英偉達(dá)最終活成了“三芯”

英偉達(dá)（NVIDIA）400億美元收購Arm的交易還未最終達(dá)成，但并不妨礙英偉達(dá)推出其首款基于Arm架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心CPU。今年的GTC 21依舊選擇了線上的方式，英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛還是在自家廚房介紹了AI、汽車、機(jī)器人、5G、實(shí)時(shí)圖形、協(xié)作和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛GTC 21主題演講

雖然還是穿著皮衣的黃教主，但他今年更具搖滾氣質(zhì)。不僅推出了全球首款為terabyte 級別計(jì)算設(shè)計(jì)的 CPU Grace，還將英偉達(dá)的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖升級為GPU+CPU+DPU，只為提供10倍甚至更高的性能，保持其在AI領(lǐng)域的競爭力，也推動芯片行業(yè)的競爭進(jìn)入“組合拳”時(shí)代。

不要忽略，作為一家系統(tǒng)公司，英偉達(dá)有更高遠(yuǎn)的目標(biāo)。

黃仁勛說：“NVIDIA正在為當(dāng)今時(shí)代的每一位‘達(dá)芬奇’推進(jìn)他們的各項(xiàng)研究工作，包括語言理解、藥物研發(fā)或量子計(jì)算等。英偉達(dá)將助力成就他們畢生的事業(yè)?！?/p>

英偉達(dá)首款數(shù)據(jù)中心CPU性能提升一個(gè)數(shù)量級

英偉達(dá)發(fā)布的首款數(shù)據(jù)中心CPU叫做Grace，是以美國海軍少將、計(jì)算機(jī)編程先驅(qū)Grace Hopper的名字命名。雷鋒網(wǎng)了解到，Grace采用臺積電5nm工藝。

注意，Grace是一款高度專用型處理器，主要面向大型數(shù)據(jù)密集型HPC和AI應(yīng)用。也就是說，絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心仍將繼續(xù)使用現(xiàn)有的CPU，Grace主要將用于計(jì)算領(lǐng)域的細(xì)分市場，預(yù)計(jì)2023年可以供貨。

Grace在計(jì)算的細(xì)分領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)數(shù)量級的性能提升。黃仁勛稱，基于Grace的系統(tǒng)與英偉達(dá)GPU緊密結(jié)合，性能將比目前最先進(jìn)的NVIDIA DGX系統(tǒng)（在x86 CPU上運(yùn)行）高出10倍。

Arm屬于精簡指令集，相比x86這樣的復(fù)雜指令集實(shí)現(xiàn)高性能的挑戰(zhàn)更大，英偉達(dá)分三步來實(shí)現(xiàn)超越x86 CPU的性能。

第一，Grace內(nèi)置下一代Arm Neoverse內(nèi)核，每個(gè)CPU能在SPECrate2017_int_base基準(zhǔn)測試中分?jǐn)?shù)超過300分，為Grace提供足夠的計(jì)算性能。

第二，有了足夠的計(jì)算性能，要滿足AI計(jì)算的需求，內(nèi)存帶寬成為瓶頸。因此，Grace采用了新內(nèi)存LPDDR5x技術(shù)，帶寬是LPDDR4的兩倍，能源效率提高了10倍。

第三，CPU和GPU之間的數(shù)據(jù)傳輸速度同樣限制了數(shù)據(jù)密集的AI計(jì)算，Grace采用第四代NVIDIA NVLink，可以實(shí)現(xiàn)從CPU到GPU連接速度超過900GB/s，相當(dāng)于目前服務(wù)器14倍的帶寬。

從計(jì)算性能到解決帶寬問題，再到CPU和GPU的緊密結(jié)合，使得英偉達(dá)的Arm架構(gòu)Grace可以實(shí)現(xiàn)10倍的性能提升，達(dá)到一個(gè)數(shù)量級的提升。

Grace對于英偉達(dá)而言，是保持其AI競爭力的關(guān)鍵。由于超大規(guī)模的模型很難完全放進(jìn)GPU內(nèi)存，如果存儲在系統(tǒng)內(nèi)存，訪問速度則會大大受限，如果選用其它CPU供應(yīng)商的產(chǎn)品，不能實(shí)現(xiàn)最高的性能優(yōu)化。

自研一款CPU，不僅可以實(shí)現(xiàn)更高性能，未來的迭代，以及進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化也更容易。同時(shí)，英偉達(dá)還能幫助Arm將優(yōu)勢拓展到移動計(jì)算之外，無論是對英偉達(dá)自身還是Arm而言都是優(yōu)選。

畢竟，黃仁勛對于達(dá)成收購Arm的交易持樂觀態(tài)度。在發(fā)布會后的電話會議上，黃仁勛表示目前收購工作在有序進(jìn)行，相信監(jiān)管部門會支持這筆收購，2022年會有積極正面的結(jié)果。

升級GPU+CPU+DPU三芯片系統(tǒng)公司

英偉達(dá)強(qiáng)勁的GPU加上最新發(fā)布的CPU Grace，再加上最新更新的Bluefield DPU，構(gòu)成了英偉達(dá)最新的數(shù)據(jù)中心芯片路線圖。“我們每年都會發(fā)布激動人心的新品。三類芯片，逐年飛躍，一個(gè)架構(gòu)?！秉S仁勛表示。

數(shù)據(jù)中心路線圖包括CPU、GPU和DPU這三類芯片，而Grace和BlueField是其中必不可少的關(guān)鍵組成部分。每個(gè)芯片架構(gòu)歷經(jīng)兩年的打磨周期（周期內(nèi)可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)變），一年專注于 x86 平臺，另一年專注于 Arm 平臺。

“目前市場上每年交付的 3000 萬臺數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，有 1/3 用于運(yùn)行軟件定義的數(shù)據(jù)中心堆棧，其負(fù)載的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于摩爾定律。除非我們找到加速的辦法，否則用于運(yùn)行應(yīng)用的算力將會越來越少。”黃仁勛說，“新時(shí)代的計(jì)算機(jī)需要新的芯片、新的系統(tǒng)架構(gòu)、新的網(wǎng)絡(luò)、新的軟件和工具。”

顯然，英偉達(dá)推出自家的Arm架構(gòu)CPU并非要與x86陣營的AMD和Intel爭奪市場，而是面向新興的細(xì)分市場，通過三種芯片的組合實(shí)現(xiàn)差異化，并保持競爭力。

GPU是英偉達(dá)AI領(lǐng)導(dǎo)力的基石，黃仁勛說：“只需一張 GeForce 顯卡，每個(gè)學(xué)生都可以擁有一臺超級計(jì)算機(jī)，這正是 Alex Krizhevsky、Ilya 和 Hinton 當(dāng)年訓(xùn)練 AI 模型 AlexNet 的方式?！?/p>

在今天的GTC上，英偉達(dá)還更新了DPU（Data processing unit，數(shù)據(jù)處理單元）?！艾F(xiàn)代超大規(guī)模云技術(shù)推動數(shù)據(jù)中心從基礎(chǔ)上走向了新的架構(gòu), 利用一種專門針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)軟件而設(shè)計(jì)的新型處理器, 來卸載和加速由虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和其它云原生AI服務(wù)產(chǎn)生的巨大計(jì)算負(fù)荷。BlueField DPU正是為此而生?！秉S仁勛如此解釋。

去年10月，英偉達(dá)發(fā)布首代DPU BlueField-2，能夠卸載相當(dāng)于30個(gè)CPU核的工作負(fù)載。今天發(fā)布的最新一代BlueField-3 DPU，是專為AI和加速計(jì)算設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了10倍的性能提升，有16個(gè)Arm A78 CPU核，和4倍的加密速度，能夠替代300個(gè)CPU核，能以400Gbps的速率，對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行保護(hù)、卸載和加速。

BlueField-3通過NVIDIA DOCA（集數(shù)據(jù)中心于芯片的架構(gòu)）軟件開發(fā)包為開發(fā)者提供一個(gè)完整、開放的軟件平臺，新一代DPU預(yù)計(jì)將于2022年第一季度發(fā)布樣品。

包括黃仁勛在內(nèi)的多位英偉達(dá)發(fā)言人曾不止一次表示，英偉達(dá)是一家系統(tǒng)公司。作為系統(tǒng)公司，軟件自然也是重點(diǎn)。

GTC 21上，黃仁勛發(fā)布了用于訓(xùn)練Transformers的框架—— 英偉達(dá)Megatron。Transformers能夠生成文檔摘要、將電子郵件中的短語補(bǔ)充完整、對測驗(yàn)進(jìn)行評分、生成體育賽事現(xiàn)場評論、甚至生成代碼，已經(jīng)幫助開發(fā)者在自然語言處理領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。

他還介紹了英偉達(dá)用于計(jì)算藥物研發(fā)加速庫Clara Discovery的一些新模型。

還有量子電路模擬器提供加速cuQuantum，目標(biāo)是為加快有賴于量子位（或量子比特，能作為單個(gè)的0或1存在，也可以同時(shí)作為二者存在）的量子計(jì)算研究，幫助研究人員設(shè)計(jì)出更完善的量子計(jì)算機(jī)。

針對數(shù)據(jù)中心的安全，英偉達(dá)也推出了Morpheus數(shù)據(jù)中心安全平臺，基于英偉達(dá)AI、BlueField、Net-Q網(wǎng)絡(luò)遙測軟件和EGX而構(gòu)建，能夠?qū)ν暾臄?shù)據(jù)包進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。

面向會話式AI，英偉達(dá)Jarvis已經(jīng)可用，其能夠?qū)崿F(xiàn)語音識別、語言理解、翻譯和表達(dá)性語音。雷鋒網(wǎng)了解到，Jarvis支持五種語言。

為加快包括搜索、廣告、在線購物等推薦系統(tǒng)的速度，黃仁勛宣布NVIDIA Merlin現(xiàn)可通過NGC（NVIDIA的深度學(xué)習(xí)框架容器目錄）獲取。

還有，為了幫助客戶將自身專業(yè)知識應(yīng)用于AI領(lǐng)域，黃仁勛發(fā)布了NVIDIA TAO，可以運(yùn)用客戶和合作伙伴的數(shù)據(jù)，對NVIDIA預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行微調(diào)和適配，同時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。

英偉達(dá)的“三芯”時(shí)代

有了全新的數(shù)據(jù)中心芯片路線圖，匹配豐富的軟件，英偉達(dá)能做什么？

首先是獲益的就是數(shù)據(jù)中心。黃仁勛透露，基于今天新發(fā)布的Grace CPU以及下一代GPU，瑞士國家超級計(jì)算中心、蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)將構(gòu)建一臺名為阿爾卑斯的超級計(jì)算機(jī)，算力 20Exaflops（目前全球第一超算富岳的算力約為0.537Exaflops），將實(shí)現(xiàn)兩天訓(xùn)練一次GPT-3模型的能力，比目前基于英偉達(dá)GPU打造的 Selene 超級計(jì)算機(jī)快7倍。

另外，美國能源部下屬的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室也將在2023年推出一臺基于Grace 的超級計(jì)算機(jī)。

更進(jìn)一步，英偉達(dá)可以擴(kuò)展Arm從云到邊緣的市場，包括將基于AWS Graviton2的Amazon EC2實(shí)例與NVIDIA GPU相結(jié)合；通過新HPC開發(fā)者套件，為科學(xué)和AI應(yīng)用的開發(fā)提供支持；提升邊緣視頻分析和安全功能；打造新一類基于Arm并搭載NVIDIA RTX GPU的新款PC。

除了在高性能計(jì)算市場，英偉達(dá)的三芯片組合也能提升其在自動駕駛汽車市場的競爭力。基于英偉達(dá)新一代GPU架構(gòu)、全新Arm CPU以及深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺加速器，黃仁勛推出了新一代面向自動駕駛汽車的NVIDIA DRIVE Atlan，該處理器性能最高達(dá)每秒超過1000萬億次（TOPS）運(yùn)算，約是上一代Orin處理器的4倍，超過了絕大多數(shù)L5無人駕駛出租車的總計(jì)算能力。

DRIVE Atlan SoC也集成BlueField DPU，可以支持自動駕駛汽車中的復(fù)雜計(jì)算和AI工作負(fù)載。預(yù)計(jì)DRIVE Atlan將搭載在多家汽車制造商的2025年車型上。

“對于汽車而言，更高的算力意味著更加智能化，開發(fā)者們也能讓產(chǎn)品更快迭代。TOPS 就是新的馬力?！秉S仁勛說。

不僅如此，英偉達(dá)還推出了Hyperion 8 AV平臺，這是一個(gè)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、開發(fā)和測試平臺，包含參考傳感器、自動駕駛汽車和中央計(jì)算機(jī)、3D地面真實(shí)數(shù)據(jù)記錄儀、網(wǎng)絡(luò)以及所有必要的軟件。

不難發(fā)現(xiàn)，面向AI、數(shù)據(jù)中心、自動駕駛這些新興市場，再強(qiáng)大的單芯片也很難滿足需求，因此，英偉達(dá)將其數(shù)據(jù)中心芯片路線圖升級為GPU+CPU+DPU，匹配的豐富軟件，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，能夠幫助英偉達(dá)保持領(lǐng)先地位。

小結(jié)

對于以GPU見長的英偉達(dá)發(fā)布CPU，許多人可能會表示驚訝。其實(shí)，去年以CPU見長的英特爾也發(fā)布了自研GPU。AMD也在擁有CPU和GPU的基礎(chǔ)上要收購FPGA。巨頭們都做出了相同的選擇，意味著的是芯片行業(yè)的競爭已經(jīng)進(jìn)入了新的階段，靠單一的芯片已經(jīng)很難滿足AI、5G、自動駕駛等應(yīng)用的需求，組合拳以及系統(tǒng)優(yōu)化是未來的重點(diǎn)。

英偉達(dá)的優(yōu)勢在于，通過GPU+CPU+DPU的產(chǎn)品組合，能夠最大程度維持其在AI領(lǐng)域優(yōu)勢，加上軟件和系統(tǒng)的優(yōu)化，更好地滿足新興應(yīng)用的需求，在新的市場占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)力，而非與競爭對手搶奪已有的市場。比如，用英偉達(dá)Omniverse創(chuàng)建共享虛擬3D世界。

芯片行業(yè)新的競爭格局正在形成。

注，文中配圖來自英偉達(dá) 雷鋒網(wǎng)

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