AI 平台/部署

借助 NVIDIA NVLink Fusion 将半定制计算平台集成到机架级架构

为了高效应对 AI 工作负载,数据中心正在被重构。这是一项非常复杂的工作,因此,NVIDIA 目前正在交付以 NVIDIA 机架级架构为单位的 AI 工厂。为了让 AI 工厂发挥最佳性能,许多加速器需要以更大的带宽和更低的延迟在机架规模上协同工作,并以最节能的方式支持尽可能多的用户。

设计满足这些需求的机架会面临许多技术挑战。这需要高密度的加速器、网卡(NICs)、交换机以及纵向扩展和横向扩展网络,所有这些都紧密相关。这种高密配置对于提供当今 AI 所需的高级计算能力和背板带宽至关重要。

传统的风冷方法通常不足以满足此类高密部署的需求,因此需要高密度液冷机架,例如 NVIDIA NVLink 高速纵向扩展互连技术。图 1 说明了 NVLink 和更大的纵向扩展域如何提供最佳性能。NVIDIA 机架式扩展解决方案提供了一条经过验证的可扩展路径,通向更快速、更高效的基础设施。

The graph shows how response per user and throughput per accelerator increase as the NVIDIA NVLink domain grows from 8 PCIe GPUs to NVLink connected GPUs to the NVL72 rack.

图 1. 性能随着 NVIDIA NVLink 域的扩大而提升

NVIDIA AI 工厂生态系统 

NVIDIA 为 AI 工厂建立了成熟的生态系统。其中包括先进 GPU 技术和用于纵向扩展计算网的 NVIDIA NVLink。NVIDIA NVLink Switch 芯片可在 72 个 GPU的 NVLink 域中实现 130 TB/s 的 GPU 带宽。NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand、NVIDIA Spectrum-X Ethernet 和 NVIDIA Bluefield-3 DPU 支持扩展到数十万个 GPU。

此外,与领先的传统 CPU 相比,NVIDIA Grace 等高性能 CPU 可提供高达 2 倍的能效,并在低功耗的情况下提供惊人的带宽。这种机架级架构在广大的 OEM 和 ODM 合作伙伴网络的支持下,已经部署到各大云提供商,奠定了现代 AI 工厂的基础。

新推出的 NVIDIA NVLink Fusion 是一种面向芯片的技术,可让超大规模企业利用 NVIDIA NVLink 生态系统构建半定制 AI 基础设施。

NVLink Fusion 使用户能够半定制 ASIC 或 CPU,从而 实现出色的性能扩展。那些超大规模企业可以直接用到 NVLink、 NVIDIA NVLink-C2C 、 NVIDIA Grace CPU 、NVIDIA GPU、 NVIDIA CPO 网络、机架扩展架构和 NVIDIA Mission Control 软件的创新成果。

由于超大规模企业已经在部署完整的 NVIDIA 机架级解决方案,这使他们能够在 AI 工厂中提供异构芯片产品,同时在单一可扩展的硬件基础设施上实现标准化。凭借 NVIDIA 丰富的基础设施合作伙伴生态系统,NVLink Fusion 使用者可轻松进行大规模部署和管理。

NVLink Fusion 的核心是突破性互连技术 NVLink。为了充分发挥大规模 AI 模型的潜力,机架内每个 GPU 之间的无缝通信至关重要。第 5 代 NVLink 可为每个 GPU 提供 1.8 TB/s 的双向带宽,是 PCIe Gen5 带宽的 14 倍,可在非常复杂的大型模型中实现无缝高速通信。它还通过面向集合通信的网络计算技术提高了吞吐量并降低了延迟。NVLink 带宽每扩展 2 倍,即可将机架级 AI 性能提升 1.3-1.4 倍。

半定制 AI 基础架构的行业应用

NVLink Fusion 使超大规模企业能够将其半定制 ASIC 无缝集成到高度优化和广泛部署的数据中心架构中。NVLink Fusion 包含 NVLink 芯片,可通过相同的 NVIDIA 机架级扩展架构来纵向扩展 NVIDIA 和半定制 ASIC 的混合基础设施,并与 NVIDIA CPU、NVIDIA NVLink 交换机、NVIDIA ConnectX Ethernet SuperNIC、NVIDIA BlueField DPU 以及用于横向扩展解决方案的 NVIDIA Quantum 和 NVIDIA Spectrum-X 交换机搭配使用。领先的超大规模企业已经在部署 NVIDIA NVLink 全机架解决方案,并且通过使用 NVLink Fusion 在同一机架架构上实现异构芯片数据中心的标准化,从而加快产品上市时间。

NVLink Fusion 技术还为 AI 创新者开辟了另一种集成途径,即通过 NVIDIA NVLink-C2C 技术将半定制 CPU 连接到 NVIDIA GPU。合作伙伴可以将其先进的 CPU 技术与 NVIDIA GPU 相结合,实现内存一致性,从而提供 NVIDIA 全栈 AI 基础架构产品。NVIDIA NVLink-C2C 最初应用于 NVIDIA Grace Hopper 和 NVIDIA Grace CPU 超级芯片,可提供 900 GB/s 的一致性互连带宽。

图 2 显示了不同的 NVLink Fusion 组合选项。

The image shows 3 different NVIDIA Rack Scale Architecture configurations.

图 2. NVLink Fusion 机架部署示例

专为 AI 工厂打造的软件

通过 NVLink Fusion 连接的 AI 工厂可以由 Mission Control 提供支持,这是一个统一的运营和编排软件平台,可自动执行 AI 数据中心和工作负载的复杂管理。

从配置部署到验证基础设施,再到编排任务关键型工作负载,Mission Control 可增强 AI 工厂运营,帮助企业更快地启动和运行前沿模型

NVIDIA 生态系统涵盖定制芯片设计师、CPU、IP 和 OEM/ODM 合作伙伴,提供通过 NVIDIA 来大规模部署定制芯片的完整解决方案。借助 NVLink Fusion,他们可以与 NVIDIA 合作伙伴生态系统合作,将 NVIDIA 机架级解决方案部署集成到数据中心基础设施中。高性能 AI 工厂可以快速纵向扩展,以满足模型训练和代理式 AI 推理等严苛工作负载的需求。

面向 AI 的 加速网络 平台

NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand 平台、NVIDIA Spectrum-X Ethernet 网络平台、NVIDIA Bluefield-3 DPU 和 NVIDIA Connect-X SuperNIC 可以为大规模 AI 数据中心提供可扩展的性能、效率和安全性。

NVLink Fusion 可为系统中的每个 GPU 提供 800 Gb/s 的总数据吞吐量,并与 Quantum-X800 和 Spectrum-X 平台无缝集成,使 AI 工厂和云数据中心能够在没有瓶颈的情况下处理万亿参数模型。

NVIDIA 光电一体化(CPO) 交换机是 NVIDIA Quantum-X 和 Spectrum-X 平台的一部分,通过集成硅光技术取代了可插拔光模块,与传统网络相比,其能效提高了 3.5 倍 ,网络可靠性提高了 10 倍,信号完整性提高了 63 倍,部署时间缩短了 1.3 倍。

NVIDIA 的 CPO 网络简化了管理和设计,为计算基础设施提供更强大的功能。这些优势对于迈向未来百万级 GPU 的 AI 工厂至关重要。

BlueField-3 DPU 扩展到整个数据中心,可加速 GPU 对数据的访问、保障云上多租户的安全和高效的数据中心运营。NVIDIA GB300 NVL72 架构率先在 GPU 和 ConnectX-8 SuperNIC 之间引入 PCIe Gen6 连接,无需独立的 PCIe 交换机接口。新的 I/O 模块将在同一设备上配备两个 ConnectX-8 芯片,为系统中的每个 GPU 提供全速的 800 Gb/s 网络连接。

总结 

AI 变革所需的基础设施不但强大,还要敏捷、可扩展且高效。仅靠添加更多的独立服务器或组件已不再可行。未来依赖于深度集成的机架级解决方案,使海量计算资源能够作为一个统一的整体运行。NVIDIA 的 NVLink 技术一直在其 GPU 平台上处于纵向扩展架构的前沿。现在,借助 NVLink Fusion,NVIDIA 将这种经过验证的出色性能扩展能力应用到半定制芯片领域。

 

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