Článek
HF-GPU: Univerzální výpočetní platforma nové generace bez zpětné kompatibility
Vývoj výpočetních akcelerátorů v posledních dvou desetiletích směřoval k postupnému zvyšování počtu výpočetních jednotek, šířky paměťových sběrnic a specializovaných bloků pro vybrané úlohy, zejména v grafice a umělé inteligenci. Tato evoluce však byla limitována potřebou zachovávat zpětnou kompatibilitu se starými programovými modely a API, které vycházejí z architektur navržených pro úplně jiné priority. V důsledku toho vznikly čipy, které jsou sice univerzální v pojmenování, ale v reálné praxi často přizpůsobené úzkému okruhu scénářů.
HF-GPU je návrh architektury, která tento přístup opouští. Je navržena jako čistě moderní výpočetní platforma bez nutnosti hardwarově emulovat staré funkce a bez břemene zpětné kompatibility. Tento krok umožňuje využít křemíkovou plochu a energetický rozpočet pouze na prvky, které mají význam pro současné a budoucí typy výpočtů – od herní fyziky přes HPC simulace až po průmyslové inženýrství a adaptivní AI systémy.
Matematickým jádrem návrhu je kombinace dvou oblastí: fraktální a hysterezní matematiky. Fraktální matematika poskytuje nástroje pro práci s multi-scale strukturami, iterativními funkcemi a samopodobnými procesy. Hysterezní matematika popisuje systémy s pamětí, kde aktuální stav závisí nejen na vstupu, ale i na historii. V hardwaru jsou tyto principy realizovány v modulu Hysteresis State Fabric (HSF), který implementuje hardwarové stavové automaty, Schmittovy přechody, saturace a paměťové křivky přímo v datové cestě. Tím se eliminuje potřeba softwarové emulace těchto jevů, která na klasických GPU vede k výraznému snížení výkonu při větvení a adaptivních algoritmech.
Výpočetní jednotka HF-GPU kombinuje tři typy prostředků: skalární řídicí jádro (S-core) pro logiku a synchronizaci, pole SIMD/MMA jednotek pro hustou numeriku a modul HSF pro adaptivní chování. S-core zajišťuje, že logika a větvení nepenalizují výkon numerické části, protože jsou zpracovávány odděleně od SIMD/MMA polí. Tato kombinace umožňuje, aby výpočetní jádro plynule přepínalo mezi masivně paralelními homogenními operacemi a nelineární adaptivní logikou bez výrazných ztrát výkonu.
Architektura čipu je navržena compute-first. Grafické funkce nejsou implementovány jako klasická rastrová pipeline, ale jako sadu moderních bloků – akcelerátor ray tracingu pro stavbu a průchod BVH struktur, texturovací jednotky ovládané přes výpočtové API a dlaždicová rasterizace realizovaná v compute shaderech. Tím je možné plně podporovat moderní renderingové techniky bez nutnosti udržovat zastaralé fixed-function bloky.
Paměťová hierarchie je optimalizována pro nízkou latenci při adaptivních výpočtech: velký L0 scratchpad na úrovni výpočetní jednotky pro lokální historii, L1 a L2 cache s dostatečnou kapacitou pro práci na rozsáhlých datech bez častého přístupu do hlavní paměti a možnost konfigurace mezi HBM3e pro HPC modely a GDDR7 pro herní varianty. ECC ochrana je volitelná podle cílového segmentu.
Záměrné vynechání zpětné kompatibility má zásadní technické i ekonomické dopady. Technicky to znamená úsporu plochy křemíku a snížení spotřeby, které lze investovat do zvýšení počtu výpočetních jednotek, větší cache nebo rozšíření HSF. Ekonomicky to umožňuje cílit na více trhů s jedinou architekturou – herní průmysl, HPC a vědecký výzkum, průmyslové simulace i AI trénink a inference – a diferencovat produkty konfigurací paměti, výkonových profilů a podpůrných bloků, nikoli návrhem odlišných čipů.
Výkonová měřítka HF-GPU vycházejí z toho, že ve všech oblastech, kde běžné GPU trpí na warp divergence, nepravidelný přístup do paměti a adaptivní krokování, dokáže HF-GPU udržet vysokou efektivitu díky oddělení logiky od numeriky a hardwarové implementaci stavových přechodů. V herní fyzice to znamená vyšší FPS a stabilitu snímkové frekvence i při komplexní simulaci. Ve vědeckých výpočtech a HPC simulacích to vede ke zkrácení doby výpočtu adaptivních modelů, například při simulaci turbulentního proudění nebo kvantových mnohočásticových systémů.
Cenová strategie univerzálního čipu může vycházet z modulární výroby: herní edice s GDDR7 a nižší FP64 výkonem pro maximalizaci poměru cena/výkon pro hráče, HPC edice s HBM3e, vyšším FP64 poměrem a ECC pro vědu a průmysl a AI/datacentrová edice optimalizovaná pro MMA výkon a koherenci přes CXL. Společný základní návrh umožňuje sdílet vývojové a výrobní náklady a současně přizpůsobit produkt různým tržním segmentům.
HF-GPU tak představuje zásadní odklon od evolučního přístupu k návrhu GPU směrem k architektuře navržené od základu pro současné a budoucí výpočty. Záměrné nepoužití zpětné kompatibility zde není slabinou, ale strategickou výhodou, která umožňuje maximálně využít každý tranzistor a každý watt pro to, co přináší skutečný výkon a hodnotu – nejpokročilejší výpočty napříč všemi hlavními oblastmi lidské činnosti.
---
Pokud chcete, můžu tento článek rozšířit ještě o detailní popis matematických operátorů v HSF a jejich implementaci – tak, aby z něj mohl čerpat i inženýr navrhující vlastní modul.
Chcete, abych to doplnil?
