富士通（Fujitsu）正在筹备即将推出的Monaka CPU，该芯片将接替其A64FX芯片的位置，后者首次搭载于日本的富岳（Fugaku）超算上。A64FX是首款实现Arm SVE指令集的芯片，在7nm制程上实现低电压运行，瞄准HPC和AI细分市场。其继任者计划于2027年发布，将带来诸多升级，包括Arm SVE2支持、3D多核架构、超低电压运行以及CCA（机密计算架构）。
Fujitsu Monaka系列的核心构建模块是Arm v9 CPU架构。富士通表示，CPU在不断演进的AI/HPC领域将发挥重要作用，因为智能体AI（Agentic AI）工作负载在编排和外围处理方面需要更强的CPU算力，同时CPU也驱动着同一领域内的通用工作负载。在HPC方面，CPU凭借更高的吞吐量和高精度能力仍不可或缺。
Monaka旨在实现以下目标：
AI性能提升最高2倍（由架构和开放生态系统驱动）
TCO降低超过50%（通过超低电压能力实现）
使用中的数据安全保护（通过机密计算实现）
Fujitsu Monaka系列充分利用了基于小芯片的3D集成技术。核心小芯片采用基于Arm v9.3-A架构的2nm设计，核心芯片下方还堆叠了一个3D次级芯片，采用5nm工艺，承载SRAM和I/O。该芯片还通过硅中介层连接到SRAM芯片。
Monaka的架构支持用于AI和HPC的Arm SVE2-256位指令集，并集成144个核心。平台层面，每个节点有两个插槽，总计288个核心。I/O方面，该芯片配备了96条PCIe 6.0（CXL 3.0）通道，内存支持为DDR5-8000+ MT/s（12通道）。该芯片支持液冷和风冷两种散热方式，并提供超低电压运行以提升能效。
富士通之所以选择3D小芯片设计而非2nm单片方案，主要考量是功耗、性能和成本。基于小芯片的解构式架构使其能够为每个设计组件选择最合适的技术。
因此，该芯片最终由三个芯片组成。核心芯片采用台积电的N2P工艺，以实现高性能和低功耗目标，而SRAM和I/O芯片则基于台积电N5工艺。Monaka上的所有末级缓存都集成在核心芯片下方的5nm SRAM单元内，并通过混合键合技术与核心芯片紧密耦合。I/O则通过硅中介层连接到SRAM芯片。
这使得2nm芯片的总硅面积减少了30%，有助于降低成本并实现更好的性能平衡。每个核心面积约为1.47mm²。
为了散热，核心芯片被放置在顶部，因为它温度最高，这样的布局也缩短了到散热侧的热路径。两个芯片下方的F2F/混合键合缩短了信号路径，从而降低了延迟开销。LDO（低压差稳压器）支持每核心DVFS（动态电压频率调节），实现逐核心的电压和频率控制。
Arm v9.3-A是富士通的专有核心设计，在微架构层面针对AI/HPC工作负载实现了PPA（功耗、性能、面积）优化。该架构也针对低功耗进行了优化。增强的SVE2引擎配备两个256位宽执行单元、两个256位加载/存储单元，并支持FP8和INT8MM等额外数据类型用于AI推理。
在通用计算方面，该芯片配备了基于TAGE的三级高级分支预测单元和六个ALU。在RAS（可靠性、可用性、可服务性）方面，L1/L2缓存内置ECC纠错，执行单元和寄存器具备奇偶校验，并设有硬件指令重试机制以从瞬态错误中恢复。
以下是Monaka核心架构的完整解析：
Monaka还支持NUMA节点内存访问方式，并可配置为灵活的NUMA节点以适配设计的软件特性：
18核 × 8 NUMA节点：末级缓存延迟/吞吐量优化
36核 × 4 NUMA节点：内存延迟/吞吐量平衡
144核 × 1 NUMA节点：大容量内存应用
Fujitsu Monaka平台将有两款芯片SKU。高性能版将提供144个核心，基础频率2.9 GHz，500W TDP，基础时钟下算力达6013 GFLOPs（DGEMM）和96.2 TOPS（INT8）。高能效版核心规格相同，但运行在2.1 GHz，TDP为350W，基础时钟下提供4355 GFLOPs（DGEMM）和69.7 TOPS（INT8）算力。性能版本采用液冷散热，能效版本则采用风冷。
最后，富士通目前已在进行Monaka芯片的样品送样，量产出货将于2027年开始。
展望未来，该公司还计划推出Monaka-X CPU，目标在2029年发布。Monaka-X将集成SME2指令集用于AI，并已被选用于FugakuNext超算。该芯片还将集成NVIDIA的NVLink Fusion技术，用于AI/HPC。
