一文读懂NVIDIA下代LPU芯片:为何弃大SRAM选3D堆叠DRAM?

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08:14

10月21日,IT之家援引海外媒体报道:芯片技术已被英伟达收入囊中的AI芯片公司Groq,计划在下一代LPU(语言处理单元)芯片上放弃当前以大容量SRAM为主的片上存储架构,转向基于TSV硅通孔的3D堆叠DRAM,用来补上SRAM"速度快但装不下"的短板。这个取舍可以一句话说清:SRAM决定了LPU的速度上限,也锁死了它的容量上限;3D堆叠DRAM用只比SRAM略降的延迟和带宽,换来大一个数量级的片上存储空间,同时把访存能耗降到HBM的两成左右——对逐词生成、被内存带宽卡住脖子的解码推理,这是当前最合身的接班方案。知乎

这不是一次纸面上的架构实验。8月下旬,英伟达宣布Groq 3 LPX交互式推理机架全面投产;第三方机构Artificial Analysis的实测显示,在Gemma 4-31B模型、10万tokens长上下文下,该机架中位输出速度达3431tokens/s,约为当前公开最快同类方案(870tokens/s)的3.9倍。SRAM路线证明了速度,也同时暴露了天花板——换代,正是冲着天花板去的。芯东西

LPU为什么天生依赖大SRAM

大模型推理分两个阶段:Prefill(预填充)处理完整输入,是计算密集型;Decode(解码)逐token往外"蹦",每生成一个字都要把历史KV缓存重新读一遍,是典型的访存受限任务。传统GPU把权重和KV缓存放在HBM里,带宽再高也隔着封装基板和内存颗粒,单用户逐token生成的延迟很难压低。

Groq的LPU走了另一条路:把芯片拆成负责向量运算、数据搬运、矩阵乘法等多种专用功能的"片"(slice),数据横向流动、指令纵向输送,编译器在任务运行前就排定精确到时钟周期的传输时间表,运行时不做动态仲裁。这套"确定性执行"的前提,是数据必须放在延迟可控、带宽充足的片上SRAM里。GTC2026主题演讲披露的官方参数把这条路线的特点摆得很清楚:Rubin GPU配288GB HBM4、带宽22TB/s;每颗Groq 3 LPU只集成500MB片上SRAM,却可提供150TB/s的带宽。SemiAnalysis的拆解则显示,正在量产的LP30改用三星SF4工艺,芯片绝大部分面积被片上SRAM占用,FP8算力为1.2 PFLOPS,单芯片规模远小于英伟达的GPU——全部筹码都押在"快"上。半导体行业观察知乎

产品层面,英伟达在2026年3月的GTC大会发布了Groq 3 LPX机架系统:单机架256颗LPU,提供128GB片上SRAM总量、40PB/s推理加速带宽和640TB/s专用扩展互联,作为Vera Rubin平台的推理协处理组件。它与负责预填充、维护长上下文缓存的Vera Rubin NVL72机柜分工搭配,支持预填充-解码分离、注意力-前馈网络分离、投机解码协同三种部署模式;Nebius是首家采用这套系统的AI云服务商。半导体行业观察芯东西

大SRAM的账,算不过来了

SRAM的优点和缺陷是同源的:单元只有六管结构、不需要刷新,所以快;也正因为结构简单占面积,存储密度远低于DRAM,同样容量的成本高出数倍。单颗500MB、整机架128GB的片上SRAM,对大模型推理来说捉襟见肘——模型权重先吃掉一大块,留给KV缓存的空间所剩无几,而KV缓存恰恰会随并发用户数和上下文长度线性膨胀。批量一大就爆内存,批量小则算力空转,结果是首token极快、总吞吐和单token成本却吃亏。SemiAnalysis的判断很直接:独立部署的Groq LPU系统在大规模Token推理服务场景下并不具备成本优势,只能靠"极速生成"卖溢价。知乎

模型侧的趋势还在放大这个矛盾。MoE模型的专家池越做越大,注意力层要拖着整个上下文的KV缓存跑,这类"有状态"计算更适合交给配大容量HBM的GPU;LPU接管的FFN(前馈网络)部分是无状态的,单个专家也只有数百MB。更麻烦的是推测解码——把草稿模型或多token预测层放上LPU能成倍放大延迟收益,但草稿模型要吃几十GB内存,片上SRAM完全装不下。SemiAnalysis拆解发现,量产版LPX的解法相当别扭:机架里每颗负责扩展与互联管理的FPGA,外挂最高256GB DDR5来承接KV缓存,等于用板级内存给片上存储打补丁。补丁能应急,不能当架构。

英伟达2025年12月与Groq达成协议,取得其芯片技术的非独占授权并吸纳核心研发团队,《纽约时报》披露这笔交易金额约170亿美元。SemiAnalysis给出的口径更高,称约200亿美元;这笔"授权+挖角"结构今年9月被曝已触发美国司法部的反垄断调查。接手的团队给路线图定下的第一个方向,正是补上容量这一课。知乎

3D堆叠DRAM凭什么接班

3D堆叠DRAM的思路很直白:不再把内存放在计算芯片"旁边",而是直接叠在"头顶"——DRAM裸片通过混合键合与TSV(硅通孔)垂直堆在逻辑裸片上,数据沿最短路径上下穿透。它和HBM都用TSV,但层级不同:HBM是把内存颗粒立在基板上、隔着硅中介层与GPU相连,算力和内存终究分居两处;3D堆叠DRAM则把内存长在计算die之上,I/O间距和密度完全不是一个量级。

最近公开的一篇芯片架构论文(ATLAS,首个经真实芯片验证的3D-DRAM加速器仿真框架)给出了可量化的对比:混合键合把I/O密度推到11万个/mm²(3微米间距),带宽密度较HBM提升一个数量级;访存能耗降到0.66–0.88 pJ/bit,比HBM低77%–83%;逻辑die上还能用成熟CMOS工艺定制计算单元。换句话说,相比SRAM,3D堆叠DRAM的延迟和带宽只有小幅退步;相比DRAM/HBM,容量又大幅跃升——它恰好填进SRAM与板载内存之间那段空档,而这段空档正是解码这种访存密集型负载最需要的。知乎

按SemiAnalysis此前披露的路线,英伟达接手后的下一代LPU(分析机构称LP40)将转向台积电N3P工艺加CoWoS-R封装,用NVLink协议替换Groq自研的C2C互联,与费曼(Feynman)平台深度协同设计,混合键合DRAM正是规划中的核心创新,3D堆叠所用的DRAM供应商据报道选定SK海力士。GTC2026主舞台的路演幻灯片上,"LP40 NVLink"已被排进2028年前后的费曼板块——"弃大SRAM、选3D堆叠DRAM"与这家公司的产品时间表是能对上的。

换道之后,改写的是什么

对用户侧成本的影响集中在两点。其一,如果容量短板补齐,LPU就不再只能受限于"FFN给LPU、注意力留GPU"的解耦分工,长上下文、超大模型乃至完整解码流程都可能被收回片上,GPU与LPU之间的KV缓存搬运和跨机架通信这一性能瓶颈会随之收窄——这是架构层面的合理推演,最终边界要看量产规格。其二,容量换吞吐,Token生成的成本曲线才能真正打下来,"毫秒级响应"才可能从溢价卖点变成默认配置。

对产业链,混合键合与TSV堆叠将从HBM之外的封装选项升级为推理芯片的标配路径,直接利好具备堆叠DRAM产能的存储原厂和先进封装环节;对英伟达,则多了一个把推理栈从GPU单品做成"GPU+LPU双柱"的抓手。需要盯的变量同样明确:这仍是供应链端消息,下一代LPU的流片和出货节奏没有公开时间表;反垄断调查虽悬而未决,但据路透社分析,即便认定违规,大概率也只是罚款而非撤销交易,对路线的约束有限。

值得留意的后续信号:这则报道恰落在柏林GTC(10月20日至22日)的当口;英伟达财报电话会等场合是否会证实堆叠DRAM路线、SK海力士会有怎样的产能披露,都是接下来的看点。

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