PCIe 6.0加持，NVIDIA Blackwell Ultra GPU升級版即將到來

近日，NVIDIA宣布其AI與高性能計算領域明星產品Blackwell GPU的升級版本——Blackwell Ultra，也就是B300和GB300，預計將于今年晚些時候推出。緊接著，將迎來全新的“Rubin”GPU。其中，GB300 GPU作為首次支持PCIe 6.0的GPU，將帶來高達50%的性能提升，同時功耗高達1400W。

Blackwell Ultra采用臺積電4NP工藝制造，擁有2080億個晶體管，采用兩個Die通過NV-HBI高速界面互連（帶寬10TB/s），配備了總計160個SM單元（每個包含128個CUDA核心）和640個第五代Tensor核心，共享完全一致性的二級緩存。GPU間通過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，這些技術特點與前代產品保持一致。Blackwell Ultra的亮點之一是首次支持PCIe 6.0，這將使可用帶寬直接翻倍，同時HBM3E內存容量從192GB增加到288GB（帶寬8TB/s）。不過，這一升級也帶來了功耗的增加，最大功耗達到了1400W。

性能方面，Blackwell Ultra的NVFP4 dense稠密性能提升了50%，達到了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等數據格式的性能則基本沒有變化。

Blackwell Ultra的主要部署形態將是GB300 NV72服務器，采用液冷機架，每個節點包含兩顆B300 GPU和一顆Grace GPU。這一升級版的推出，將為AI和HPC領域帶來更加高效和強大的計算能力。

PCIe 6.0加速來了

PCIe 不僅僅是一個物理插槽標準?？偩€的主力是拓撲。PCIe 用于連接內置外設、筆記本電腦和迷你 PC 的附加卡以及 SSD 存儲。Mini PCIe 使用相同的拓撲、編碼和規格，并且與常規 PCIe 電氣兼容?，F在常見的M.2 SSD接口也采用PCIe拓撲。

PCIe 的串行數據路徑使用單向差分對來提高信號完整性。雖然這些線對需要進行長度匹配才能消除偏斜，但每對的兩條跡線比 8、16 或 32 條跡線更容易處理。

差分信號走線的去偏技術

高速并行總線也可能受到串擾的影響，串擾是一種從一條走線到另一條走線的信號泄漏。這會導致數據損壞并限制帶寬。差分配對信號可消除大部分串擾并提供更清晰的信號。

PCIe 差分對的優勢

PCIe的單向差分對由四根走線組成，作為每個方向的差分對。每組四個連接稱為一個通道，PCIe 插槽可支持 1 到 16 個通道。用于連接兩個 PCIe 設備的通道組稱為互連或鏈路。現代圖形加速器通常使用 16 通道插槽，有些需要兩個插槽和額外的電源連接。

差分對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，數據以帶有兩個開銷位的 8 位字傳輸，稱為 8b/10b 編碼。這意味著 20% 的傳輸比特是開銷，而不是數據。PCI 3.0 將這一數字提升至 128b/130b 編碼，產生 98.5% 的數據率和 1.5% 的開銷。這種編碼從 PCIe 1.0 到 5.0 一直保留，表示具有不歸零(NRZ) 格式的二進制數據。

PCIe 1.0 至 6.0：傳輸速度加倍

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

在Blackwell Ultra之前，PCIe 6.0更多是停留在標準制定、控制器發布和早期企業級應用的階段。Blackwell Ultra這樣的頂級GPU作為消費市場和數據中心市場的“風向標”，其采用PCIe 6.0將產生強大的拉動效應，迫使整個產業鏈迅速跟進和成熟。其意義遠不止于“一次接口升級”。它更像是一個 “點火器”：

1. 對產業：它強力推動了PCIe 6.0生態的成熟，迫使CPU、主板、連接器等上下游廠商全面跟進，開啟了新一輪的硬件更新周期。

2. 對技術：它為數據中心和高端工作站的異構計算、高速互聯提供了關鍵的基礎設施，解決了未來AI和計算密集型應用的潛在I/O瓶頸。

3. 對用戶：短期內是“戰未來”的特性，為未來的游戲和應用預留了巨大的帶寬空間；長期來看，它將像之前的每一次PCIe升級一樣，最終成為所有PC的基石， enabling下一代計算體驗。

簡單來說，Blackwell Ultra和PCIe 6.0的結合，不是為了解決今天的問題，而是為了構建明天的基礎。

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