Опыт японской компании Fujitsu в разработке процессоров и суперкомпьютеров велик и многогранен. Долгое время основной архитектурой для решений Fujitsu была SPARC64, но времена меняются: в 2018 году компания анонсировала разработку собственного процессора на базе архитектуры Arm. Сегодня этот чип мы знаем под именем A64FX.
В 2020 году японский кластер Fugaku на основе 48-ядерных A64FX с интегрированными HBM-памятью и интерконнектом занял первое место в рейтинге TOP500 с результатом 537,2 Пфлопс. Однако эти процессоры, которые всё ещё достойно трудятся не только в Fugaku, но и в других суперкомпьютерах, трудно назвать действительно универсальным и доступным.
Источник изображений: Fujitsu
Важность архитектурных нововведений и смену IT-ландшафта в Fujitsu прекрасно осознают. Поэтому компания объявила о разработке нового серверного процессора под кодовым именем MONAKA, для которого она намеревается вдвое увеличить показатели производительности и энергоэффективности, а также учесть растущую популярность задач класса ИИ. А совсем недавно Fujitsu впервые более детально рассказала о технических особенностях будущих CPU.
Во-первых, разработчики нового процессора хорошо осознают ограничения, накладываемые текущей транзисторной технологии. Похоже, из FinFET и её аналогов выжаты все или почти все соки и для прорывных решений нового поколения данная технология не подходит. В процессорах MONAKA будут использоваться транзисторы с затвором нового типа, так называемые GAA (Gate-all-Around). Похоже, речь идёт о технологии, которую разрабатывает и собирается внедрить в производство уже в следующем году Samsung в рамках 2-нм техпроцесса SF2.
Внедрение 2-нм GAA-транзисторов позволит снизить паразитную ёмкость, а значит, добиться больших тактовых частот при меньшем напряжении питания. При этом новая технология будет применена не только в процессорных ядрах, но и в сборках кеш-памяти, также спроектированных с использованием собственного инструментария Fujitsu.
Во-вторых, MONAKA изначально проектируется как модульный процессор. В центре разместится IO-кристалл, содержащий контроллеры DDR5 (12 каналов) и PCI Express 6.0/CXL 3.0. Окружать его будут сборки из 5-нм кристаллов кеш-памяти SRAM и расположенных поверх 2-нм кристаллах с процессорными ядрами. По вертикали соединение обеспечит технология TSV, а по горизонтали — кремниевая подложка-интерпозер. Фактически речь идёт о 3D-компоновке.
12-канальная подсистема памяти обеспечит отсутствие узких мест: у A64FX проблем с пропускной способностью благодаря использованию HBM2 не было, но объем самой памяти был ограничен 32 Гбайт. Зато у MONAKA проблем с расширением не будет — как с помощью классических модулей DIMM, так и посредством банков памяти CXL, благо, за основу сразу взята версия PCIe 6.0 с пропускной способностью 256 Гбайт/с в режиме x16. Сколько будет самих линий, пока не уточняется.
Новая платформа изначально проектируется двухсокетной, при этом в количестве ядер Fujitsu также не скромничает: процессоры MONAKA получат 144 ядра, а благодаря новому 2-нм техпроцессу они будут не такими уж горячими. Им хватит воздушного охлаждения, говорят создатели. Процессоры получат набор инструкций Armv9-A с векторными расширениями SVE2 и технологией доверенных вычислений Confidential Computing. Скорее всего, без кастомных инструкций не обойдётся и в этот раз.
Последнее особенно важно ввиду того, что MONAKA предназначены не только для рынка HPC, но и для использования в облачных средах. Подсистема конфиденциальных вычислений позволяет шифровать содержимое каждой виртуальной машины собственным ключом, так что доступа к внутренностям ВМ не будет даже у владельцев ЦОД. Впрочем, современные HPC-комплексы всё чаще используют именно облачный подход для доступа к ресурсам.
Несмотря на популярность GPU и других специализированных ускорителей, Fujitsu считает, что гетерогенная архитектура имеет существенные недостатки — она заметно дороже, особенно с учётом ценовой политики производителей, склонна к неполной утилизации ресурсов, а также не слишком экономична и зачастую требует специфических систем охлаждения. Компания полагает, что гомогенная архитектура MONAKA этих недостатков лишена и в сочетании с ПО Fujitsu может успешно обрабатывать ИИ-нагрузки.
В программной части Fujitsu активно полагается на решения с открытым кодом. Процессоры MONAKA будут отвечать стандартам Arm System Ready и получат полноценную поддержку Linux и сопутствующего инструментария, в частности, GCC, glibc, live-patch, papi и т.д. Разработка ведётся в тесном содружестве с Linaro, организацией, занимающейся консолидацией открытого ПО для Arm, а также с альянсом UXL. Для MONAKA компания подготовит, например, оптимизированную библиотеку OpenBLAS.
Также Fujitsu уделяет внимание экологии: напомним, одной из главных черт нового процессора будет его экономичность, что отвечает целям японской национальной программы NEDO, ставящей своей целью достижение 40 % снижения энергопотребления ЦОД к 2030 году.
Что касается начала поставок MONAKA, здесь всё идёт по плану: первые партии новых процессоров найдут своё место в серверах и вычислительных узлах уже в 2027 году. Это вполне согласуется с циклом разработки PCI Express, согласно которому появления решений PCIe 6.0 на рынке следует ожидать не ранее 2025 года.
Источник:
