Fujitsu Monaka: ذاكرة كاش مكدسة 5nm وتخفيض SVE2

مقدمة تحليلية

كشفت Fujitsu في مؤتمر Hot Chips 2026 بتاريخ 24 أغسطس عن معالجها الخادم Monaka ذي الـ144 نواة، مؤكدة لأول مرة اعتماده على وحدات متجه SVE2 مزدوجة بحجم 256 بت، وهو تراجع عن 512 بت SVE في سابقه A64FX. التصميم يعتمد كلياً على تكديس الذاكرة الكاش من المستوى الأخير على شريحة منفصلة بدقة 5 نانومتر أسفل شريحة المعالجة بدقة 2 نانومتر. يتوفر المعالج في نسختين: 350W بتبريد هوائي وتردد أساسي 2.1 غيغاهرتز، و500W بتبريد سائل وتردد 2.9 غيغاهرتز، مع عينات تقييم متاحة الآن والإنتاج التجاري المتوقع في عام 2027. يأتي هذا في سياق دفع ياباني نحو الاستقلال التكنولوجي وكفاءة الطاقة، مدعوماً من منظمة NEDO.

التغييرات الهيكلية والتنازلات في عرض المتجهات تحدد موقع Monaka في سوق الخوادم التنافسي، خاصة مع تزايد الطلب على حلول الذكاء الاصطناعي ذات الكفاءة. الفجوة بين التصميم الوطني والتصنيع الخارجي تثير تساؤلات حول جدوى ادعاءات "صنع في اليابان".

التحليل التقني

يعتمد Monaka على بنية ثلاثية الشرائح المكدسة: شريحة المعالجة (Core Die) بدقة 2 نانومتر من TSMC (N2P)، وشريحة ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM Die) بدقة 5 نانومتر من TSMC (N5) تحمل كامل الذاكرة الكاش من المستوى الأخير، بالإضافة إلى شريحة الإدخال/الإخراج (IO Die) بدقة 5 نانومتر. ترتبط شريحة المعالجة بوحدة SRAM عبر تقنية الربط الهجين (Hybrid Bonding) وجهاً لوجه، وتوضع على جانب التبريد نظراً لحرارتها العولية. تتصل شريحة الإدخال/الإخراج بوحدة SRAM عبر محول سيليكون. أكد Ryohei Okazaki، كبير مهندسي Fujitsu، أن إبقاء السيليكون بدقة 2 نانومتر أقل من 30% من إجمالي مساحة الشريحة يهدف إلى "تسريع وقت طرح رقاقة 2 نانومتر في السوق".

وحدات المتجهات والكاش

تتضمن كل نواة وحدتي SVE2 بحجم 256 بت، لكل منها وحدة تحميل/تخزين بحجم 256 بت، مع دعم مصفوفات FP8 وINT8 لتطبيقات الاستدلال (Inference). هذا يمثل تراجعاً عن وحدات SVE بحجم 512 بت في معالج A64FX السابق، والذي كان يعتمد على ذاكرة HBM2 المعبأة على نفس الرقاقة. Monaka يتخلى عن HBM لصالح ذاكرة DDR5 ذات 12 قناة بتردد 8000 ميغا نقلة/ثانية. تم نقل منظمات الجهد المنخفض (Low-dropout Voltage Regulators) إلى شريحة SRAM بدقة 5 نانومتر، نظراً لضعف قابلية توسع الدوائر التناظرية عند دقة 2 نانومتر، وتم وضعها مباشرة أسفل وحدات النقطة العائمة لتوفير تحجيم ديناميكي للجهد والتردد لكل نواة.

تحتوي النواة على ميزات موثوقية من فئة الحاسبات المركزية، بما في ذلك ECC أو الازدواجية على ذاكرات L1 وL2، وفحوصات التكافؤ على وحدات التنفيذ والسجلات، وآلية إعادة محاولة الأوامر على مستوى الأجهزة للتعافي من الأخطاء العابرة. كما تضم تنبؤاً بالفرع TAGE ثلاثي المستويات وست وحدات ALU لتحقيق إنتاجية عامة، ضمن نواة تقدر مساحتها بحوالي 1.47 مم². تقدر Fujitsu أداء وحدة 350W بـ 4,355 غيغافلوبس في DGEMM و69.7 توبس في INT8، ووحدة 500W بـ 6,013 غيغافلوبس و96.2 توبس، مع معدل حوالي 500 غيغابايت/ثانية في STREAM Triad لكلا الجزأين.

السياق وتأثير السوق

تستهدف Fujitsu سوق مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الخضراء مع Monaka، مدعية "ضعف أداء الذكاء الاصطناعي" وأكثر من "50% تخفيضاً في التكلفة الإجمالية للملكية" مقارنة بمنافسين لم يتم تسميتهم. التخفيض إلى وحدات SVE2 بحجم 256 بت، وفقاً لـ Okazaki، جاء بهدف "تقليل حجم النواة" لتحقيق أفضل "تكلفة وأداء"، بالإضافة إلى تقليل عرض SIMD للتعليمات العامة. في عام 2027، ستضع 144 نواة Monaka في منتصف فئة خوادم Arm بدلاً من قمتها. على سبيل المقارنة:

• يتوقع أن يصل AWS Graviton5 إلى 192 نواة Neoverse V3 على شريحة واحدة بدقة 3 نانومتر، مع 180 ميغابايت من ذاكرة L3 كاش.
• خريطة طريق Ampere تتحدث عن 512 نواة في AmpereOne Aurora.
• يحتوي Microsoft Cobalt 200 على 132 نواة مع تحجيم ديناميكي للجهد والتردد لكل نواة.
• يحتوي SiPearl Rhea1 على وحدات SVE2 بحجم 256 بت، مما يطابق Monaka.
• غالبية نوى Arm في المراكز الفائقة (hyperscaler) تستخدم SVE2 بحجم 128 بت.

تعتمد ميزة Monaka التنافسية على تكديس الكاش على الشريحة وعرض نطاق 12 قناة DDR5، بدلاً من العدد الأقصى للنوى. تقنية التشغيل بجهد منخفض جداً، حيث تعمل النواة بحوالي 30% أقل من الجهد الاسمي لحوالي نصف استهلاك الطاقة، تساهم في إبقاء 144 نواة ضمن مغلف الطاقة البالغ 350W. يصف Okazaki هذه التقنية بأنها توفر "وفراً في الطاقة مماثلاً للانتقال جيلاً واحداً إلى ما وراء 2 نانومتر". ورغم دعم NEDO لـ Monaka ضمن برنامج مراكز البيانات الخضراء الذي يستهدف 40% توفيراً للطاقة بحلول عام 2030، فإن تصنيع الرقائق يعتمد على TSMC، وليس على منشآت يابانية محلية.

استثمرت اليابان أكثر من 2 تريليون ين في Rapidus لإنتاج 2 نانومتر بحلول 2027، و1.2 تريليون ين في مصانع TSMC في كوماموتو، لكن Monaka يسبق هذه القدرة المحلية. سيخلف Monaka معالج Monaka-X بدقة 1.4 نانومتر، المزود بوحدات Arm SME2، ضمن نظام FugakuNEXT المرتقب بحلول 2030 بتكلفة 750 مليون دولار والذي سيجمع وحدات معالجة مركزية من Fujitsu ووحدات معالجة رسومية من Nvidia.

رؤية Glitch4Techs

Fujitsu Monaka هو عرض واقعي للتحديات والحلول الوسط في تطوير أشباه الموصلات المتقدمة. في حين أن التصميم المعماري، خاصة تكديس الكاش على شريحة منفصلة بدقة 5 نانومتر واستخدام 2 نانومتر لأقل من 30% من مساحة الشريحة، يمثل هندسة متقدمة لتسريع وقت الوصول إلى السوق مع العقد الجديدة، فإن الرواية اليابانية حول "صنع في اليابان" تتهاوى أمام حقيقة أن شرائح 2 نانومتر و5 نانومتر تأتي من TSMC. هذا التناقض الجوهري بين الدعم الحكومي الياباني لمراكز البيانات الخضراء وبين الاعتماد على التصنيع التايواني، يؤكد أن Monaka يمثل حلاً انتقالياً براغماتياً، وليس إنجازاً سيادياً كاملاً في تصنيع الرقائق. المعالج، بقدراته المستهدفة في الذكاء الاصطناعي وكفاءة الطاقة، سينافس بشدة في سوق مزدحم، لكنه لا يقدم انطلاقة استراتيجية حاسمة لليابان في مجال تصنيع أشباه الموصلات المتطورة محلياً، بل هو خطوة مدعومة خارجياً.