A experiência da empresa japonesa Fujitsu no desenvolvimento de processadores e supercomputadores é grande e multifacetada. Durante muito tempo, a principal arquitetura das soluções Fujitsu foi SPARC64, mas os tempos estão mudando: em 2018, a empresa anunciou o desenvolvimento de seu próprio processador baseado na arquitetura Arm. Hoje conhecemos esse chip com o nome de A64FX.
Em 2020, o cluster japonês Fugaku baseado em A64FX de 48 núcleos com memória HBM integrada e interconexão ficou em primeiro lugar no ranking TOP500 com resultado de 537,2 Pflops. No entanto, esses processadores, que ainda funcionam bem não apenas no Fugaku, mas também em outros supercomputadores, dificilmente podem ser chamados de verdadeiramente universais e acessíveis.
Fonte da imagem: Fujitsu
A Fujitsu está bem consciente da importância das inovações arquitectónicas e do cenário de TI em mudança. Por isso, a empresa também anunciou o desenvolvimento de um novo processador para servidores, de codinome MONAKA, para o qual pretende dobrar o desempenho e a eficiência energética, além de levar em conta a crescente popularidade das tarefas de IA. E recentemente, a Fujitsu falou pela primeira vez com mais detalhes sobre os recursos técnicos dos futuros CPUs.
Primeiro, os desenvolvedores do novo processador estão bem cientes das limitações impostas pela atual tecnologia de transistores. Parece que todo ou quase todo o suco foi extraído do FinFET e seus análogos e esta tecnologia não é adequada para soluções inovadoras da nova geração. Os processadores MONAKA usarão um novo tipo de transistor de porta, o chamado GAA (Gate-all-Around). Parece que estamos a falar de uma tecnologia que a Samsung está a desenvolver e pretende introduzir em produção no próximo ano como parte do processo SF2 de 2nm.
A introdução de transistores GAA de 2 nm reduzirá a capacitância parasita, o que significa atingir frequências de clock mais altas com uma tensão de alimentação mais baixa. Ao mesmo tempo, a nova tecnologia será aplicada não apenas em núcleos de processadores, mas também em conjuntos de memória cache, também projetados com ferramentas próprias da Fujitsu.
Em segundo lugar, o MONAKA foi inicialmente concebido como um processador modular. No centro haverá um cristal IO contendo controladores DDR5 (12 canais) e PCI Express 6.0/CXL 3.0. Ele será cercado por conjuntos de chips de memória cache SRAM de 5 nm e chips de 2 nm com núcleos de processador localizados na parte superior. A conexão vertical será fornecida pela tecnologia TSV, e a conexão horizontal será fornecida por um substrato intermediário de silício. Na verdade, estamos falando de um layout 3D.
O subsistema de memória de 12 canais garantirá que não haja gargalos: o A64FX não teve problemas de largura de banda graças ao uso do HBM2, mas a memória em si foi limitada a 32 GB. Mas o MONAKA não terá problemas com expansão – tanto usando módulos DIMM clássicos quanto através de bancos de memória CXL, felizmente, a versão PCIe 6.0 com largura de banda de 256 GB/s no modo x16 é imediatamente tomada como base. Quantas linhas haverá ainda não foi especificada.
A nova plataforma é inicialmente projetada como uma plataforma de dois soquetes, e a Fujitsu também não está sendo modesta no número de núcleos: os processadores MONAKA terão 144 núcleos e, graças à nova tecnologia de processo de 2 nm, eles não serão tão quentes. O resfriamento a ar é suficiente para eles, dizem os criadores. Os processadores receberão o conjunto de instruções Armv9-A com extensões vetoriais SVE2 e tecnologia Confidential Computing. Muito provavelmente, desta vez não será possível sem instruções personalizadas.
Este último é especialmente importante porque o MONAKA se destina não apenas ao mercado de HPC, mas também ao uso em ambientes de nuvem. O subsistema de computação confidencial permite criptografar o conteúdo de cada máquina virtual com sua própria chave, para que mesmo os proprietários do data center não tenham acesso ao interior da VM. No entanto, os sistemas HPC modernos utilizam cada vez mais a abordagem da nuvem para aceder aos recursos.
Apesar da popularidade das GPUs e outros aceleradores especializados, a Fujitsu acredita que a arquitetura heterogênea tem desvantagens significativas – é visivelmente mais cara, especialmente levando em consideração a política de preços dos fabricantes, está sujeita à utilização incompleta de recursos e também não é muito econômica e muitas vezes requer sistemas de refrigeração específicos. A empresa acredita que a arquitectura homogénea MONAKA não tem estas deficiências e, em combinação com o software Fujitsu, pode lidar com sucesso com cargas de trabalho de IA.
Do lado do software, a Fujitsu depende fortemente de soluções de código aberto. Os processadores MONAKA atenderão aos padrões Arm System Ready e receberão suporte total para Linux e ferramentas relacionadas, em particular, GCC, glibc, live-patch, papi, etc. O desenvolvimento está sendo realizado em estreita colaboração com a Linaro, uma organização dedicada à consolidação de software de código aberto para Arm, bem como com a aliança UXL. Para a MONAKA, a empresa preparará, por exemplo, uma biblioteca OpenBLAS otimizada.
A Fujitsu também está atenta ao meio ambiente: lembramos que uma das principais características do novo processador será a sua eficiência, que atende aos objetivos do programa nacional japonês NEDO, que visa atingir uma redução de 40% na energia do data center consumo até 2030.
Quanto ao início das entregas do MONAKA, tudo está correndo conforme o planejado: os primeiros lotes de novos processadores encontrarão seu lugar em servidores e nós de computação já em 2027. Isto é consistente com o ciclo de desenvolvimento do PCI Express, segundo o qual as soluções PCIe 6.0 não deverão chegar ao mercado antes de 2025.