NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案

「Grace」CPU的设计,对于NVIDIA至关重要的原因,是增加自有人工智慧、超算等级CPU产品製作能力,无须完全受限于Intel、AMD合作关係,在伺服器应用发展更是多了话语权,不再只是以GPU加速应用立场自居,更能提供完整人工智慧及超

「Grace」CPU的设计,对于NVIDIA至关重要的原因,是增加自有人工智慧、超算等级CPU产品製作能力,无须完全受限于Intel、AMD合作关係,在伺服器应用发展更是多了话语权,不再只是以GPU加速应用立场自居,更能提供完整人工智慧及超算伺服器设计应用方案。

下一款显示架构到底是不是「Hopper」?

今年维持以线上形式举办的GTC 2021期间,NVIDIA正式揭晓以Arm架构打造的「Grace」CPU,并且宣布扩展Arm在智慧型手机以外的市场生态规模。而为什么在此时推出「Grace」CPU,对于NVIDIA而言会是至关重要?

「Grace」CPU不是用来取代现有x86架构CPU

简单回顾一下「Grace」CPU的设计,本身是以台积电5nm製程打造,并且以美国知名女性电脑科学家,同时也是当时美国海军准将身分的Grace Hopper为称,设计上则採用Arm Nerverse架构。

实际上,关于「Grace」CPU的深入细节,NVIDIA在此次GTC 2021并未进一步说明,仅透露採用对应Arm新版指令集与全新核心设计。而在NVIDIA释出设计图像中,「Grace」CPU是以MCM (Multi-Chip Module,多晶片模组)形式与NVIDIA据说是下一款GPU封装于单一板模,同时也整合对应CPU使用的LPDDR5X ECC记忆体模组,以及提供GPU使用的显示记忆体,至于对于下一款GPU的相关细节,目前NVIDIA也未多作说明。

不过,NVIDIA说明中诠释一个重要想法,就是依然认为纵使GPU运算效能再强大,依然需要配合CPU协助处理资料存取、执行指令集,GPU本身定位依然是作为运算加速用途,因此在对外说明时仍强调会继续维持与x86、Power架构设计处理器维持合作,意味就算推出「Grace」CPU,与Intel、AMD及IBM等处理器业者合作关係并不会改变。

NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案▲「Grace」CPU

并非NVIDIA第一款CPU,亦非第一款Arm架构产品

而「Grace」CPU实际上也并非NVIDIA第一款以Arm架构打造的CPU产品,早在之前就已经推出多款Tegra处理器,甚至也曾应用在手机、机上盒等产品,只是后来考量竞争优势与公司业务发展方向转型,因此Tegra处理器后续便转往自动化应用、车载平台设计发展为主。

NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案▲早期推出的Tegra处理器就是以Arm架构设计

此次推出「Grace」CPU的用意,实际上是针对人工智慧与超算使用需求打造,其中又以打通GPU藉由CPU存取系统记忆体设计,藉此改善过往x86架构CPU受限PCIe频宽情况,让GPU处理大量运算资料时,可直接藉助系统记忆体资源大幅提高资料运算处理效率。

为了让更多CPU资源可用于资料处理上,NVIDIA甚至在设计上整合旗下Bluefield DPU设计,以子系统形式协助处理原本由CPU执行的I/O埠控管、资料传输安全等需求,避免佔用CPU运算资源。

NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案▲藉由Arm架构特性,可让GPU直接存取系统记忆体资源 NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案▲在x86架构CPU受限PCIe传输频宽情况下,GPU与CPU之间沟通效率明显低了不少

NVLink技术无法突破的障碍

对NVIDIA持续关注的人应该会提出质疑,先前明明已经提出NVLink的技术,让GPU之间可以透过串接共享更大显示记忆体资源,甚至也能用于GPU与CPU之间沟通,但问题就在于显示记忆体价格成本明显比系统记忆体昂贵许多,而GPU与CPU之间藉由NVLink技术沟通,实际上也要看x86架构CPU业者是否愿意与NVIDIA进行此方面合作。

例如,Intel本身就提出CXL开放架构推动伺服器超算能力,而AMD方面也提出智慧存取记忆体 (Smart Access Memory)技术,藉此消除受限PCIe频宽的数据传输效率,藉此提高CPU与GPU之间沟通运算效能。

NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案▲NVLink技术原本NVIDIA希望用于解决GPU记忆体资源取用问题

虽然过去IBM曾与NVIDIA合作,透过NVLink进行GPU与CPU之间沟通,藉此加快资料加速处理效率,但以整体超算伺服器市场仍以x86架构CPU主导情况来看,显然仅与IBM合作依然不够,因此藉由Arm架构打造「Grace」CPU,进而凸显将Arm架构应用在人工智慧运算及超算领域确实有其发展机会,不仅能进一步推动Arm架构超算应用发展,同时也会吸引更多伺服器业者开始考虑投入Arm架构应用布局,进而扩大Arm架构在智慧型手机、嵌入式应用以外市场发展。

「Grace」CPU对于NVIDIA至关重要

依照NVIDIAQ执行长黄仁勋在后续受访时表示,推出「Grace」CPU的用意绝对不是为了取代原本合作许久的x86架构CPU,同时未来也没有打算仅以Arm架构CPU投入发展,强调「Grace」CPU是为了补足现行x86架构CPU无法满足的巨量数据传输处理效率需求。

而「Grace」CPU的设计,对于NVIDIA至关重要的原因,则是增加自有人工智慧、超算等级CPU产品製作能力,无须完全受限于Intel、AMD合作关係,在伺服器应用发展更是多了话语权,不再只是以GPU加速应用立场自居,更能提供完整人工智慧及超算伺服器设计应用方案。

此外,藉由Arm架构打造「Grace」CPU,并且持续与Arm合作让后续推出的Armv9指令集也能对应CUDA及CUDA-X指令集,因此未来或许也能看见更多Arm架构CPU搭配NVIDIA GPU的组合应用,例如强调未来将使旗下Mac机种全数转换为Arm架构处理器设计的苹果,或许未来也有机会藉此恢复与NVIDIA合作。

关于「Grace」CPU的名称

依照NVIDIA说明,「Grace」CPU最快会在2023年进入市场应用,预期会在2022年推出Ampere显示架构下一款产品,以及Nluefield-3 DPU,此后将维持每年都会有新产品问世的更新频率,并且以GPU、DPU与CPU产品交错方式更新。

不过,相较过往产品都是以科学家的姓 (last name)作为代号,例如Fermi、Kepler、Maxwell、Pascal、Turing、Ampere,此次公布的「Grace」CPU,却是以名 (first name)作为代号,或许NVIDIA计画在锁定超算领域的CPU产品将以科学家的名作为代号,而在Ampere显示架构之后的代号,有可能就是先前传闻许久的「Hopper」。

NVIDIA 揭晓全新 Arm 架构 CPU「Grace」不再受限 x86架构 未来可提供完整 AI、超算伺服器设计方案

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