日本宣布首个2nm 144核心处理器！两年后还要上1.4nm

2020年6月，日本超级计算机“富岳”（Fugaku）登上全球超算TOP500榜首，之后还拿下了四连冠，再现了其前辈“京”的辉煌。

“富岳”的处理器是日本富士通定制开发的A64FX，基于台积电7nm工艺、CoWoS 2.5D封装，87.86亿个晶体管。

它采用ARMv8.2‑A架构，首次支持ARM SVE（可伸缩向量扩展），配备52核心（48个计算核心＋4个辅助核心）、32MB二级缓存，封装集成32GB HBM2内存。

最高频率2.2GHz，功耗约160-220W，最高算力双精度下3.38TFlops（3.38万亿次每秒）。

如今，日本正打算重塑这一辉煌。

富士通公布了新一代高性能处理器，代号“Monaka”（日式传统点心“最中”），从工艺到架构全面升级，致力于再次打造世界级的超级计算机。

同时，富士通还公布了未来路线图，可谓野心勃勃。

Monaka处理器在架构上升级为基于Armv9.3-A指令集的自研内核，支持三级TAGE分支预测，集成6个ALU算数单元。

每核心64KB一级指令缓存、64KB一级数据缓存、512KB二级缓存。

支持新一代SVE2，包括两组256-bit向量执行单元、两组256-bit载入/存储单元，并新增支持FP8、INT8 MM矩阵运算，因此既可用于传统HPC，也可面向AI推理。

整体采用3D Chiplets芯粒设计，分为两个裸片、三大部分：

上层为计算模块，台积电N2P 2nm工艺，是最大的发热源。

下层是台积电N5 5nm工艺裸片，集成SRAM缓存与I/O单元，通过F2F面对面混合键合与上层计算模块相连，I/O则是通过硅中介层引出。

全部末级缓存集成在下层裸片，但未公布具体容量。

单路最多144核心，单节点双路可达288核心。

单个核心面积约1.47平方毫米，都有自己的DVFS（动态电压频率曲线），可单独调节频率和电压。

高能效的风冷版基础频率为2.1GHz，功耗350W，DGEMM双精度算力4355 GFlops（每秒4.355万亿次计算），INT8 AI算力69.7 TOPS（每秒69.7万亿次计算）。

高性能的液冷版基础频率提高到2.9GHz，功耗也高达500W，DGEMM双精度算力6013 GFlops（每秒超6万亿次计算），INT8 AI算力96.2 TOPS（每秒96.2万亿次计算）。

其他方面，内存不再集成封装HBM，而是支持12通道DDR5-8000+。

内存访问支持灵活的NUMA节点配置，既可以一组144核心为一个整体，也可以分为4组36核心、8组18核心，服务不同负载。

I/O支持96条PCIe 6.0，兼容CXL 3.0协议。

安全方面支持可信计算架构（CCA），还可以确保数据在使用中的安全性。

软件生态上，富士通一方面积极参与Armv9 OSS生态的开发，贡献自己的力量。

另一方面与NVIDIA深度合作，引入后者的HPC SDK开发堆栈，利用其框架、库扩展AI、HPC应用与加速能力。

富士通宣称，Monaka可以同时满足AI、HPC负载，对比A64FX AI性能可提升最多2倍，TCO总拥有成本降低超过50%。

Monaka现已试产送样，将在2027年批量出货。

富士通计划在2029年推出升级版“Monaka-X”，制造工艺升级为台积电A14 1.4nm。

架构上引入NVIDIA NVLink Fusion，进一步优化AI、HPC负载性能，同时加入SME2（第二代可伸缩矩阵扩展），主要服务AI负载。

Monaka-X处理器已经被选中将用于日本下一代超级计算机，暂时代号为“FugakuNEXT”，但具体规划指标未透露。