Гонка серверных CPU: Fujitsu отвечает первым 2-нм процессором MONAKA с 3D-стекированием
Fujitsu выводит на рынок MONAKA — первый в мире 2-нм серверный CPU с 3D-стекированием на 144 ядра Arm. Статья разбирает прогноз роста рынка серверных CPU до 170,1 млрд долларов, ответ Amazon и Google, а также историю и трудности технологии 3D-стекирования.
Взрывной рост генеративного ИИ перекраивает глобальный ландшафт вычислительных мощностей. За последние два года спрос дата-центров на вычислительные ресурсы рос экспоненциально; GPU доминируют в обучении ИИ, но подъём рынка ИИ-инференса заставил отрасль заново оценить ценность CPU. На этом фоне японский IT-гигант Fujitsu выпускает первый 2-нм CPU с 3D-стекированием — MONAKA — в ответ на запросы рынка.
MONAKA — 2-нм ИИ-инструмент Fujitsu поступит в продажу в ноябре
По прогнозу Bank of America, объём мирового рынка серверных CPU вырастет с 35,2 млрд долларов в 2025 году до 170,1 млрд долларов в 2030 году, а среднегодовой темп роста превысит 35%. Ради этого «голубого океана» Amazon представила Graviton 5 на 3-нм техпроцессе, Google — кастомный CPU Google Axion на платформе Neoverse; многие ИИ-компании одна за другой выходят на трек собственных ИИ-CPU.
В сентябре японские СМИ сообщили, что Fujitsu выпустит собственный передовой ИИ-CPU MONAKA — первый в мире 2-нм CPU с 3D-стекированием, завершивший разработку и доведённый до коммерциализации; официальные продажи начнутся в ноябре. Одновременно на рынок выйдут серверы MONAKA; продукты ориентированы на предприятия Японии и Европы, научные исследования, HPC и оборонную сферу.
Как сообщается, MONAKA выполнен по 2-нм техпроцессу: разработку ведёт Fujitsu, производство — TSMC. С 2029 года начнётся выпуск 1,4-нм продукта MONAKA-X, который, как ожидается, будет производить японский чипмейкер Rapidus. В дальнейшем последует продукт MONAKA-XX.
Согласно данным, ранее раскрытым Fujitsu на конференции Hot Chips 2026, архитектурно MONAKA построен по схеме 3D-стекирования чиплетов: вычислительные чиплеты на архитектуре Arm v9.3-A выполнены по 2-нм процессу TSMC N2P, а SRAM-кэш и блоки I/O — по 5-нм процессу. Главный архитектор команды разработки процессоров Fujitsu Рёхэй Окадзаки (Ryohei Okazaki) отметил, что такая стратегия «смешанных техпроцессов» раскрывает передовую производительность и одновременно сдерживает себестоимость, существенно сокращая цикл от разработки до вывода продукта на рынок.
Один чип MONAKA объединяет 144 ядра Arm с максимальной частотой 3,8 ГГц, поддерживает двухсокетную конфигурацию до 288 ядер, оснащён 12-канальной памятью DDR5 со скоростью до 8800 МТ/с, а также интерфейсами PCIe 6.0 и CXL 3.0. Для сценариев ИИ-инференса в чип встроены аппаратные инструкции ускорения матричных вычислений в сочетании с глубокой оптимизацией под набор векторных инструкций SVE2; при равном объёме обработки число серверов и энергопотребление можно сократить вдвое.
Серверы MONAKA выпускаются в двух форм-факторах — стандартные стоечные 1U и 2U; модель 1U поддерживает передовые технологии CDI/CXL, что оставляет достаточный запас масштабирования для развёртывания в крупных кластерах ИИ-инференса и даёт Fujitsu заметное конкурентное преимущество на рынке дата-центров.
В части коммерциализации Fujitsu уже заключила контракт на поставки с американским производителем серверов Supermicro и в дальнейшем будет продвигать продукт крупным американским облачным провайдерам. Fujitsu составила чёткую дорожную карту коммерциализации MONAKA: целевая накопленная выручка от внешних продаж CPU — 250 млрд иен, параллельно планируется отгрузить 60 тыс. ИИ-серверов. Примечательно, что амбиции Fujitsu не ограничиваются железом: компания также предоставит программную платформу, охватывающую полный жизненный цикл разработки и эксплуатации ИИ, чтобы за счёт связки «софт плюс железо» открыть более широкое рыночное пространство.
Первый в мире 2-нм CPU с 3D-стекированием: почему это так сложно
Выпущенный Fujitsu MONAKA называют «первым в мире 2-нм CPU с 3D-стекированием», однако сама технология 3D-стекирования для полупроводниковой отрасли не нова: ряд международных гигантов работает на этом направлении уже много лет.
Пример — технология Intel Foveros. 10 июня 2020 года Intel представила процессор Core под кодовым названием Lakefield с архитектурой «больших и малых ядер» и 3D-стекированием кристаллов Foveros, где большие ядра, малые ядра и кристалл I/O уложены поверх активного базового кристалла.
Есть и технология вертикального кэша AMD 3D V-Cache. Из статьи AMD «Balanced Latency Stacked Cache» следует, что AMD вертикально размещает несколько слоёв кэша L3 поверх процессорных ядер с помощью TSV (сквозных кремниевых переходных отверстий). Сегодня потребительские процессоры Ryzen с 3D V-Cache и топовые серверные CPU EPYC для дата-центров уже выпускаются серийно; у Ryzen существенно выросла производительность в играх и высокопроизводительных вычислениях. Процессоры серии EPYC 9006X SP7 благодаря 3D V-Cache получают до 1152 МБ кэша L3. Одновременно AMD берётся распространить 3D-стекирование и на кэш L2.
Однако прежде 3D-стекирование обычно означало размещение малопотребляющего кэша поверх вычислительных ядер, что удерживало тепловую нагрузку под контролем, либо смешанное стекирование гетерогенных чиплетов; MONAKA же впервые применяет самый передовой 2-нм техпроцесс для 3D-стекирования вычислительных ядер и выводит это в коммерческий продукт.
Тем не менее 3D-стекирование признано одной из самых сложных задач полупроводниковой отрасли, поскольку сталкивается с множеством технических барьеров: проблемы теплового менеджмента и отвода тепла, давление выхода годных и себестоимости, вызовы межсоединений и целостности сигналов, трудности тестирования и локализации отказов.
Что касается теплового менеджмента и отвода тепла, 3D-стекирование концентрирует устройства в меньшем объёме и меняет пути передачи тепла: когда несколько активных кристаллов уложены вертикально, тепло от нижних слоёв должно сначала пройти через верхние кристаллы, прежде чем достичь радиатора. Каждая граница слоёв добавляет тепловое сопротивление, и температурный градиент резко растёт. По имеющимся данным, тепловые отказы составляют 55% всех проблем 3D-стекированных чипов. Компоновка MONAKA, в которой самые горячие вычислительные чиплеты размещены на верхнем уровне, как раз и отвечает на этот вызов.
Выход годных и себестоимость — ещё одна трудность 3D-стекирования. Например, интеграция 3D-IC включает множество рискованных операций: изготовление TSV, утонение и полировку пластин (CMP), субмикронное совмещение, гибридное бондирование. После стекирования нескольких слоёв общий выход годных подчиняется мультипликативному эффекту: выходы каждого слоя перемножаются, и чем больше слоёв, тем сильнее падает итоговый выход. Для ИИ-чипа даже если дефектен лишь один чиплет, а остальные исправны, весь чип приходится списывать.
Именно из-за этих барьеров, хотя многие производители давно занимаются 3D-стекированием, случаев реального сочетания передового 2-нм техпроцесса с 3D-стекированием и коммерческого внедрения крайне мало. Выход MONAKA от Fujitsu в связке «2 нм плюс 3D-стекирование» означает, что мировая гонка чипов официально вступает в новый технологический этап «техпроцесс плюс передовая упаковка».
Почему же Fujitsu выбрала для MONAKA архитектуру Arm? Это видно из развития компании: будучи одной из старейших в Японии комплексных IT-компаний, Fujitsu работает в IT-услугах, телекоммуникационном оборудовании, полупроводниках и системных решениях и создала суперкомпьютер Fugaku — «национальное достояние Японии». Вкладывая огромные средства в собственный CPU и выбирая для MONAKA архитектуру Arm, она разыгрывает две карты: во-первых, за счёт энергоэффективности Arm предложить более выгодное по цене решение для ИИ-инференса; во-вторых, на технологическом фундаменте Fugaku сделать специализированную оптимизацию под ИИ-инференс и тем самым по дифференцированному пути обойти лобовую конкуренцию с гигантами x86.