近日，NVIDIA宣布其AI與高性能計(jì)算領(lǐng)域明星產(chǎn)品Blackwell GPU的升級(jí)版本——Blackwell Ultra，也就是B300和GB300，預(yù)計(jì)將于今年晚些時(shí)候推出。緊接著，將迎來(lái)全新的“Rubin”GPU。其中，GB300 GPU作為首次支持PCIe 6.0的GPU，將帶來(lái)高達(dá)50%的性能提升，同時(shí)功耗高達(dá)1400W。

Blackwell Ultra采用臺(tái)積電4NP工藝制造，擁有2080億個(gè)晶體管，采用兩個(gè)Die通過(guò)NV-HBI高速界面互連（帶寬10TB/s），配備了總計(jì)160個(gè)SM單元（每個(gè)包含128個(gè)CUDA核心）和640個(gè)第五代Tensor核心，共享完全一致性的二級(jí)緩存。GPU間通過(guò)1.8TB/s帶寬的第五代NVLink互連，而GPU與CPU之間的NVLink-C2C通道帶寬為900GB/s，這些技術(shù)特點(diǎn)與前代產(chǎn)品保持一致。Blackwell Ultra的亮點(diǎn)之一是首次支持PCIe 6.0，這將使可用帶寬直接翻倍，同時(shí)HBM3E內(nèi)存容量從192GB增加到288GB（帶寬8TB/s）。不過(guò)，這一升級(jí)也帶來(lái)了功耗的增加，最大功耗達(dá)到了1400W。

性能方面，Blackwell Ultra的NVFP4 dense稠密性能提升了50%，達(dá)到了15PFlops，而sparse稀疏性能保持在20PFlops。此外，SFU（特殊功能單元）EX2下的注意力加速能力也從5TF/s提升至10.7TF/s，翻了一番還多。FP8、FP16、TF16等數(shù)據(jù)格式的性能則基本沒(méi)有變化。

Blackwell Ultra的主要部署形態(tài)將是GB300 NV72服務(wù)器，采用液冷機(jī)架，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩顆B300 GPU和一顆Grace GPU。這一升級(jí)版的推出，將為AI和HPC領(lǐng)域帶來(lái)更加高效和強(qiáng)大的計(jì)算能力。

PCIe 6.0加速來(lái)了

PCIe 不僅僅是一個(gè)物理插槽標(biāo)準(zhǔn)�？偩�(xiàn)的主力是拓?fù)洹CIe 用于連接內(nèi)置外設(shè)、筆記本電腦和迷你 PC 的附加卡以及 SSD 存儲(chǔ)。Mini PCIe 使用相同的拓?fù)�、編碼和規(guī)格，并且與常規(guī) PCIe 電氣兼容�，F(xiàn)在常見(jiàn)的M.2 SSD接口也采用PCIe拓?fù)洹?/p>

PCIe 的串行數(shù)據(jù)路徑使用單向差分對(duì)來(lái)提高信號(hào)完整性。雖然這些線(xiàn)對(duì)需要進(jìn)行長(zhǎng)度匹配才能消除偏斜，但每對(duì)的兩條跡線(xiàn)比 8、16 或 32 條跡線(xiàn)更容易處理。

差分信號(hào)走線(xiàn)的去偏技術(shù)

高速并行總線(xiàn)也可能受到串?dāng)_的影響，串?dāng)_是一種從一條走線(xiàn)到另一條走線(xiàn)的信號(hào)泄漏。這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞并限制帶寬。差分配對(duì)信號(hào)可消除大部分串?dāng)_并提供更清晰的信號(hào)。

PCIe 差分對(duì)的優(yōu)勢(shì)

PCIe的單向差分對(duì)由四根走線(xiàn)組成，作為每個(gè)方向的差分對(duì)。每組四個(gè)連接稱(chēng)為一個(gè)通道，PCIe 插槽可支持 1 到 16 個(gè)通道。用于連接兩個(gè) PCIe 設(shè)備的通道組稱(chēng)為互連或鏈路�，F(xiàn)代圖形加速器通常使用 16 通道插槽，有些需要兩個(gè)插槽和額外的電源連接。

差分對(duì)布置可加快傳輸速度并提高可靠性。在 PCIe 版本 1.0 和 2.0 中，數(shù)據(jù)以帶有兩個(gè)開(kāi)銷(xiāo)位的 8 位字傳輸，稱(chēng)為 8b/10b 編碼。這意味著 20% 的傳輸比特是開(kāi)銷(xiāo)，而不是數(shù)據(jù)。PCI 3.0 將這一數(shù)字提升至 128b/130b 編碼，產(chǎn)生 98.5% 的數(shù)據(jù)率和 1.5% 的開(kāi)銷(xiāo)。這種編碼從 PCIe 1.0 到 5.0 一直保留，表示具有不歸零(NRZ) 格式的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

PCIe 1.0 至 6.0：傳輸速度加倍

PCIe 1.0 每通道傳輸速度高達(dá) 2.5 GB/s，16 通道互連時(shí)最高傳輸速度為 4 GB/s。隨著協(xié)議和芯片制造能力的改進(jìn)，PCIe 2.0 使這一數(shù)字翻了一番。PCIe 3.0 從 8b/10b 提升到 128b/130b，速度幾乎翻倍至每通道 8 GB/s。此后的每個(gè)新版本的數(shù)據(jù)速率都增加了一倍。2022 年推出的 PCIe 6.0 在編碼和協(xié)議方面帶來(lái)了重大變化，將速度提升至 64 GB/s。PCIe 6.0 從 NRZ 數(shù)據(jù)格式更改為脈沖幅度調(diào)制 4 級(jí)(PAM4) 信令。PAM 表示與 NRZ 中的一位相同單位間隔中的兩位，它給出四個(gè)值而不是兩個(gè)。這有效地用兩位值替換了二進(jìn)制位。PAM4 的錯(cuò)誤率要高得多，因此需要高級(jí)糾錯(cuò)。

在Blackwell Ultra之前，PCIe 6.0更多是停留在標(biāo)準(zhǔn)制定、控制器發(fā)布和早期企業(yè)級(jí)應(yīng)用的階段。Blackwell Ultra這樣的頂級(jí)GPU作為消費(fèi)市場(chǎng)和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的“風(fēng)向標(biāo)”，其采用PCIe 6.0將產(chǎn)生強(qiáng)大的拉動(dòng)效應(yīng)，迫使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈迅速跟進(jìn)和成熟。其意義遠(yuǎn)不止于“一次接口升級(jí)”。它更像是一個(gè) “點(diǎn)火器”：

1. 對(duì)產(chǎn)業(yè)：它強(qiáng)力推動(dòng)了PCIe 6.0生態(tài)的成熟，迫使CPU、主板、連接器等上下游廠商全面跟進(jìn)，開(kāi)啟了新一輪的硬件更新周期。

2. 對(duì)技術(shù)：它為數(shù)據(jù)中心和高端工作站的異構(gòu)計(jì)算、高速互聯(lián)提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，解決了未來(lái)AI和計(jì)算密集型應(yīng)用的潛在I/O瓶頸。

3. 對(duì)用戶(hù)：短期內(nèi)是“戰(zhàn)未來(lái)”的特性，為未來(lái)的游戲和應(yīng)用預(yù)留了巨大的帶寬空間；長(zhǎng)期來(lái)看，它將像之前的每一次PCIe升級(jí)一樣，最終成為所有PC的基石， enabling下一代計(jì)算體驗(yàn)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Blackwell Ultra和PCIe 6.0的結(jié)合，不是為了解決今天的問(wèn)題，而是為了構(gòu)建明天的基礎(chǔ)。

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