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

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