处理器的支持。


富士通还披露了其Arm服务器处理器的最新路线图。根据规划,富士通将在2029年推出集成NPU的Monaka-X,将采用更先进的1.4nm级工艺,成为首款支持Arm SME2(可扩展矩阵扩展)的服务器CPU,并集成NVIDIA的NVLink Fusion,与GPU实现更紧密耦合。该芯片已被选中用于富岳下一代超级计算机。后续,富士通还将推出全面融合的Monaka-XX。

编辑:芯智讯-浪客剑

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