深度解析最快AI芯片：性能怪獸、AI奇跡芯片！
2025-08-25 16:19:18 未知
英偉達最快最先進的AI GPU: Blackwell Ultra GB300，號稱AI 領域的奇跡芯片，日前，英偉達發布了一篇深度解析文章，詳細介紹了其最新最強的 AI 芯片 ——GB300 Blackwell Ultra。這款芯片已全面投產，并已向核心客戶交付。作為 Blackwell 解決方案的延伸產品，GB300 在性能和功能上實現了重大升級。性能超 GB200 50% 并配備 288GB 內存。
如同英偉達 Super 系列是原版 RTX 游戲顯卡的增強版，Ultra 系列則是其 AI 芯片的進階版本。盡管此前的 Hopper 和 Volta 等產品線未明確推出 Ultra 型號，但從技術層面看也存在類似的增強版本。值得注意的是，Ultra 芯片雖在硬件層面更具優勢，但軟件更新與優化同樣能為非 Ultra 芯片帶來顯著性能提升。
那么，Blackwell Ultra GB300 究竟有何特別？如前所述，它采用兩顆整片晶圓尺寸的芯片（Reticle-sized Dies），通過英偉達 NV-HBI 高帶寬接口連接，在邏輯上呈現為單顆 GPU。該 GPU 基于臺積電 4NP 工藝（專為英偉達優化的 5nm 制程）打造，集成了 2080 億個晶體管。NV-HBI 接口為兩顆 GPU 芯片提供 10TB/s 的帶寬，同時確保其作為單一芯片協同工作。
英偉達 Blackwell Ultra GB300 GPU 集成了 160 個流式多處理器（SM），每個 SM 包含 128 個 CUDA 核心、4 個支持 FP8/FP6/NVFP4 精度計算的第五代張量核心、256KB 張量內存（TMEM）及特殊函數單元（SFU）。整體規格達到 20480 個 CUDA 核心、640 個張量核心及 40MB TMEM。
第五代張量核心是實現 AI 計算的核心引擎，英偉達在每代 GPU 的張量核心技術上均有重大創新：
·Volta 架構：8 線程矩陣乘法累加單元（MMA），支持 FP16 訓練并搭配 FP32 累加計算
·Ampere 架構：全 warp 范圍 MMA 單元，引入 BF16 和 TensorFloat-32 格式
·Hopper 架構：跨 128 線程的 warp 組 MMA 單元，集成支持 FP8 的 Transformer 引擎
·Blackwell 架構：第二代 Transformer 引擎，支持 FP8/FP6/NVFP4 計算及 TMEM 存儲
Blackwell Ultra 還實現了內存規格的重大升級：搭載 288GB HBM3e 顯存，較前代 Blackwell GB200 的最高 192GB 提升顯著。這一升級使其能夠支持萬億級參數規模的 AI 模型。內存采用 8 堆疊設計，配備 16 個 512 位控制器（總帶寬 8192 位），單 GPU 顯存帶寬達 8TB/s，具體優勢包括：
·完整模型駐留：無需內存卸載即可運行 3000 億 + 參數模型
·擴展上下文長度：為 Transformer 模型提供更大 KV 緩存容量
·提升計算效率：針對多樣化工作負載優化計算 - 內存比率
Blackwell 系列的互聯技術包括 NVLINK 交換機、NVLINK-C2C 連接，以及用于主機 GPU 連接的 PCIe Gen6 x16 接口。以下是 NVLINK 5 及主機端連接的關鍵特性：
·單 GPU 雙向帶寬：1.8TB/s（18 條鏈路 ×100GB/s）
·性能擴展：較 Hopper GPU 的 NVLink 4 提升 2 倍
·最大拓撲規模：支持 576 顆 GPU 構建無阻塞計算架構
·機架級集成：72 顆 GPU 的 NVL72 配置，總帶寬達 130TB/s
·PCIe 接口：Gen6×16 通道（雙向 256GB/s）
·NVLink-C2C：支持 Grace CPU-GPU 內存一致性通信（900GB/s）
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得益于全新 NVFP4 標準，英偉達 Blackwell Ultra GB300 平臺的密集低精度計算輸出提升 50%，同時保持接近 FP8 的精度水平（差異通常小于 1%）。與 FP8 相比，NVFP4 還能將內存占用減少 1.8 倍，較 FP16 減少 3.5 倍。
Blackwell Ultra 還搭載了先進的調度管理與企業級安全特性：
·增強型 GigaThread 引擎：新一代工作調度器，優化上下文切換性能并實現 160 個 SM 間的工作負載智能分配
·多實例 GPU（MIG）：支持將 GPU 劃分為不同規格的 MIG 實例（如 2 個 140GB 實例、4 個 70GB 實例或 7 個 34GB 實例），實現安全多租戶環境下的性能隔離
·機密計算與安全 AI：為敏感 AI 模型和數據提供硬件級可信執行環境（TEE），首次在 Blackwell 架構中集成 TEE-I/O 功能，并通過 NVLink 在線加密實現接近未加密模式的吞吐量
·高級遠程證明服務（RAS）引擎：基于 AI 的可靠性監控系統，實時監測數千項參數以預測故障、優化維護計劃，最大化大規模部署的系統可用性
性能效率方面，Blackwell Ultra GB300 的每兆瓦吞吐量（TPS/MW）較 Blackwell GB200 進一步提升（具體數據見下圖）。
種種創新表明，英偉達憑借 Blackwell 及 Blackwell Ultra 等工程杰作穩居 AI 領域之巔。其深度軟件支持與持續優化是核心競爭力，而年度硬件迭代節奏與不斷加碼的研發投入，將確保其在未來數年內持續引領行業。
