Grace: Nvidia baut eigene Supercomputer-CPU

Beschleuniger für Supercomputer hat Nvidia schon lange, mit der Grace-CPU auf Basis von ARMs Neoverse-Cores folgt der nächste Schritt.

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Links das Rendering einer Grace-CPU, rechts eine GPU mit HBM2-Speicher.
Links das Rendering einer Grace-CPU, rechts eine GPU mit HBM2-Speicher. (Bild: Nvidia)

Nvidia hat seine erste eigene Supercomputer-CPU vorgestellt, genannt Grace. Der Prozessor soll 2023 verfügbar sein und im gleichen Jahr auch im Alps-Supercomputer in der Schweiz und vom US-Energieministerium eingesetzt werden. Die CPU basiert auf einem Neoverse-Design von ARM, statt x86-Kerne zu nutzen.

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Benannt ist der Prozessor nach Grace Hopper, einer US-amerikanischen Informatikerin. Sie hat mit dem A-0 einen der weltweit ersten Compiler entwickelt, zudem basiert die Programmiersprache COBOL stark auf ihrer Vorarbeit.

Grace als CPU nutzt LPDDR5X-Arbeitsspeicher, die meisten bisherigen ARM-Designs für Server hingegen setzen auf DDR4 oder DDR5. Laut Nvidia soll die Transferrate über 500 GByte/s betragen, was auf ein achtkanaliges Interface mit 512 Bit schließen lässt.Das Rendering suggeriert 76 oder 84 Kerne, was für Poseidon sprechen würde.

  • Grace bindet GPUs per NV-Link 4.0 an. (Bild: Nvidia)
  • Bei x86-CPUs hängen die GPUs an PCIe Gen4 x16. (Bild: Nvidia)
  • Der Alps-Supercomputer wird Grace-CPUs verwenden. (Bild: Nvidia)
  • Roadmap mit Grace Next (Bild: Nvidia)
  • Grace-CPU links, Next-Gen-GPU rechts (Bild: Nvidia)
Grace bindet GPUs per NV-Link 4.0 an. (Bild: Nvidia)

Welches Design verwendet wird und wie viele Cores in Grace stecken, sagte Nvidia nicht. Dafür machte der Hersteller eine grobe Performance-Angabe: Die CPU soll einen SpecRate-2017-IntBase-Score von über 300 erreichen, was knapp doppelt so viel wäre wie ein 64-kerniger Graviton2 (Neoverse N1) schafft.

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Ebenfalls wichtig ist die Verbindung von CPU zu CPU und von CPU zu GPU: Nvidia nennt eine CPU-Kommunikation von über 600 GByte/s, was auf 2-Sockel-Systeme schließen lässt und mehr als das Doppelte dessen ist, was AMDs Epyc 7003 über PCIe Gen4 x64 leisten. Beschleuniger wie GPUs bindet Grace per NV-Link 4.0 an, hier sollen es über 900 GByte/s sein - aktuell schafft die 3.0-Verbindung nur 600 GByte/s.

Supercomputer für Nuklearforschung

Zu den ersten Partnern für die Grace-CPUs gehört das Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) in Lugano in der Schweiz. Dort sollen die Prozessoren mit Next-Gen-GPUs für den Alps-Supercomputer gekoppelt werden, die offenbar mit Hopper als Codename entwickelt werden. Bisher betreibt das CSCS den Piz Daint, einen der schnellsten Supercomputer der Welt.

Eine große Auswahl an Prozessoren bei Alternate

Auch das US-Energieministerium (Department of Energy, DoE) setzt auf Grace: Am Los Alamos National Laboratory in New Mexico soll ein entsprechender Supercomputer entstehen. Das LANL gehört zur National Nuclear Security Administration (NNSA), diese forscht an militärisch zu nutzender Kernenergie im Rahmen der nationalen Sicherheit, was Atomantriebe und -waffen sowie Stockpile umfasst.

Nvidia sagte, die Entwicklung der Grace-CPU habe nichts mit der ARM-Übernahme zu tun, da das Design schon zuvor geplant gewesen sei. Nvidia hat vorher schon eigene ARM-basierte Kerne entworfen, genauer Denver(2) und Carmel für die Drive/Tegra-SoCs. Im Drive AGX Orin allerdings stecken Cortex-A78 alias Hercules, im gerade angekündigten Drive Atlas wiederum die neuen Grace-Kerne.

  • Nvidia baut seine Partnerschaften aus. (Bild: Nvidia)
Nvidia baut seine Partnerschaften aus. (Bild: Nvidia)

Parallel zu Grace hat Nvidia noch Partnerschaften mit AWS (Graviton2) für Geforce Now, mit Ampere (Altra) für HPC, mit Marvell (Octeon) für Edge und mit Mediatek (MT829x) für Chromebooks bekannt gegeben. All die Partner setzen auf ARM-basierte Designs.

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Leistung96,6%/75,5%100%/84,4%88,5%/62,1%81%/61,6%86,6%/66,4%86,9%/83,3%74,7%/51,1%90,6 %/100 %78,9%/65,3%82,4%/64,0%79,6%/54,4%
Leistungsaufnahme Ø288 Watt319 Watt196 Watt273 Watt398 Watt267 Watt222 Watt317 Watt270 Watt194 Watt168 Watt
Kerne12c/20t16c/24t10c/16t8c/16t8c/16t12c/24t6c/12t16c/32t10c/20t8c/16t6c/12t
GrafikeinheitJaJaJaJaJaJaJaJaJaJaJa
Basis-Takt3,6 GHz3,2 GHz3,7 GHz3,6 GHz3,5 GHz3,7 GHz3,9 GHz3,4 GHz3,7 GHz3,8 GHz3,7 GHz
Prozess10 nm10 nm10 nm14 nm14 nm7 nm14 nm7 nm14 nm7 nm7 nm
RAM2× DDR5-4800 (G2) / DDR4-3200 (G1)2× DDR5-4800 (G2) / DDR4-3200 (G1)2× DDR5-4800 (G2) / DDR4-3200 (G1)DDR4-2933 (G1) / DDR4-3200 (G2)DDR4-3200DDR4-3200DDR4-2933 (G1) / DDR4-3200 (G2)DDR4-3200DDR4-2933DDR4-3200DDR4-3200
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