В мире высокопроизводительных графических процессоров Nvidia традиционно занимает лидирующие позиции, и архитектура Blackwell является новым доказательством этой силы. Этот графический процессор, ставший кульминацией многолетних усилий инженеров и дизайнеров компании, задает новые стандарты по масштабируемости, вычислительной мощности и эффективности. Рассмотрим подробнее, чем именно выделяется Blackwell и почему он стал объектом пристального внимания как экспертов, так и энтузиастов графики. Одной из ключевых особенностей Blackwell является гигантский размер кристалла GB202 — он занимает внушительные 750 квадратных миллиметров площади и содержит 92,2 миллиарда транзисторов. Это ставит его в разряд монструозных GPU по современным меркам, обеспечивая невероятно высокую вычислительную производительность.
В составе чипа располагается 192 сегодняшних эквивалента CPU-ядер для GPU — Streaming Multiprocessors (SM), что позволяет обрабатывать огромное количество параллельных вычислительных задач. Главным примером использования этого кристалла является модель RTX PRO 6000 Blackwell, которая демонстрирует один из максимально насыщенных вариантов конфигурации данного GPU. В её числе — высокий уровень работы с памятью и возможность поддержки интенсивных графических задач и вычислительных нагрузок. Она соседствует в линейке Nvidia с RTX 5090, которая также базируется на GB202, но с отключённым некоторым числом SM для оптимизации определённых сценариев использования. В сравнении с конкурентами на рынке, таких как AMD и их архитектура RDNA4, Blackwell выделяется своим масштабом и подходом к организации вычислений.
Так, Radeon RX 9070, представляющий флагман AMD в потребительском сегменте, имеет существенно меньший уровень параллелизма, что отражается в количестве WGP (Workgroup Processors) и величине кристалла. При этом Nvidia использует более крупные ядра, оптимизированные для массового параллелизма и высокой пропускной способности памяти. Организационно Blackwell придерживается схемы, где SM сгруппированы в Graphics Processing Clusters (GPC), а отношение GPC к SM составляет 1:16, что несколько отличается от предшественника Ada Lovelace с соотношением 1:12. Такой подход позволяет увеличить количество вычислительных блоков без необходимости масштабировать аппаратные средства распределения задач на уровне GPC. Несмотря на это, для задач с короткими вычислительными волнами и маленьким числом потоков возможны узкие места при подаче работы из-за ограничений в аппаратуре распределения.
Аналогично в AMD в RDNA4 соотношение SE (Shader Engine) к WGP составляет 1:8, что в определенных сценариях упрощает эффективное распределение задач. С точки зрения архитектурных улучшений, Blackwell вышел за рамки традиций однотипного переключения между графическими и вычислительными задачами на одном очереди. Предыдущие поколения Nvidia сталкивались с необходимостью завершать один тип работы, прежде чем приступить к другому, что снижало эффективное использование ресурсов. В Blackwell эти ограничения устранены, что обеспечивает более гладкую и эффективную загрузку GPU, особенно если приложения смешивают разные типы работы. Шейдерные ядра SM получили усовершенствованный фронтенд для загрузки команд.
Blackwell по-прежнему применяет фиксированную длину команд 128 бит, поддерживая двухуровневую систему кэширования инструкций: малые и высокопроизводительные L0-кэши, приватные для каждого из четырёх сегментов SM, и общий L1-кэш для всего SM. Природа этих кэшей направлена на оптимизацию пропускной способности и снижение энергопотребления при обработке больших объёмов кода. Объем L1-кэша инструкций в Blackwell достигает порядка 128 КБ, что значительно превышает прошлые поколения и обеспечивает хранение около 8 тысяч инструкций. Такое расширение позволяет эффективно работать с большими блоками кода, улучшая общую производительность. При этом AMD в RDNA4 используют кэш инструкций меньшего объема (около 32 КБ) с переменной длиной инструкций от 4 до 12 байт, что снижает нагрузку на кэш за счет компрессии командных данных.
Что касается исполнительных блоков, каждый сегмент SM в Blackwell способен отслеживать и переключаться между 12 вычислительными волнами для уменьшения латентности. Это несколько уступает RDNA4, где максимальные показатели достигают 16 волн на SIMD. Важной особенностью Blackwell является объединение FP32 и INT32 вычислений в одном 32-полосном исполнительном канале, что повышает гибкость и эффективность при выполнении задач с разными типами операций. Кроме того, Nvidia унаследовала из архитектуры Turing способность выполнять по 16 INT32 умножений за такт, что превосходит многие аналоги AMD и улучшает вычислительную плотность. В сочетании с массивным числом SM общий уровень параллелизма Blackwell многократно превосходит конкурентов.
Даже при лучшей микроархитектурной эффективности AMD, её ядра просто не могут конкурировать с количеством вычислительных модулей у Nvidia. Это фундаментальное преимущество в топовом сегменте рынка GPUs. Blackwell также получил новые специализированные инструкции для единой («uniform») вычислительной шины, расширяя возможности выполнения атомарных операций и повышения эффективности работы с константными данными. Хотя возможности этой шины в плане гибкости еще уступают AMD, новые команды повышают уровень производительности в ряде критических задач, связанных с конфигурацией и управлением данными. Особое внимание Nvidia уделила и поддержке трассировки лучей — технологии, ставшей ключевой для современных графических приложений.
В Blackwell удвоена скорость выполнения тестирования пересечения лучей с треугольниками, что обеспечивает высокую производительность при работе с визуальными эффектами следующего поколения. Архитектура сохранила поддержку технологий, пришедших из Ada Lovelace, таких как Opacity Micromaps, позволяющих эффективно отсеивать непрозрачные микрополигональные элементы для оптимизации рендеринга. Память в Blackwell организована по схеме, традиционной для Nvidia, с двухуровневым кэшированием и общей емкостью L1 и Shared Memory, составляющей 128 КБ на каждый SM. В отличие от AMD, которые используют более сложное деление и больше кеш-памяти первого уровня, Nvidia придерживается баланса между объемом и пропускной способностью. Однако что действительно впечатляет — это масштаб всего решения: 188 SM в RTX PRO 6000 Blackwell обеспечивают суммарную пропускную способность L1/Shared Memory более 60 ТБ/с, имея в распоряжении 24 МБ первой кеш-памяти.
Измерения показывают, что Blackwell сохраняет низкую задержку доступа к L1 благодаря эффективной поддержке генерации адресов и оптимизации движка исполнительных блоков. Адресная арифметика реализуется эффективно, за счет активного использования оборудования для быстрого вычисления индексов. Atomic-операции в Blackwell обслуживаются 16 ALU для интерактивной работы с данными в SM, что несколько меньше, чем у AMD (32 ALU на WGP), но разница нивелируется за счет количества SM. Это обеспечивает преимущество Nvidia в операциях с локальной памятью, что особенно важно для вычислительных и графических задач. В части глобальной памяти Blackwell построен с использованием 512-битного шины и новейшими модулями GDDR7 памяти, обеспечивая очень высокий уровень пропускной способности и сравнительно низкие задержки.
Это дает значительное преимущество в сценариях, где объем и скорость обмена данными с видеопамятью являются критичными параметрами. Несмотря на масштаб кристалла, Nvidia удалось оптимизировать подсистему кешей последнего уровня — L2. Объем L2 достиг 64 кеш-блоков, что теоретически позволяет эффективно распределять запросы и избегать критических узких мест. Хотя задержка доступа к L2 слегка выше, чем у предыдущих поколений Ada Lovelace, общая производительность системы повышается за счет баланса между объемом и пропускной способностью. В реальных вычислительных задачах и тестах, таких как FluidX3D, который моделирует движения жидкости и требует интенсивной работы с FP32 значениями, Blackwell демонстрирует существенное преимущество над Radeon RX 9070, соглашаясь с его аппаратными характеристиками и мощностью памяти.
При этом прирост производительности оказывается стабильным во всех режимах работы. На фоне растущей конкуренции, которая в 2025 году включает усилия Intel с их GPU Battlemage и достижения AMD на рынке вычислительных систем, Nvidia с Blackwell продолжает доминировать в верхнем сегменте потребительских видеокарт. Несмотря на успехи соперников в среднем и нижнем ценовом диапазоне, ни одна компания пока не может конкурировать с масштабом и мощностью Blackwell. Создание такого гигантского монолитного GPU — невероятный технологический вызов, бросающий вызов границам производства и управления тепловыделением. 750 мм2 площадки кристалла, работающего при 575-600 Вт, ставят серьезные требования к системам охлаждения и энергоснабжения.
Конечно, в такой архитектуре есть и компромиссы — некоторые части подсистемы кеширования сталкиваются с ограничениями в масштабировании, а возможности эффективного распределения малозатратных задач могут страдать при коротких вычислительных волнах. Тем не менее, общий результат впечатляет. Благодаря колоссальному количеству SM, высокой пропускной способности памяти и усовершенствованным исполнительным блокам, Nvidia сохраняет значительное преимущество в своих топовых продуктах. Таким образом, Blackwell — это демонстрация стремления Nvidia к непрерывному усовершенствованию и расширению возможностей GPU. Это архитектура, которая сочетает в себе опыт многолетнего развития, инновационные решения и смелые масштабные инженерные подходы.
Ее появление не только укрепляет позиции Nvidia, но и задает планку, к которой будут стремиться конкуренты в ближайшие годы. Погружение в детали Blackwell раскрывает уникальные особенности и выдает важные уроки по построению современных графических архитектур. В конечном итоге, это техническое достижение открывает путь для новых возможностей в области игр, профессиональной визуализации и высокопроизводительных вычислений, поддерживая статус Nvidia как лидера индустрии.
