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          英偉達(dá)NVLink技術(shù)深度分析

          共 3527字,需瀏覽 8分鐘

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          2024-04-16 07:41

          NVIDIA NVLink已成為高性能計算(HPC)和人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。本文深入探討了NVLink的復(fù)雜性,并介紹NVSwitch芯片、NVLink服務(wù)器和NVLink交換機,以揭示其在不斷演進(jìn)的先進(jìn)計算領(lǐng)域中的重要性。

          關(guān)于CPU、服務(wù)器和存儲詳細(xì)技術(shù),請參考“服務(wù)器基礎(chǔ)知識全解(終極版)”,“2023年服務(wù)器計算機CPU行業(yè)報告”、“2023年機架式服務(wù)器行業(yè)洞察”、“2023~2025服務(wù)器CPU路線圖”、“2023服務(wù)器產(chǎn)業(yè)鏈及市場競爭格局”、“存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)全解(終極版)”、“更新下載:存儲系統(tǒng)基礎(chǔ)知識全解(終極版)”、“存儲芯片技術(shù)基礎(chǔ)知識介紹(2023)”等等。

          什么是NVIDIA NVLink

          NVLink是一種解決服務(wù)器內(nèi)GPU之間通信限制的協(xié)議。與傳統(tǒng)的PCIe交換機不同,NVLink帶寬有限,可以在服務(wù)器內(nèi)的GPU之間實現(xiàn)高速直接互連。第四代NVLink提供更高的帶寬,每條通道達(dá)到112Gbps,比PCIe Gen5通道速率快三倍。

          NVLink旨在為GPU直接互連提供簡化、高速、點對點的網(wǎng)絡(luò),相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)減少了開銷。通過在不同層次提供CUDA加速,NVLink減少了與通信相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)開銷。NVLink隨著GPU架構(gòu)的演進(jìn)不斷發(fā)展,從P100的NVLink1到H100的NVLink4,如圖所示。NVLink 1.0、NVLink 2.0、NVLink 3.0和NVLink 4.0之間的關(guān)鍵區(qū)別在于連接方式、帶寬和性能。

          NVSwitch芯片

          NVSwitch芯片是一種物理芯片,類似于交換機ASIC,可通過高速的NVLink接口連接多個GPU,提高服務(wù)器內(nèi)的通信和帶寬。第三代NVIDIA NVSwitch可支持以900 GB/s的速率互連每對GPU。

          NVSwitch3芯片具有64個NVLink4端口,提供總共12.8 Tbps的單向帶寬或3.2 TB/s的雙向帶寬。NVSwitch3芯片的獨特之處在于其集成了SHARP功能,對多個GPU單元的計算結(jié)果進(jìn)行聚合和更新,減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包并提高計算性能。

          NVLink服務(wù)器

          NVLink服務(wù)器采用NVLink和NVSwitch技術(shù)連接GPU,通常可在英偉達(dá)(NVIDIA)的DGX系列服務(wù)器或具有類似架構(gòu)的OEM HGX服務(wù)器中找到。這些服務(wù)器利用NVLink技術(shù),提供出色的GPU互聯(lián)性、可擴展性和高性能計算能力。2022年,英偉達(dá)(NVIDIA)宣布推出第四代NVIDIA? DGX?系統(tǒng),這是世界上首個采用新的NVIDIA DGX H100服務(wù)器構(gòu)建的AI平臺。

          因此,NVLink服務(wù)器在科學(xué)計算、人工智能、大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵領(lǐng)域已經(jīng)變得不可或缺。通過提供強大的計算能力和高效的數(shù)據(jù)處理,NVLink服務(wù)器不僅滿足了這些領(lǐng)域的嚴(yán)格要求,還推動了這些領(lǐng)域的進(jìn)步和創(chuàng)新。

          NVLink交換機

          2022年,英偉達(dá)(NVIDIA)將NVSwitch芯片獨立出來,并制作成NVLink交換機,用于連接主機之間的GPU設(shè)備。它采用了1U尺寸設(shè)計,具有32個OSFP端口;每個OSFP端口包含8個112G PAM4通道,每個交換機內(nèi)置2個NVSwitch3芯片。

          NVLink網(wǎng)絡(luò)

          NVSwitch物理交換機將多個NVLink GPU服務(wù)器連接成一個大型Fabric網(wǎng)絡(luò),即NVLink網(wǎng)絡(luò),解決了GPU之間的高速通信帶寬和效率問題。每個服務(wù)器都有獨立的地址空間,為NVLink網(wǎng)絡(luò)中的GPU提供數(shù)據(jù)傳輸、隔離和安全保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,NVLink網(wǎng)絡(luò)通過軟件API自動建立連接,并可以在運行過程中更改地址。

          該圖比較了NVLink網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),演示了如何創(chuàng)建獨立于IP以太網(wǎng)并專用于GPU服務(wù)的NVLink網(wǎng)絡(luò)。

          InfiniBand網(wǎng)絡(luò) VS NVLink網(wǎng)絡(luò)

          InfiniBand網(wǎng)絡(luò)和NVLink網(wǎng)絡(luò)是在高性能計算和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中使用的兩種不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它們有以下區(qū)別:
          架構(gòu)和設(shè)計:InfiniBand網(wǎng)絡(luò)是一種采用多通道、高速串行連接的開放標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),支持點對點和多播通信。NVLink網(wǎng)絡(luò)是由英偉達(dá)(NVIDIA)開發(fā)的專有技術(shù),旨在實現(xiàn)GPU之間的高速直連。
          應(yīng)用場景:InfiniBand網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于高性能計算集群和大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。NVLink網(wǎng)絡(luò)主要用于大規(guī)模GPU集群、HPC、人工智能等領(lǐng)域。
          帶寬和延遲:InfiniBand網(wǎng)絡(luò)提供高帶寬和低延遲的通信,提供更高的吞吐量和更短的傳輸延遲。NVLink網(wǎng)絡(luò)為GPU之間提供更高的帶寬和更低的延遲,以支持快速數(shù)據(jù)交換和協(xié)同計算。以下是使用NVLink網(wǎng)絡(luò)的H100和使用InfiniBand網(wǎng)絡(luò)的A100之間的帶寬比較。

          結(jié)論

          NVIDIA NVLink作為一項開創(chuàng)性的技術(shù),徹底改變了高性能計算和人工智能領(lǐng)域。它能夠增強GPU之間的通信,提高性能,并實現(xiàn)無縫的并行處理,成為眾多高性能計算和人工智能應(yīng)用中不可或缺的組成部分。隨著先進(jìn)計算領(lǐng)域的不斷發(fā)展,NVLink的重要性和影響力將不斷擴大,推動技術(shù)創(chuàng)新。
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