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SemiAnalysis · 第二层芯片系统 · AI 加速器 · TPUv7 Ironwood 首次外部推理实测

大部分曲线上它都跑不过

2026 年 9 月 7 日,SemiAnalysis 发出《TPU Inference Externalization Full Steam Ahead》,由 Alec Ibarra、Cam Quilici、Bryan Shan、Wenyao Gao、Daniel Nishball、Zane Fong、Dylan Patel 联合署名。这是十年来第一份第三方机构对谷歌 TPU 做的推理实测——用公开权重模型、跑在通用推理引擎上,与英伟达 B200/B300 做同口径对比。
头条数字是:在交互速度 100 tokens/s/用户这一点上,Ironwood(TPUv7)每百万 token 成本约 $0.181,B200 为 $0.222、B300 为 $0.276;报告给出的口径是「每美元性能最高好 50%」。
可是往下翻一页,报告自己写着一句话:「在原始性能曲线的大部分区间上,TPU 并不优于英伟达 GPU。」
两句话都是真的。因为省下来的钱不在芯片里,在每小时的账单里:这份测试给 TPU 用的机时成本是 $1.21/芯片·小时(外部买家口径),而 B200 是 $1.73、B300 是 $2.26。本篇要讲清九件事:这次到底测了什么、为什么说它是「第一次」;三条成本曲线各自在说什么;为什么赢的是账单而不是芯片;谷歌自己那本账($1.03)和卖给你那本账($1.21)之间差出的四倍结论;便宜的代价是首 token 多等一倍;把口径换成双方各自的最优服务模式,结论会反过来——GB300 反超约 30%;软件换栈(TorchAX → TorchTPU)为什么才是真正的胜负手;Ironwood 这颗芯片和它的网络长什么样;以及「形状税」——为什么 TPU 会挑模型。
作者 Alec Ibarra、Cam Quilici、Bryan Shan、Wenyao Gao、Daniel Nishball、Zane Fong、Dylan Patel 日期 2026 年 9 月 7 日 来源 SemiAnalysis(付费订阅内容)
读这篇之前,先把六个词对齐

TPU 是谷歌自己设计的 AI 芯片。从搜索、广告、YouTube 到每一代 Gemini,都跑在它上面。十年来行业对它的争论集中在一个问题:离开谷歌自己的软件栈和自己的工作负载,它还剩多少优势?这份报告就是在回答这个问题。
交互速度(tokens/s/user)是这篇的横轴。它指的是「单个用户每秒能看到多少个字」。同一块硬件,你可以让它同时服务很多人(每人慢一点、总吞吐高),也可以让它专心服务少数人(每人快、总吞吐低)。所以比较推理硬件不能只报一个数字,必须报一条曲线。
TCO(总拥有成本)决定另一个轴。每百万 token 的成本 = 机时单价 ÷ 每小时产出的 token 数。分子是账单,分母是性能。本篇的全部张力都在这个分式里。
聚合服务分离式服务是两种部署方式。前者把「读入提示词」和「逐字生成」放在同一批芯片上;后者把两件事拆到两个池子里分别调优。谷歌内部早就在用分离式,但外部版本还没做好——这一点决定了本篇第 06 节那个反转。
vLLMSGLang 是两个开源推理引擎。它们是今天跑大模型服务的事实标准。本次测试中 TPU 侧用 vLLM,英伟达侧用 SGLang
口径说明:本次测试的模型是 Qwen3.5 397B,FP8 精度,8K 输入/1K 输出,未启用 MTP。报告明确说明 Ironwood 没有原生 FP4,所以在 FP4 上英伟达仍然领先;FP8 对 FP8 才是无质量损失的同口径比较。凡本站自行计算、验算、推算或比对之处,均已逐处标注——报告原文没有给出的结论,本站不会伪装成报告的结论。

01

为什么说这是「第一次」

不是第一次有人夸 TPU,而是第一次有外人能把它跑起来并测出数

谷歌用 TPU 做自己的事,已经做了十几年。但外部客户能不能拿到同样的效果,一直没有可验证的答案,原因不在硬件,在软件:想在 TPU 上跑一个开源模型,过去要穿过一层框架翻译(下文第 07 节展开),而这条路的性能和稳定性都不理想。

报告给出的判断是:Ironwood 是第一代「谷歌拿着它去争抢别人的推理工作负载」的 TPU——它可以被直接买下,也可以通过谷歌云租用。而与之配套的新软件栈(TorchTPU)预计在 10 月中旬的 PyTorch 大会前后开源,目前仍处于私有测试阶段。

报告同时给出一条需求侧的背景:Anthropic 是 TPU 最大的外部用户,此前已承诺超过 100 万颗 TPU(其中约 40 万颗以上为直接采购、60 万颗以上通过谷歌云租用),主要用于训练、也用于推理;报告并称按其模型推算,Anthropic 将在 2029 年成为 TPU 的最大用户,超过谷歌 DeepMind 自身的用量

本站提示:一份「第三方实测」的价值和它的边界

价值:此前关于 TPU 性价比的讨论,几乎全部基于谷歌自己公布的数字或第三方的纸面推算。这次是把公开权重模型放进通用引擎、按同一套负载跑出来的可对照数据
边界,本站认为有三条要记住
这是官方预览(Official Preview)——报告明确致谢了谷歌的十余位工程师以及 Inferact、RedHat、RadixArk 等团队,说明测试是在厂商深度参与下完成的;
两侧用了不同的引擎(TPU 用 vLLM、GPU 用 SGLang),虽然都是主流方案,但不是同一套代码;
成本侧用的是 SemiAnalysis 自家的 TCO 模型,不是买家实际支付的价格。整篇结论对这组机时单价高度敏感——第 03、04 节会把这一点算给你看。

02

头条数字:三个点位,三种说法

同一次测试,报告给出了三组对比——它们的差距从 8% 到 130%

对比点位成本口径IronwoodB200B300TPU 优势
交互 100 tok/s/用户
每百万 token 成本
外部 TPU TCO$0.181$0.222$0.276低 19% / 34%
端到端中位 20 秒
每百万 token 成本
外部 TPU TCO$0.098$0.106$0.132低 8% / 25%
交互 20 tok/s/用户
单芯片总吞吐
9,364 tok/s8,9038,925高约 5%
同上,换算每美元外部 TPU TCO多 50.4% / 96.0%
并发 256内部 TPU TCO多 76.7% / 130.2%
据 SemiAnalysis 本报告「TPU is King on Performance per Dollar」及其后各节正文与图表(Cost per Million Total Tokens vs. Interactivity/vs. End-to-end Latency、Token Throughput per Accelerator vs. Interactivity,均标注 Source: SemiAnalysis InferenceX Preview)。「TPU 优势」两个数分别对应 vs B200 / vs B300。测试配置:Qwen3.5 397B · FP8 · 8K/1K · 无 MTP。仅供学习研究。

这张表本身就是本篇最该记住的东西:同一次测试,TPU 的优势可以被说成 8%,也可以被说成 130%——差了十六倍。区别只在于你站在曲线的哪个点上、用谁的成本表

报告没有回避这一点,它在给出 76.7%/130.2% 这组最大优势之后,紧接着写道:「前面讨论的 50% 到 96% 的优势,只适用于这个特定数据点,而不是每一个延迟目标。」

03

题眼:赢的不是芯片,是每小时的账单

把分子和分母拆开,这场胜负的来源一眼可见

TPUv7 谷歌内部口径
$1.03
TPUv7 外部买家口径
$1.21
B200
$1.73
B300
$2.26
据 SemiAnalysis 报告各成本曲线图的小字注("Hourly cost: TPU $1.21/chip · B200 $1.73/GPU · B300 $2.26/GPU",内部口径图为 TPU $1.03/chip)。单位为美元/每芯片(或每 GPU)·小时。条长按相对最大值($2.26)等比绘制,为本站绘制。仅供学习研究。
题眼:这句话就写在「便宜 50%」的隔壁

报告在给出性价比优势之后,紧接着写了一段定性:「在原始性能曲线的大部分区间上,TPU 并不优于英伟达 GPU。然而这个比较没有考虑 TPU 更低的 TCO。TPU 的买家主要关心的是他们能赚多少钱,也就是每美元性能和每瓦性能。」
本站把这件事算成一句话:每百万 token 成本 = 机时单价 ÷ 每小时 token 产出。在交互 20 tok/s/用户这个点上,TPU 的吞吐只比 B200 高约 5%,但机时单价低 30%($1.21 vs $1.73,本站计算)。5% 来自芯片,30% 来自账单——把两者相乘,才凑出报告里那个「每美元多产出 50.4%」。
本站验算:1.05(吞吐比)× 1.43(成本倒数比,$1.73 ÷ $1.21)= 1.50,即多 50%,与报告的 50.4% 吻合。对 B300:1.049 × 1.868($2.26 ÷ $1.21)= 1.96,即多 96%,与报告的 96.0% 吻合。
两条都能对上,说明这个分解是准确的:这场胜利里,约九成来自成本侧,约一成来自性能侧。

那么这个成本优势本身从哪来?报告给出的是协同设计(co-design)这个解释:谷歌不追求单芯片的最高性能,而是把计算裸片、芯片间互连、编译器当作一个系统一起设计,从而能把计算与通信作为整体去优化。

落到物料账上,报告给出两条结论:按单节点服务器成本计,TPUv7 不到 Blackwell 级机架式系统的一半按每瓦资本开支计,它低于任何一种 Blackwell 或 GB 配置

04

两本账:谷歌自己用 $1.03,卖给你 $1.21

同一份性能数据,换一本成本表,结论差出四倍

TPUv7 内部 TCO 拆解(每芯片·小时)金额占比
资本成本(Capital Cost per Unit, per Hour)$0.6866.5%
运营成本(Operating Cost per Unit, per Hour)$0.3433.5%
合计$1.02100%
据 SemiAnalysis AI TCO Model 的「TPU v7 - 2D Torus - Internal / Hyperscaler」一栏(报告第 39 页表)。⚠ 该表合计为 $1.02,而报告正文与图表小字使用 $1.03,差异应来自取整,本篇两处均按原文引用。集群资本开支明细在报告中以黑块遮挡(付费模型内容),本站不作推测。仅供学习研究。

这两本账的差距是 17.5%($1.21 ÷ $1.03 − 1,本站计算)。听起来不大,但它把结论放大了很多倍:

  • 用外部账($1.21):在交互 100 tok/s/用户上,TPU 比 B200 便宜 19%、比 B300 便宜 34%
  • 用内部账($1.03):在并发 256 上,每美元性能优势变成比 B200 高 76.7%、比 B300 高 130.2%

本站提示:这两组数不是同一个点位(一个按交互速度、一个按并发数),所以不能直接相减来归因给成本表。但方向是清楚的——内部账让每一条曲线整体往下平移约 15%,而在曲线密集处,15% 的成本差会被放大成很大的排名差。

本站提示:读任何加速器对比时,先问「这是谁的成本」

「内部 TCO」是拥有并运营这批芯片的超大规模厂商的成本——它不含卖方毛利,也不含云服务的运营加成。「外部 TCO」是一个实验室/企业去买或租这批芯片要付的钱。
这个区别在英伟达那侧同样存在:报告给出的 B200 $1.73、B300 $2.26 也是「拥有方超大规模厂商」口径——报告原文说 TPUv7 的每芯片·小时 TCO「远低于 B200 或 B300 的拥有方超大规模厂商成本」。所以这组比较在成本侧是对齐的:两边都是「自己买、自己运营」的口径,只有 TPU 那侧额外给了一个外部买家版本。
本站认为这点很重要:它意味着表里那个 $1.21 vs $1.73 的对比,其实是「外部买 TPU」对「自己拥有 B200」——对一个同样要外购 GPU 的第三方买家来说,GPU 侧的实际付出会更高,TPU 的相对优势可能比表面数字更大。但报告没有给出外部买家的 GPU 报价,所以这层只能定性,不能定量。

05

便宜的代价:首 token 要多等一倍

那个 130% 的最大优势,对应的是最差的响应体验

B300 并发 256 平均 TTFT
2.40 秒
B200 并发 256 平均 TTFT
3.75 秒
TPUv7 并发 256 平均 TTFT
5.41 秒
据 SemiAnalysis 报告正文("at concurrency 256, TPU mean TTFT is 5.41 seconds, compared with 3.75 seconds on B200 and 2.40 seconds on B300")。TTFT = Time To First Token,首 token 等待时间。条长按相对最大值(5.41 秒)等比绘制,为本站绘制。仅供学习研究。

这是本篇第二个需要并排读的地方。在并发 256 这个点上,TPU 拿到了全篇最大的性价比优势(内部账口径下比 B300 高 130.2%);而在同一个点上,它的首 token 等待时间是 B300 的 2.25 倍(5.41 ÷ 2.40,本站计算)。

这不是缺陷,是选择:把更多请求塞进同一批芯片,单位成本就低,但每个用户要排更久的队。报告自己的措辞是「这些高并发结果带有延迟上的取舍」。

本站提示:什么场景吃得下 5.41 秒,什么场景吃不下

吃得下的:批量文档处理、离线数据标注、代码库级别的分析、夜间跑的智能体任务——这些场景用户不盯着屏幕,等 5 秒还是 2 秒没有区别,单位成本才是唯一指标
吃不下的:对话式产品、实时语音、IDE 里的代码补全——首 token 慢一秒,用户就能感觉到。
本站认为这正是本篇最实用的一条:如果你的业务是前一类,这份报告里 TPU 的优势是可以直接兑现的;如果是后一类,你得回到第 02 节那张表的第二行(端到端中位 20 秒),那里 TPU 的优势只剩 8%
报告还诚实地补了一句:在中位响应时间约 30 秒附近的一小段曲线上,B200 反而领先;TPU 在更长的响应时间上重新拿回成本优势。

06

换成各自的最优部署,结论反过来

GB300 NVL72 用分离式服务,TPUv7 只能用聚合服务——中段差约 30%

前面所有对比都是同口径的:双方都用聚合服务。但这对英伟达并不公平,因为 GB300 NVL72 这类机架级系统的强项恰恰是分离式服务

报告把这个对比单独起了一节,标题直白地叫「拿苹果比香蕉」(Apples to Bananas):

  • 谷歌内部已经用分离式服务跑了很多年,而且优化得很深;
  • 但外部 TPU 服务栈还没有完全优化的分离式路径
  • 所以今天在分离式对分离式的比较中,GB200/GB300 NVL72 在每美元性能上更有竞争力

即便让 TPUv7 用聚合服务去对 GB300 NVL72 的分离式服务(并且给 TPU 用内部成本口径),结论是:在低延迟段和高延迟段 TPU 仍有竞争力,但在中段,GB300 有约 30% 的每美元性能优势

本站提示:这一节推翻了什么,又没推翻什么

没推翻的:在同口径(都用聚合服务、都用 FP8)的对比里,TPU 的性价比确实更好——这一点报告用完整的曲线给出了证据。
推翻的:「TPU 每美元性能比英伟达好 50%」这个说法,不能被当成两种平台各自最优状态下的结论。今天真实的部署里,英伟达侧可以用分离式服务,TPU 的外部栈还不行。
报告自己的预期是「几个月内追上」——它说随着谷歌、Inferact、RadixArk 与 SemiAnalysis 落地优化,差距会在数月内收窄,并会另发一篇 TPUv7 分离式对 GB200/GB300 分离式的文章。报告还提出了一个硬件层面的理由:TPUv7 的机柜可以通过低延迟 ICI 互连扩展到 1,000 颗以上芯片,从而支持 NVL72 做不到的超大模型分离式与超宽专家并行。
本站提醒:这是一个待验证的预期,不是已实现的结果。在那篇后续文章出来之前,「TPU 便宜 50%」这句话应该带上「在聚合服务同口径下」这个限定语一起引用。

07

真正的胜负手是软件:从翻译层到原生后端

vLLM 上 TPU 支持的三个阶段,以及为什么第三个阶段才算数

第一阶段 · PyTorch/XLA

最早的 TPU 原型

采用惰性执行模型:把操作收集成计算图交给 XLA 编译,而不是逐个立即执行 PyTorch 操作。

第二阶段 · tpu-inference(当前公开版)

TorchAX 翻译层

有 TPU 优化过的 JAX 实现就用它,没有的话由 TorchAX 把 PyTorch 模型翻译成 JAX 能执行的操作。开发者写 PyTorch,JAX 在 TPU 上执行。报告称,正是这些翻译层带来了大量问题。

第三阶段 · TorchTPU(即将开源)

TPU 成为 PyTorch 的原生设备

利用 PyTorch 的 PrivateUse1 扩展点,让 device="tpu" 上的张量就是普通的 torch.Tensor,而不是包着 JAX 数组的壳。可以 eager 模式调试,也可以走 torch.compile 编译。编译路径仍由 XLA 承担(不是 Inductor/Triton),高性能算子仍用 TPU 专用的 Pallas 实现。

据 SemiAnalysis 报告「Inference Serving with the New Native, First-Class TorchTPU Backend vs. the Previous TorchAX Stack」整节(含其 SemiAnalysis/vLLM、SemiAnalysis/PyTorch/Google 架构图)。SGLang 侧当前公开方案为 SGLang-JAX,谷歌与 RadixArk 已宣布 SGL-torchtpu 作为 PyTorch 原生后端。仅供学习研究。

为什么这件事比任何一个基准数字都重要?因为它决定了「一个新模型出来,多久能在 TPU 上跑得好」。

报告说得很直接:今天 vLLM 和 SGLang 的 day-0 支持集中在英伟达,对 AMD 是「勉强可用」的 day-0 覆盖。而一旦 TorchTPU 足够稳定,这两个引擎的维护者有可能把 TPU 也加进 day-0 名单——那才是外部化真正完成的标志。

报告对谷歌能不能做成这件事,给出了一个带对比的判断:与「仍在学习如何建立测试优先的软件文化」的 AMD 不同,谷歌有数十年的软件工程经验和极为成熟的质量驱动文化,因此预计外部 TPU 软件会快速成熟

路线图上的下一批模型是 Kimi K3、GLM5.3,以及谷歌自己的开源权重模型 Gemma4

优化不是玄学:报告列出的几个代表性改动与其收益

报告用了近十页篇幅列举这次 bring-up 的具体优化,本站挑出最有代表性的几条(均为报告披露的实测数字):
① 合并通信:把专家 ID 与路由权重的两次 all-gather 合成一次,DeepSeek-V3 每层省约 80 微秒;该模型有 58 层需要这个操作,合计每次前向省约 4.64 毫秒
② 把集合通信搬到 SparseCore:配合双缓冲重叠传输,8K/1K 负载在并发 64–512 区间吞吐提升 4.1%–14.2%(并发 256 时 +8.5%),1K/8K 负载并发 512 时 +26.1%
③ 循环状态紧凑分配:回收约 76 GiB HBM,注意力块池扩大 71%,1K/8K 并发 64 的输出吞吐 +18%
④ KV 缓存改用序列占通道(sequence-on-lane)布局:可用 KV 页从 5,141 翻到 10,283;代价是低并发下每 token 延迟约 +3%,但并发 128 时吞吐 +16.5%、中位 TTFT 降低 95%
⑤ 拆开取数块与计算块的大小:解码吞吐从 64.9k 提到 96.3k tokens/秒(+49%),四次运行可复现。
本站提示:这些数字有两个含义。正面——外部栈还很年轻,剩余优化空间大,报告的「性能还会继续提升」不是空话。反面——这些收益都是人肉工程堆出来的,报告自己说这次 bring-up 花了「数百工程小时和大量 PR」,而且只针对一个模型。要覆盖行业里全部常用模型,工作量是线性叠加的。

08

Ironwood 这颗芯片:两个 die、四个 SparseCore、第一次原生 FP8

硬件侧的三处关键变化,都直接对应上面的性能数字

告别 MegaCore

TPU v4/v5p 时代把两个物理核心融合成一个共享内存空间的逻辑加速器(MegaCore)。Ironwood 改成两个独立的计算 die,各自是一个独立逻辑设备,靠高带宽 die-to-die 链路相连而非统一内存。JAX 等框架现在把一颗芯片暴露成两个设备

2 个 TensorCore + 4 个 SparseCore

每颗 Ironwood 芯片含 2 个 TensorCore 与 4 个第三代 SparseCore。SparseCore 专门加速嵌入查表等稀疏与不规则操作——而本次多项优化的核心手法,正是把数据搬运类的工作从 TensorCore 卸载到 SparseCore,腾出矩阵单元去算矩阵。

HBM 约为上一代 6 倍 · 首次原生 FP8

每颗芯片的 HBM 容量约为 Trillium 的 6 倍——直接决定 KV 缓存的余量与可用批大小。Ironwood 也是第一代硬件原生支持 FP8 的 TPU(此前各代靠软件模拟)。但它没有原生 FP4——这是本篇所有对比都只做 FP8 对 FP8 的原因。

据 SemiAnalysis 报告「The Ironwood Chip」一节(含其引用的 Google 官方示意图)。仅供学习研究。
FP4 这条线,是本篇最重要的一个「时间差」

今天的情况:英伟达 GPU 在 FP4 上仍然领先,因为 Ironwood 没有原生 FP4 算力。报告同时指出,在英伟达侧用 FP4 服务模型,相对 FP8 会有质量损失——所以 FP8 对 FP8 才是「无质量差异」的公平比较。
报告给出的转折点:谷歌的 TPUv8i 具备原生 FP4 加速。报告因此表态「强烈相信 TPUv8i(Boardfly)将能与 Rubin NVL72 竞争」,并称届时会做 FP4 对 FP4 的对比。
本站提示:这句话把整场竞争的时间轴讲清楚了——Ironwood 这一代是在英伟达的上一代(Blackwell/Blackwell Ultra)身上取得优势,而下一代的对手是 Rubin。评估这条线时,应该盯的是 TPUv8i 与 Rubin 的上市节奏,而不是把今天的 50% 直接外推。

09

形状税:为什么 TPU 会挑模型

一个 256×256 的矩阵单元,让模型的超参数变成了硬件账单

TPU 的矩阵乘法单元(MXU)是一个脉动阵列:权重装进阵列后保持不动,激活值从边缘流入,部分和在格子间逐级累加,结果从另一侧流出,整个过程中间不碰内存。

关键变化是阵列尺寸:TPU v5 及以前是 128×128,每周期 16,384 次乘加;从 v6e 开始到 Ironwood,阵列翻倍到 256×256,每周期 65,536 次乘加,单周期 FLOPs 是上一代的 4 倍

但更大的阵列只有填满才划算。矩阵的维度必须补齐到阵列边长(老一代 128、v6e 与 v7 是 256),XLA 编译器会老老实实地把更小的轴补零——每一个补出来的格子仍然占用一个乘加单元,只是在乘零

head dim 256(对齐)
100%
head dim 128 · Llama 3 8B
上限 50%
head dim 64 · gpt-oss
上限 25%
据 SemiAnalysis 报告「The MXU and Why Shapes Matter」与「TPUs Are Picky」两节:报告明确举例,Llama 3 8B 的注意力头维度为 128,恰为 Ironwood 256×256 MXU 边长的一半,使其两次注意力矩阵乘的 MXU 利用率上限为 50%(报告注明是 50% 而非 75%,因为只有头维度是 128);头维度 64 则按同样算术被压到 25%,报告点名 gpt-oss 即为 64。「head dim 256(对齐)」一行为本站为对照而设的基准,非报告给出的实测值。仅供学习研究。

报告还举了第三个例子:DeepSeek 的 MLA 把查询/键维度拆成 128 加 64、合计 192——对任何 2 的幂次阵列都不好看,对更宽的阵列尤其难受。

而在 GPU 上,这笔税几乎不存在。报告的对照是:GPU 的矩阵核心吃的是小块(tile),所以各种头维度、专家宽度、分片后的 KV 头数都能接近峰值;在 H100 或 B200 上把维度从 128 改成 64,几乎不付代价,还换来一个更便宜的注意力层

本站提示:这条约束的真正后果,是「哪些模型会被先支持」

报告给出的推论比技术本身更值得记住:一个模型在 TPU 上的 bring-up 成本差异极大,而且与它有多流行几乎不相关。
形状对齐的模型,只需要调度、服务和调优工作,按周计;与瓦片几何打架的模型,则需要先写新的内核才能达到平手,更别说赢在性价比上。
报告的结论是:内核工程师是有限的,所以把外部化的顺序排向「硬件不是一开始就落后一圈」的模型,是理性的做法——它预计任何处在同样位置的加速器厂商都会这么干。
本站解读:这解释了为什么这次的首发模型是 Qwen3.5,而不是更知名的某个模型。读者在评估「TPU 能不能承接我的工作负载」时,第一件该做的事不是看基准分数,而是看自己的模型形状和 TPU 的瓦片几何合不合
另一层含义:模型架构师在选头维度、专家宽度这些超参数时,正在无意中决定这个模型未来能在哪些硬件上跑得划算。这是一条从硬件反向传导到模型设计的约束。

10

网络:从 3D 环面到 Boardfly

TPU 规模化的老本行,以及下一代为推理单独设计的新拓扑

世代拓扑每芯片邻居规模上限 / 关键参数
TPU v2 / v32D 环面4
TPU v4 / v5p3D 环面6v5p 最多 8,960 颗芯片
TPUv7 Ironwood3D 环面(沿用)6基本单元 4×4×4=64 颗/机架;全超级机柜 9,216 颗,聚合算力 42.5 FP8 exaflops
TPUv8t(训练)3D 环面(延续)6为 scale-up 保留环面血统
TPUv8i(推理)Boardfly 高基数交换网络直径较同规模 3D 环面减少一半以上(1,024–1,152 颗规模下约 16 跳 → 约 7 跳);ICI 带宽 19.2 Tb/s(翻倍);片上 SRAM 384 MB(3 倍)
据 SemiAnalysis 报告「Torus Topology」与「Looking Ahead: TPUv8i's Boardfly Network」两节(含其引用的 Google 官方示意图)。Boardfly 之名取自超级计算领域常用的 dragonfly 类高基数网络设计。仅供学习研究。

环面拓扑与普通网格的差别在「绕回」链路:把一条线的两端接起来成环,最坏情况下的跳数就从 N 降到 N/2。报告用了一个很形象的比喻——这正是让吃豆人的迷宫感觉比实际更小的那个把戏。谷歌还在此基础上做了「扭曲环面」(twisted torus),用类似莫比乌斯带的绕回方式进一步压低平均跳数。

要超出单个 4×4×4 立方体,谷歌用光交换机(OCS把多个立方体缝合起来,并在更大的可重构拓扑上保持绕回特性。OCS 的运维价值在于:链路或芯片故障时,可以用反射镜在几秒内把网络物理重连绕过去,而不必派技术员进机房重接铜缆。

这套设计当年是革命性的:在 NVL72 机架出现之前,装不进单个 8 卡节点的模型只能用流水线并行,因为跨节点的 InfiniBand 太慢。而在 TPU 机柜上,ICI 环面给了整个 pod 范围内的 NVLink 级带宽,DeepSeek-V3 规模的模型可以直接用张量并行 + 专家并行 + 数据并行铺满整个 pod,不必把层切到不同流水线级。

报告还预告了一个反直觉的结果:虽然 TPU 环面的跳数比单跳 NVLink 交换设计更多,但其即将发布的 CollectiveX/NetworkingX 结果显示,在许多情况下,对于小的专家并行消息,TPU 环面的延迟反而低于单跳 NVSwitch

11

还没做的四件事

报告自己列的路线图——也是今天这组数字的上限说明

投机解码(MTP)

用一个便宜的小模型先猜几个 token,主模型一次前向把它们全部验证,猜错的丢掉——结果与主模型单独生成完全一致,无质量损失。之所以有效,是因为解码阶段瓶颈在带宽而非算力:为了吐一个字就要把整个模型权重从 HBM 里读一遍,而验证一个还是五个 token,这笔读取的开销几乎不变本次测试未启用 MTP。

预填充—解码分离(PD 分离)

把「读入提示词」和「逐字生成」拆到两个独立的 TPU 池,各自按负载调优与扩缩。谷歌为 Gemini 服务内部跑这套已经很久,但外部化工作几个月前才开始——包括 llm-d 的 TPU 支持,以及开源 TPU-Sync(原名 TPU-raiden)这个分离式 KV 缓存传输库。报告判断:一旦 PD 分离到位,TPUv7 可以成为 GB200/GB300 的有力竞争者,甚至在每美元性能上胜出

KV 缓存卸载与池化

大模型与中大批量场景下,HBM 装不下所有用户的 KV 缓存。TPU-Sync 原生支持把 KV 缓存卸载到 DRAM,并接入业界的 Mooncake Store 卸载库及其 DRAM P2P 池化能力——把每台主机的 KV 存储聚合成一个逻辑内存池,任一服务器上的 TPU 都能读到其他服务器的 KV 缓存。Mooncake Store 还能把多台服务器的 NVMe 池化成一个逻辑池。

智能体负载(AgentX)

报告定义了智能体负载的四个特征:多轮(一次会话几十上百轮)、长上下文(系统提示 + 工具定义 + 累积轮次)、高前缀复用(轮次线性推进,缓存命中率随轮数趋近 1)、子智能体突发(短生命周期子任务造成突发的缓存模式)。报告称已有许多谷歌 TPU 客户在问 AgentX 的成绩,团队正在把 TPU 接入这套评测。

据 SemiAnalysis 报告「Next Steps in Laying the TPU Foundation」整节(含 vLLM、DistServe、GitHub、Mooncake、DeepSeek 等来源的示意图)。仅供学习研究。
本站提示:把这四件事和第 02 节那张表放在一起

今天这组数字,是在「四件事一件都没做」的状态下测出来的。本次测试未启用 MTP、未使用分离式服务、未做 KV 卸载、未覆盖智能体负载——报告还特别说明,为了控制 bring-up 的范围,谷歌初期只聚焦在 8K/1K 这一种负载形状上
这同时是看多与看空两侧的论据。看多:剩余优化空间很大,报告明确预期「一旦双方都启用 MTP 与分离式服务,TPU 的每美元性能优势可以延续」。看空:今天的 50% 是在一个受限场景里取得的,而英伟达侧的 SGLang 栈是成熟的、被数万开发者打磨过的
报告自己的收尾是一句克制的话:「罗马不是 day 0 建成的,所以我们不该指望 TPU 的外部化立刻完成。但我们强烈相信,它正在以极快的速度发生。」

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本站解读:这份报告对产业链意味着什么

以下为本站推演,报告本身不讨论投资标的

需要先声明:SemiAnalysis 这篇文章是纯技术与成本分析,不给任何股票评级、不讨论标的。以下五条为本站结合报告数据的推演,不是报告的结论,也不构成投资建议。

  • 威胁的性质变了,但尚未变成份额。过去 TPU 对英伟达的威胁是「谷歌自己少买一点」,属于需求侧的减法;这篇报告描述的是谷歌开始拿 TPU 去争抢别人的推理工作负载——性质变成了供给侧的竞争。但报告也清楚写明,外部软件栈尚未开源、分离式服务尚未就绪,所以这个威胁今天还停在「可验证的可能性」阶段。
  • 真正的时间表锚点是 TPUv8i 对 Rubin,不是 Ironwood 对 Blackwell。报告自己把 FP4 这条线讲得很明白:Ironwood 缺原生 FP4,只能在 FP8 上比;下一代 TPUv8i 补上 FP4 后,对手就换成 Rubin NVL72。拿今天的 50% 去推演明年的格局,会算错一代。
  • 受益最确定的一端是「推理成本下降」本身。无论最终是谁赢,报告给出的两组机时单价($1.03–$1.21 vs $1.73–$2.26)说明:推理侧出现了一个成本显著更低的可选项。对下游做应用、卖 token 的公司而言,这是毛利率的利好;对上游而言,它意味着单位算力的价格竞争会更激烈。
  • 软件生态是这场竞争里最难被资本开支买到的东西。本篇第 07 节那串优化清单,是「数百工程小时」堆出来的,而且只覆盖了一个模型。英伟达的护城河在这篇报告里体现得比在任何硬件参数表里都清楚:vLLM 与 SGLang 的 day-0 支持默认是给英伟达的。
  • 形状税会反向影响模型设计。第 09 节那条约束意味着,未来模型架构师在选头维度、专家宽度时,会开始考虑目标硬件的瓦片几何。这是一条新出现的、从硬件回传到模型层的产业约束,值得长期跟踪。
往后可复核的六个点(本站整理)

TorchTPU 是否如期在 10 月中旬前后开源,以及开源后 vLLM/SGLang 是否把 TPU 纳入 day-0 支持名单;
TPUv7 分离式对 GB200/GB300 分离式的后续文章——这是本篇第 06 节那个反转能否被推翻的直接检验;
启用 MTP(投机解码)与 PD 分离之后,TPU 的性价比优势是否如报告预期那样延续
智能体负载(AgentX)上的 TPU 成绩——报告说客户已经在问,但还没有数;
Kimi K3、GLM5.3、Gemma4 的 bring-up 速度,这是「加一个新模型是否真的变容易了」的检验;
TPUv8i 的实际上市节奏与 FP4 对 FP4 的对比结果

延伸阅读

本篇回答的是「TPU 跑得怎么样、便宜在哪」。这盘生意谷歌为什么要做、TPU 背后那条 ASIC 供应链归谁、以及英伟达自己那套推理成本账怎么算——下面三篇各接住一头。

  1. 01 120 亿的模型生意,换 2,000 亿的卖铲生意:SemiAnalysis 说谷歌已经算清了这笔账 本篇的商业动机版——谷歌为什么要把 TPU 卖给外人 本篇讲的是技术上能不能卖,那一篇讲的是商业上为什么要卖:谷歌为何宁愿让别人用 TPU 跑竞品模型,也要把这条云生意做大。两篇合读,才明白这轮外部化不是技术团队的兴趣,而是一笔算过账的战略。
  2. 02 新来的四个名字,没有一家坐在中间:摩根大通拆开博通四天跌掉 13% 的那场恐慌 TPU 上游——这颗芯片是谁帮着设计和流片的 Ironwood 跑得多好,最终要落到谁在这条 ASIC 供应链上收钱。那一篇拆的正是定制芯片这一格的竞争格局与客户结构。本篇的性价比数字若被市场接受,压力和红利会同时传导到那条链上。
  3. 03 10 倍是拿去年的对手比的:SemiAnalysis 重算 Vera Rubin 的推理账 对手那一侧的同一本账——而且是同一家机构算的 本篇第 08 节说 TPUv8i 的真正对手是 Rubin,那一篇正是把英伟达下一代的推理 TCO 拆开算了一遍,并指出「10 倍」这类宣称的比较基准问题。两篇用的是同一套 TCO 方法论,放在一起看才对得上口径。

三篇加本篇共同回答一个问题:同一个 token,用谁的硅、谁的软件、谁的电费去生成,最后成本差多少。

题眼——赢的是账单不是芯片:报告原文「在原始性能曲线的大部分区间上,TPU 并不优于英伟达 GPU」,就写在「每美元性能好 50%」的隔壁 · 机时单价 TPU $1.21/芯片·时(外部)· $1.03(内部)· B200 $1.73 · B300 $2.26 · 本站验算:1.05(吞吐比)× 1.43($1.73÷$1.21)= 1.50 ≈ 报告的 50.4%;1.049 × 1.868($2.26÷$1.21)= 1.96 ≈ 报告的 96.0% ⇒ 约九成优势来自成本侧、约一成来自性能侧 同一次测试,优势从 8% 到 130%:交互 100 tok/s/用户 每百万 token $0.181 / $0.222 / $0.276(低 19%/34%)· 端到端中位 20 秒 $0.098 / $0.106 / $0.132(低 8%/25%)· 交互 20 tok/s/用户 单芯片吞吐 9,364 / 8,903 / 8,925(高约 5%),换算每美元多 50.4%/96.0% · 内部口径并发 256 多 76.7%/130.2% · 报告自注:50–96% 只适用于该特定数据点 便宜的代价:首 token 多等一倍:并发 256 平均 TTFT TPU 5.41 秒 vs B200 3.75 秒 vs B300 2.40 秒(本站计算:为 B300 的 2.25 倍)——正是拿到最大性价比优势的那个点 · 报告另注:中位响应约 30 秒附近 B200 反而领先,更长响应时间 TPU 再拿回优势 换口径结论反过来:谷歌内部跑分离式服务多年且优化很深,但外部 TPU 栈还没有完全优化的分离式路径 ⇒ 今天 disagg 对 disagg,GB200/GB300 NVL72 在每美元性能上更有竞争力;即便让 TPUv7 聚合服务对 GB300 分离式(且给 TPU 内部成本),中段 GB300 仍有约 30% 优势 · 报告预期数月内收窄并另发后续;硬件理由=TPUv7 pod 可经低延迟 ICI 扩到 1,000+ 芯片,支持 NVL72 做不到的超宽 EP 软件才是胜负手:vLLM 的 TPU 支持三阶段 PyTorch/XLA → TorchAX 翻译层(当前公开,报告称翻译层带来大量问题)→ TorchTPU 原生后端(PrivateUse1,device="tpu",编译仍走 XLA 非 Inductor/Triton,内核仍用 Pallas)· 约 10 月中旬 PyTorch 大会前后开源,现为私有测试 · 目标是进 vLLM/SGLang 的 day-0 名单(今天 day-0 只给英伟达,AMD 勉强可用)· 下一批模型 Kimi K3、GLM5.3、Gemma4 优化实测收益(报告披露):合并 all-gather 省约 80µs/层,DeepSeek-V3 58 层合计约 4.64ms/前向 · 集合通信搬到 SparseCore + 双缓冲:8K/1K 并发 64–512 吞吐 +4.1%~14.2%(256 时 +8.5%),1K/8K 并发 512 +26.1% · 循环状态紧凑分配回收约 76 GiB HBM、块池 +71%、输出吞吐 +18% · KV 改序列占通道布局:可用页 5,141→10,283,并发 128 吞吐 +16.5%、中位 TTFT −95% · 取数块与计算块拆分:解码 64.9k→96.3k tok/s(+49%) · 报告称本次 bring-up 花费数百工程小时,且只针对一个模型 Ironwood 硬件三变:告别 MegaCore,改为两个独立计算 die(框架暴露为每芯片两个设备)· 每芯片 2 TensorCore + 4 个三代 SparseCore · HBM 容量约为 Trillium 的 6 倍首代原生 FP8无原生 FP4(故全篇只做 FP8 对 FP8;报告指出 GPU 侧用 FP4 相对 FP8 有质量损失)· TPUv8i 具备原生 FP4,报告表态「强烈相信 TPUv8i Boardfly 将能与 Rubin NVL72 竞争」 形状税:TPU 挑模型:MXU 脉动阵列 v5 及以前 128×128(16,384 MAC/周期),v6e 起 256×256(65,536 MAC/周期,4× FLOPs);维度不足要补零,补出的格子照样占乘加单元 · Llama 3 8B head dim 128 ⇒ 注意力矩阵乘利用率上限 50%;gpt-oss head dim 64 ⇒ 25%;DeepSeek MLA 拆成 128+64=192,对任何 2 的幂阵列都难看 · GPU 几乎不付这笔税(吃小 tile,128 改 64 近乎免费)· 后果:bring-up 成本与模型流行度不相关,外部化顺序被迫按「形状对不对齐」排 网络:v2/v3 2D 环面(4 邻居)→ v4/v5p 起 3D 环面(6 邻居,v5p 最多 8,960 芯片)→ Ironwood 沿用 3D 环面,基本单元 4×4×4=64 颗/机架,全超级机柜 9,216 颗 / 42.5 FP8 exaflops,靠 OCS 光交换缝合并保持绕回(故障可用反射镜秒级绕过)· TPUv8 首次训推分家:8t 保留环面,8i 改用 Boardfly 高基数网络——1,024–1,152 芯片规模下网络直径 约 16 跳 → 约 7 跳,ICI 19.2 Tb/s(翻倍),片上 SRAM 384 MB(3 倍,专为把推理/智能体的 KV 缓存留在片上)· 报告预告:小 EP 消息上 TPU 环面延迟反低于单跳 NVSwitch 四件还没做的事=今天数字的上限说明:本次测试未启用 MTP、未用分离式服务、未做 KV 卸载、未覆盖智能体负载,且只聚焦 8K/1K 一种负载形状 · PD 分离外部化几个月前才启动(llm-d TPU 支持 + 开源 TPU-Sync,零拷贝走 PJRTBuffer 描述符);KV 卸载接 Mooncake Store 的 DRAM P2P 池化与 NVMe 池化 · 需求侧背景:Anthropic 承诺超 100 万颗 TPU(约 40 万+ 直购 + 60 万+ 经 GCP 租用),报告称其 2029 年将超过 DeepMind 成为最大 TPU 用户
本页为 AI 产业链地图·知识库基于 SemiAnalysis《TPU Inference Externalization Full Steam Ahead》(2026 年 9 月 7 日,作者 Alec Ibarra、Cam Quilici、Bryan Shan、Wenyao Gao、Daniel Nishball、Zane Fong、Dylan Patel)公开与正文部分的重制、编译与术语注释,含本站补充的背景、复算、比对、推算与解读(已逐处标注「本站补充/本站计算/本站验算/本站推算/本站提示/本站解读」)。非原报告全文翻译,亦不替代原报告。原始测试数据来源为 SemiAnalysis InferenceX Preview 与 SemiAnalysis AI TCO Model;硬件与拓扑示意图原始来源为 Google,软件架构图原始来源为 vLLM、SGLang、PyTorch、Inferact、RadixArk、DistServe、Mooncake 等。所有图表与数据均标注出处。据 SemiAnalysis · 仅供学习研究,不构成任何投资建议。