С платформой RTX Spark NVIDIA намерена укрепить позиции на рынке ноутбуков и составить конкуренцию Intel, AMD и Qualcomm, которые пока занимают основную его часть. Компания рассчитывает привлечь покупателей сочетанием процессорных ядер ARM, мощной встроенной графики и аппаратных ускорителей ИИ. Мы протестировали RTX Spark в ноутбуке Microsoft Surface Laptop Ultra и рассмотрели несколько сценариев использования новой платформы.

NVIDIA довольно долго готовилась к выходу на этот рынок. По словам представителей компании, генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг и глава Microsoft Сатья Наделла ещё четыре года назад обсуждали, как искусственный интеллект может изменить рынок ноутбуков и требования к аппаратному и программному обеспечению. Судя по всему, Хуанг уже тогда предвидел нынешний рост интереса к ИИ.

Первым шагом стал GB10 Grace Blackwell Superchip, который NVIDIA представила 6 января 2025 года на выставке CES в Лас-Вегасе. Он лёг в основу Project DIGITS — компактного суперкомпьютера для разработчиков и исследователей, работающих с искусственным интеллектом.

18 марта 2025 года на конференции GTC NVIDIA переименовала Project DIGITS в DGX Spark, сохранив обозначение чипа GB10. Ещё до этих анонсов ходили слухи, что компания собирается выйти на потребительский рынок, прежде всего в сегмент ноутбуков. До анонса Snapdragon X Elite в октябре 2023 года здесь фактически доминировали Intel и AMD. Qualcomm попыталась потеснить их со своей платформой Snapdragon X Elite, а теперь предлагает уже второе поколение ARM-процессоров для Windows.

Как и Qualcomm, NVIDIA выбрала архитектуру ARM. Основой новой платформы RTX Spark стала архитектура GB10 Grace Blackwell Superchip.

В однокристальных системах RTX Spark, которые NVIDIA разрабатывала под кодовым названием N1X, компания сочетает два типа процессорных ядер ARM. Старшая версия получила 20 ядер: десять производительных Cortex-X925 и десять энергоэффективных Cortex-A725. Первые ориентированы на высокую однопоточную производительность, вторые должны экономнее расходовать энергию при выполнении менее требовательных задач. Оба типа ядер используют архитектуру ARMv9.2. Младшая версия содержит 18 ядер — по девять Cortex-X925 и Cortex-A725.

Встроенная графика Blackwell тоже представлена в двух вариантах. Старшая версия содержит 6 144 ядра CUDA в составе 48 потоковых мультипроцессоров (SM), младшая — 5 120 ядер CUDA и 40 SM. Обе поддерживают трассировку лучей с помощью RT-ядер четвёртого поколения и ускоряют вычисления ИИ на тензорных ядрах пятого поколения.

В отличие от GB10 в составе DGX Spark с TDP 140 Вт, ноутбучные версии RTX Spark рассчитаны на диапазон 45–80 Вт. При этом процессорные ядра и встроенная графика делят общий энергетический бюджет.

Ещё одна особенность платформы — унифицированная память LPDDR5X, к которой обращаются и CPU, и GPU. Отдельной видеопамяти здесь нет. Старшая версия N1X поддерживает до 128 ГБ, младшая — до 64 ГБ. NVIDIA использует 256-битную шину памяти и заявляет пропускную способность до 300 ГБ/с. Для сравнения, у GB10 в составе DGX Spark она достигает 273 ГБ/с.

Благодаря когерентной архитектуре памяти CPU и GPU могут обращаться к одним и тем же данным без копирования между раздельными областями памяти. Это особенно полезно в задачах, где процессор и графический ускоритель постоянно обмениваются большими объёмами данных.

GB10 Grace Blackwell Superchip NVIDIA разработала совместно с MediaTek. TSMC выпускает его по 3-нм техпроцессу N3. Он состоит из двух отдельных кристаллов: MediaTek отвечает за S-Die с процессорными ядрами ARM, контроллером памяти и интерфейсами ввода-вывода, а NVIDIA — за G-Die с графикой Blackwell.

Оба кристалла объединены в одном корпусе с помощью передовой технологии корпусировки 2.5D. Для обмена данными они используют когерентный межкристальный интерфейс C2C с пропускной способностью 600 ГБ/с. По результатам анализа, суммарные размеры двух кристаллов составляют 12,91 × 29,55 мм, что соответствует площади около 381,5 мм². Из них CPU-кристалл занимает 12,91 × 16,10 мм, а GPU-кристалл — 12,91 × 13,45 мм.

Для GB10 NVIDIA выбрала более современное поколение техпроцесса, чем для других графических процессоров Blackwell, которые TSMC выпускает по адаптированным нормам 4N и 4NP, относящимся к 5-нм классу.

Любопытно, что переход на более тонкий техпроцесс не обязательно сокращает площадь функциональных блоков. По данным SemiAnalysis, некоторые блоки графики Blackwell в GB10 занимают даже больше места, чем в других GPU того же семейства. Например, графический кластер GPC с двенадцатью SM оказался на 12,5 % крупнее, текстурный кластер TPC — на 16,7 %, а отдельный SM — на 13,5 %.

Почему так произошло, пока неизвестно. Возможно, NVIDIA изменила физическую компоновку блоков, чтобы повысить выход годных кристаллов или добиться более высоких тактовых частот. Нельзя исключать и архитектурные различия: GB10 использует версию SM 12.1, тогда как другие GPU Blackwell основаны на SM 10.0 или 10.3. Таким образом, при переходе на 3-нм техпроцесс NVIDIA, по всей видимости, переработала физическую реализацию графической архитектуры, а не просто уменьшила её размеры.

Ещё одно отличие ноутбучной платформы RTX Spark — выделенный нейропроцессор NVIDIA NPU с производительностью 55 TOPS. Он должен ускорять функции ИИ в Windows независимо от GPU. В прежних спецификациях DGX Spark компания не выделяла NPU как отдельный компонент.

Если тензорные ядра Blackwell рассчитаны прежде всего на ресурсоёмкие вычисления ИИ, то NPU может эффективнее справляться с менее сложными задачами, расходуя меньше энергии.

RTX Spark работает под управлением Windows 11 для ARM. Главное отличие от привычных компьютеров с процессорами AMD и Intel заключается в архитектуре набора команд. Приложения, скомпилированные для ARM64, выполняются непосредственно на процессорных ядрах, а программы для x86 и x64 требуют эмуляции.

За это отвечает Prism — эмулятор, который Microsoft представила в Windows 11 24H2. Он переводит машинные инструкции x86 в ARM64 с помощью динамической JIT-компиляции. Преобразованные участки кода Prism сохраняет в кэше, поэтому при повторном запуске их не всегда приходится переводить заново.

Изначально Microsoft оптимизировала Prism прежде всего для процессоров Qualcomm Snapdragon X. В сотрудничестве с NVIDIA компания адаптировала эмулятор и к микроархитектуре RTX Spark, а также расширила поддержку инструкций x86. В частности, Prism поддерживает AVX, AVX2, FMA и BMI, которые используют многие игры и вычислительные приложения.

Расширенный набор инструкций доступен прежде всего при эмуляции 64-разрядных программ. Однако преобразование машинного кода по-прежнему требует дополнительных ресурсов, а накладные расходы зависят от приложения. Сильнее всего они могут сказаться на программах, активно нагружающих CPU. Если основную часть вычислений выполняет GPU, влияние эмуляции обычно меньше.

Подробнее о работе Prism мы расскажем далее в обзоре.

Однако совместимость программного обеспечения остаётся одним из главных ограничений Windows on ARM. Prism эмулирует только приложения и код, работающие в пользовательском режиме. Драйверы уровня ядра должны иметь нативные версии для ARM64. Поэтому старые драйверы оборудования, некоторые системные утилиты и античит-системы могут не работать.

Чтобы устранить эти ограничения, Microsoft и NVIDIA сотрудничают с разработчиками программ и игр. Платформа уже поддерживает античит-системы Easy Anti-Cheat и BattlEye, хотя совместимость по-прежнему зависит от конкретной игры. Riot Games также объявила о планах выпустить League of Legends и VALORANT для RTX Spark. Тем не менее говорить о полной совместимости со всеми играми для Windows пока рано.

Для встроенной графики Blackwell NVIDIA подготовила нативные драйверы ARM64 с поддержкой DirectX 12, Vulkan и OpenGL. Поэтому Prism переводит прежде всего программный код, который выполняет CPU, а графические вычисления GPU обрабатывает без эмуляции x86.

Тем не менее дополнительные расходы на эмуляцию могут снижать частоту кадров и увеличивать время их рендеринга, особенно в играх, где производительность ограничивает процессор. Поэтому нативные версии для ARM64 остаются предпочтительным вариантом.

Microsoft также предлагает промежуточное решение — ARM64EC. С его помощью разработчики могут постепенно переносить приложения на ARM, перекомпилируя отдельные компоненты. При этом оставшийся код x64 продолжает работать через эмулятор в рамках того же процесса.

Таким образом, успех RTX Spark зависит не только от аппаратной производительности, но и от совместимости программного обеспечения. Именно она во многом определит, насколько уверенно новая платформа сможет конкурировать с привычными системами x86.

С похожими трудностями столкнулась и Qualcomm при выпуске Snapdragon X, особенно на раннем этапе. Теперь NVIDIA может воспользоваться уже проделанной работой. По слухам, за последние два-три года Microsoft и NVIDIA значительно расширили сотрудничество, причём NVIDIA якобы участвовала в разработке Windows гораздо теснее, чем когда-либо Qualcomm.