輝達未來AI晶片設(shè)計：硅光子技術(shù)引領(lǐng)下一代GPU架構(gòu)

根據(jù)美國科技新聞網(wǎng)站報道，全球繪圖處理器（GPU）領(lǐng)軍企業(yè)輝達（Nvidia）在最近召開的2024年國際電子元件會議（IEDM）上，展示了其未來AI晶片的設(shè)計版本。這一新版本晶片的核心創(chuàng)新在于整合了硅光子（SiPh）技術(shù)，作為I/O（輸入/輸出）連接的關(guān)鍵零組件。此項突破標志著傳統(tǒng)連結(jié)技術(shù)的重大革新，并為未來高效能AI計算架構(gòu)提供了新的方向。

傳統(tǒng)的I/O連接技術(shù)通常受到銅的物理特性的限制，尤其是在傳輸速度和帶寬方面存在瓶頸。輝達的新晶片架構(gòu)通過將多片GPU晶片塊（tile）垂直堆疊，并采用12個硅光子元件作為連結(jié)器，顯著優(yōu)化了晶片之間的資料流動。這一創(chuàng)新設(shè)計使得每片GPU晶片塊上配備了三個硅光子連結(jié)器，而整個架構(gòu)則由四片GPU晶片塊組成，形成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)。硅光子技術(shù)的應(yīng)用能有效提升GPU之間的通訊效率，改善擴展性和效能表現(xiàn)，為未來大規(guī)模AI運算提供更強的支持。

此外，輝達的設(shè)計還搭載了先進的3D堆疊DRAM技術(shù)，每片GPU晶片塊配備六個高密度的記憶單元，提供更細膩的記憶取用能力，從而顯著增加帶寬。這一設(shè)計與超微（AMD）提出的3D V-Cache技術(shù)有相似之處，但輝達的應(yīng)用規(guī)模更大。堆疊DRAM與GPU晶片塊直接電子連接，使得數(shù)據(jù)傳輸更為迅速和高效。

然而，輝達也指出，盡管硅光子技術(shù)具有巨大潛力，但其更廣泛的商業(yè)應(yīng)用仍面臨一系列挑戰(zhàn)。公司預(yù)計每月需要生產(chǎn)超過100萬組硅光子元件，以確保這種設(shè)計的商業(yè)化可行。此外，溫控管理也是一個重大課題。由于GPU晶片塊的多層堆疊設(shè)計，必然需要復(fù)雜的冷卻方案，而現(xiàn)有的散熱技術(shù)尚無法完全滿足需求。輝達表示，正在積極研究全新的散熱管理解決方案，預(yù)計商業(yè)化的時間表可能會延遲到2028年到2030年之間。

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，輝達的這一新設(shè)計為未來AI晶片的發(fā)展開辟了新的路徑。隨著硅光子技術(shù)和3D堆疊DRAM的不斷優(yōu)化，下一代AI芯片將在效能、帶寬和擴展性方面迎來質(zhì)的飛躍。

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