Fujitsu Monaka: 144 ARM-kernen en een 3D-architectuur voor datacenters

Fujitsu heeft tijdens Hot Chips 2026 nieuwe details onthuld over FUJITSU-MONAKA, zijn 144-core Arm-processor voor servers dat in 2027 op de markt zal komen. De CPU combineert 2 nm fabricagedies voor rekenkernen met SRAM- en I/O-dies op 5 nm, plaatst alle cache van het laatste niveau op onafhankelijk silicium en gebruikt twee SVE2 vector units van 256 bits per kern. Het bedrijf bereidt versies voor met 350 en 500 watt voor datacenters, kunstmatige intelligentie en high-performance computing (HPC).

De kernpunten van Fujitsu Monaka in 30 seconden

• Monaka krijgt 144 ARM-kernen en maakt serverconfiguraties mogelijk met twee sockets en tot 288 kernen.
• Fujitsu reserveert het 2 nm-proces voor de compute-dies en gebruikt 5 nm voor SRAM en I/O.
• De volledige laatste cache-laag bevindt zich op aparte dies onder de CPU-dies.
• Elke kern bevat twee SVE2 units van 256 bits, tegenover de 512-bit SVE units van de A64FX.
• Er komen modellen van 350 W met luchtkoeling en 500 W met waterkoeling, beide gepland voor 2027.

De presentatie op 24 augustus geeft een dieper inzicht in een CPU waar Fujitsu al jaren aan werkt. Monaka bouwt voort op ervaring met supercomputers als K en Fugaku, maar heeft een veel bredere commerciële doelstelling: conventionele servers, AI-infrastructuur, data-analyse, telecommunicatie, HPC en edge-systemen.

Een van de meest interessante beslissingen ligt niet in het aantal kernen, maar onder de motorkap.

Fujitsu heeft Monaka ontworpen met als doel het dure 2 nm-proces alleen te gebruiken waar het de meeste meerwaarde biedt. Minder dan 30% van het totale siliciumoppervlak gebruikt 2 nm, terwijl andere functies op 5 nm blijven.

De 2 nm-technologie bestemd voor de kernen

Monaka gebruikt een driedimensionale chiplet-architectuur.

Het ontwerp bestaat uit drie hoofdcomponenten: compute-dies, SRAM-dies voor de cache en een I/O-die voor geheugen en connectiviteit.

De kernen gebruiken een 2 nm-proces, terwijl SRAM en I/O op 5 nm worden gefabriceerd. Fujitsu plaatst de compute-dies bovenop de SRAM-dies via een hoge dichtheid 3D-verbinding.

Deze aanpak is zowel technisch als economisch bedoeld.

Het volledig inzetten van het 2 nm-proces voor alle onderdelen van een processor zou de kosten aanzienlijk verhogen en meer oppervlakte op de geavanceerdere wafels vereisen. Fujitsu kiest ervoor de functies te scheiden.

Deze strategie weerspiegelt een groeiende trend in datacenter-CPU’s: elke fabricagenode wordt alleen ingezet voor die delen van de chip die er echt voordeel van hebben.

AMD scheidt al jaren compute en I/O in zijn EPYC-processors. Intel gebruikt ook multi-tile architecturen. Monaka voegt een nieuwe variant toe door de cache fysiek onder de compute-die te plaatsen.

Volgens Fujitsu vermindert deze verdeling de kosten en versnelt ze de introductie van een 2 nm-CPU. Of dat ook in de praktijk het geval zal zijn, wordt duidelijk zodra het product op de markt komt.

Alle laatste level cache op een apart die

De cacheorganisatie is waarschijnlijk de meest opvallende technische eigenschap van Monaka.

In plaats van de LLC (Last Level Cache) te integreren met de cores, plaatst Fujitsu de volledige cache op onafhankelijke 5 nm SRAM-dies.

De compute-dies bevinden zich direct boven de cache-dies.

Dit wijkt af van oplossingen zoals AMD’s 3D V-Cache, waarbij extra SRAM bovenop een chip wordt aangebracht die al cache bevat. Fujitsu kiest ervoor de volledige cache afhankelijk van het laatste niveau op een aparte laag te plaatsen.

Deze aanpak stelt ook in staat het 2 nm-silicium te concentreren op de logica die het meest profiteert van het geavanceerde proces.

Er is ook een thermische reden voor de laag-volgorde.

De compute-dies genereren meer warmte en worden daarom bovenaan geplaatst, dicht bij het koelmechanisme. De SRAM blijft daaronder.

Fujitsu heeft nog geen gedetailleerde cijfers gepubliceerd over de latentie tussen kernen op verschillende delen van het geheel, wat een belangrijk punt wordt zodra hardware commercieel beschikbaar is.

Hoewel de architectuur veelbelovend lijkt, moeten onafhankelijke benchmarks nog uitwijzen hoe hij zich in de praktijk houdt.

Van 512 bits in Fugaku naar twee SVE2 units van 256 bits

Monaka introduceert ook een belangrijke verandering ten opzichte van de A64FX in Fugaku.

De A64FX was een van de meest invloedrijke processors in de recente geschiedenis van Fujitsu en de eerste met Arm Scalable Vector Extension (SVE). Het gebruikte vector units van 512 bits en HBM2-geheugen, vooral gericht op HPC.

Monaka switcht naar SVE2, maar verkleint de breedte van elke unit naar 256 bits.

Elke kern bevat nu twee SVE2 units van 256 bits, plus twee load/store units van dezelfde breedte. Daarnaast biedt de processor ondersteuning voor matrix-bewerkingen in FP8 en INT8, gericht op AI-inferentie.

Het verminderen van 512 naar 256 bits lijkt in eerste instantie een terugslag.

Fujitsu legt uit dat Monaka bedoeld is voor een bredere datacenter-markt en dat het verkleinen van de units helpt de kernoppervlakte te beperken en de kosten-rendementsverhouding te verbeteren.

Het is belangrijk te beseffen dat elke kern nu twee vector units bevat.

Deze keuze weerspiegelt het verschil tussen een CPU ontwerpen voor een supercomputer en een processor ontwikkelen die tegelijk concurrerend moet zijn in algemene servers, HPC en AI.

Vaarwel HBM: Monaka gebruikt twaalf DDR5-kanalen

Een andere grote verandering ten opzichte van de A64FX is zichtbaar.

Monaka zal geen geïntegreerde HBM-geheugen op de chip gebruiken. In plaats daarvan kiest Fujitsu voor twaalf DDR5-kanalen, met ondersteuning voor DDR5-8000.

Dit verlaagt de bandbreedte in vergelijking met HBM, maar vereenvoudigt de bouw van systemen met grote hoeveelheden conventioneel geheugen en opent de deur naar een veel groter marktsegment.

Fujitsu verwacht ongeveer 500 GB/s in STREAM Triad voor beide versies, hoewel dit inschattingen van de fabrikant zijn die nog bevestigd dienen te worden door echte systemen.

De platform ondersteunt tevens PCIe 6.0 en CXL 3.0, belangrijke technologieën voor de volgende generatie datacenters.

CXL maakt het mogelijk systemen te bouwen waarin CPU’s, versnellingskaarten en geheugenexpansie-apparaten efficiënter samenwerken en resources delen.

Een Monaka-server kan tot twee sockets bevatten, met een maximum van 288 kernen per node. Fujitsu bereidt ook connectiviteit via Ethernet en InfiniBand voor.

Twee Monaka-modellen: 350 W met luchtkoeling en 500 W met vloeistofkoeling

Fujitsu werkt aan minstens twee hoofdconfiguraties.

De eerste versie heeft een TDP van 350 watt, een basisfrequentie van 2,1 GHz en kan worden gekoeld met lucht.

De tweede versie verbruikt 500 watt, heeft een basisfrequentie van 2,9 GHz en is ontworpen voor waterkoeling.

Beide modellen bieden interessante opties voor datacenter-beheerders.

Niet iedereen is voorbereid op directe waterkoeling. Een CPU met 144 kernen binnen een profiel van 350 W maakt integratie in traditionele racks mogelijk zonder ingrijpende infrastructuurwijzigingen.

De 500 W-variant levert meer prestaties bij voldoende thermische capaciteit.

Proefmonsters zijn al beschikbaar bij geselecteerde partners, terwijl de grootschalige productie gepland staat voor 2027.

Fujitsu wil ook concurreren in AI zonder Monaka tot GPU om te vormen

Kunstmatige intelligentie wordt vaak genoemd in de presentatie van Monaka, maar het is belangrijk te benadrukken wat Fujitsu precies nastreeft.

Monaka blijft een server-CPU, geen GPU-accelerator zoals NVIDIA’s Blackwell of AMD’s Instinct.

De strategie is gericht op het verbeteren van de AI-inferentieresultaten die efficiënt met CPU kunnen worden uitgevoerd.

De matrix-uitbreidingen FP8 en INT8 zijn bijzonder relevant voor inferentieprocessen, omdat lagere numerieke precisies meer operaties mogelijk maken en het geheugengebruik verminderen.

Fujitsu ontwikkelt ook geoptimaliseerde bibliotheken voor AI, data-analyse en HPC.

Het bedrijf beweert dat Monaka tot twee keer de prestaties van applicaties en ongeveer twee keer de energie-efficiëntie kan bieden in vergelijking met de verwachte concurrenten in 2027, terwijl de totale eigendomskosten worden verlaagd. Dit zijn interne schattingen, en er bestaan nog geen commerciële systemen om dit te bevestigen.

Energie-efficiëntie is een van de belangrijkste prioriteiten.

Monaka gebruikt technieken zoals geavanceerde spanningsbeheer en individuele klok- en spanningscontrole per kern. Fujitsu stelt dat deze aanpak het energieverbruik sterk kan verminderen zonder dat het aantal kernen in gevaar komt.

De ontwikkeling krijgt ook steun van de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) van Japan, binnen programma’s voor het ontwikkelen van efficiëntere datacenters.

Een Japans ontwerp, geproduceerd door TSMC

Fujitsu presenteert Monaka als een in Japan ontworpen processor, maar dat betekent niet dat het daar ook wordt gemaakt.

De geavanceerde dies gebruiken TSMC-processen.

De informatie tijdens Hot Chips identificeert TSMC N2P voor de compute-dies en TSMC N5 voor SRAM en I/O.

Deze scheiding is relevant, zeker omdat Japan grote publieke investeringen doet om de binnenlandse productiecapaciteit voor geavanceerde halfgeleiders terug te winnen.

Monaka is qua ontwerp en architectuur Japans, maar de fabricage hangt af van TSMC’s productiecapaciteit.

Fujitsu werkt parallel aan volgende generaties en technologieën die mogelijk in Japan op eigen fabriekslijnen kunnen worden vervaardigd.

De directe missie van Monaka is echter duidelijk: in 2027 de markt voor servers betreden.

Arm wint steeds meer terrein in datacenters

Fujitsu betreedt niet een onbesproken markt.

AWS heeft meerdere generaties Graviton-processors ontwikkeld. Microsoft heeft Cobalt. Ampere verkoopt al jaren Arm-servers en NVIDIA ontwikkelt zijn eigen CPU-strategie rond Grace en Vera.

Monaka zal moeten concurreren met al deze spelers, vooral met de nieuwe generaties van AMD EPYC en Intel Xeon.

Het aantal cores alleen is niet genoeg meer.

Prestaties per watt, prestaties per rack, kosteneffectiviteit, geheugencapaciteit, beschikbare software en gemakkelijke migratie van toepassingen worden voor operators belangrijker.

Fujitsu probeert één van de traditionele barrières voor alternatieve architecturen te doorbreken door compatibiliteit met Linux-distributies als Red Hat Enterprise Linux, SUSE Linux Enterprise Server en Ubuntu, naast tools als Slurm, Lustre, OpenMPI en LLVM.

Daarnaast werkt het samen met Arm, Broadcom, AMD, Supermicro en Linaro rondom dit project en de bijbehorende infrastructuur.

Het is wachten tot 2027 om echt te zien hoe deze architectuur in de praktijk presteert.

Echter, Monaka vertegenwoordigt nu al een trend die waarschijnlijk even belangrijk wordt als de 144 kernen zelf: geavanceerde processoren worden steeds vaker niet als één enkel siliciumblok vervaardigd met het zwaarste proces.

Fujitsu reserveert de 2 nm-technologie voor compute, houdt SRAM en I/O op 5 nm en verbindt alles via een 3D-architectuur.

In een periode waarin fabricage van geavanceerde transistors steeds duurder wordt, kan de keuze welke delen van een CPU echt dat geavanceerde proces nodig hebben even belangrijk worden als het verkleinen van de transistors zelf.

Veelgestelde vragen

Hoeveel cores krijgt Fujitsu Monaka?

FUJITSU-MONAKA krijgt 144 ARM-kernen per processor en ondersteunt configuraties met twee sockets, wat tot 288 cores per server mogelijk maakt.

Welk fabricageproces gebruikt Monaka?

De compute-dies gebruiken een 2 nm-proces (TSMC N2P), terwijl de SRAM- en I/O-dies op 5 nm (TSMC N5) fabriceren.

Wanneer komt Fujitsu Monaka op de markt?

Fujitsu plant de commerciële beschikbaarheid voor 2027. Details kunnen nog wijzigen tot de definitieve lancering.

Is Monaka ontworpen voor kunstmatige intelligentie?

Ja, hoewel het nog steeds een CPU is en geen dedicated GPU. Fujitsu integreert SVE2, matrix-uitbreidingen in FP8 en INT8, en geoptimaliseerde bibliotheken voor AI, HPC en data-analyse.