英偉達性能怪獸，內部細節(jié)詳解

Nvidia 上個禮拜發(fā)布了迄今為止最強大的 DGX 服務器。120kW 機架規(guī)模系統(tǒng)使用 NVLink 將 72 個新型 Blackwell 加速器拼接在一起，形成一個本質上能夠提供超過 1.4 exaFLOPS 性能的大型 GPU（無論如何，在 FP4 精度下）。

在這里，我們仔細研究機架規(guī)模系統(tǒng)，Nvidia 聲稱該系統(tǒng)可以支持大量訓練工作量以及對高達 27 萬億個參數的模型進行推理，但目前還沒有任何模型有這么大。

該系統(tǒng)被稱為 DGX GB200 NVL72，是 Nvidia在 11 月份展示的基于 Grace-Hopper Superchip 的機架系統(tǒng)的演變。然而，這個處理器的 GPU 數量是其兩倍多。

計算堆棧

雖然 1.36 公噸（3,000 磅）機架系統(tǒng)作為一個大型 GPU 進行銷售，但它由 18 個 1U 計算節(jié)點組裝而成，每個節(jié)點都配備了兩個 Nvidia 的 2,700W Grace-Blackwell Superchips (GB200)。

大量部件使用 Nvidia 的 900GBps NVLink-C2C 互連將 72 核 Grace CPU 與一對頂級規(guī)格的 Blackwell GPU 結合在一起。

總體而言，每個 Superchip 均配備 864GB 內存（480GB LPDDR5x 和 384GB HBM3e），根據 Nvidia 的說法，可以推動 40 petaFLOPS 的稀疏 FP4 性能。這意味著每個計算節(jié)點能夠產生 80 petaFLOPS 的人工智能計算，整個機架可以執(zhí)行 1.44 exaFLOPS 的超低精度浮點數學運算。

系統(tǒng)前端是四個 InfiniBand NIC（請注意機箱面板左側和中心的四個 QSFP-DD 籠），它們構成了計算網絡。該系統(tǒng)還配備了 BlueField-3 DPU，我們被告知它負責處理與存儲網絡的通信。

除了幾個管理端口之外，該機箱還具有四個小型 NVMe 存儲盒。

憑借兩個 GB200 超級芯片和五個 NIC，我們估計每個節(jié)點的功耗為 5.4kW 到 5.7kW。絕大多數熱量將通過直接芯片 (DTC) 液體冷卻方式帶走。Nvidia 在 GTC 上展示的 DGX 系統(tǒng)沒有冷板，但我們確實看到了合作伙伴供應商的幾個原型系統(tǒng)，例如聯想的這個系統(tǒng)。

然而，與我們從 HPE Cray 或聯想的 Neptune 系列中看到的以液體冷卻所有設備的一些以 HPC 為中心的節(jié)點不同，Nvidia 選擇使用傳統(tǒng)的 40mm 風扇來冷卻 NIC 和系統(tǒng)存儲等低功耗外圍設備。

將它們縫合在一起

在他的主題演講中，首席執(zhí)行官兼皮夾克愛好者 Jensen Huang 將 NVL72 描述為一個大型 GPU。這是因為所有 18 個超密集計算節(jié)點都通過位于機架中間的九個 NVLink 交換機堆棧相互連接。

Nvidia 的 HGX 節(jié)點也使用了相同的技術來使其 8 個 GPU 發(fā)揮作用。但是，NVL72 中的 NVLink 開關并不是像下面所示的 Blackwell HGX 那樣將 NVLink 開關烘焙到載板上，而是一個獨立的設備。

這些交換機設備內部有一對 Nvidia 的 NVLink 7.2T ASIC，總共提供 144 100 GBps 鏈路。每個機架有 9 個 NVLink 交換機，可為機架中 72 個 GPU 中的每個 GPU 提供 1.8 TBps（18 個鏈路）的雙向帶寬。

NVLink 交換機和計算底座均插入盲插背板，并具有超過 2 英里（3.2 公里）的銅纜布線。透過機架的背面，您可以隱約看到一大束電纜，它們負責將 GPU 連接在一起，以便它們可以作為一個整體運行。

堅持使用銅纜而不是光纖的決定似乎是一個奇怪的選擇，特別是考慮到我們正在討論的帶寬量，但顯然支持光學所需的所有重定時器和收發(fā)器都會在系統(tǒng)已經巨大的基礎上再增加 20kW電力消耗。

這可以解釋為什么 NVLink 交換機底座位于兩個計算組之間，因為這樣做可以將電纜長度保持在最低限度。

電源、冷卻和管理

在機架的最頂部，我們發(fā)現了幾個 52 端口 Spectrum 交換機 — 48 個千兆位 RJ45 和四個 QSFP28 100Gbps 聚合端口。據我們所知，這些交換機用于管理和傳輸來自構成系統(tǒng)的各個計算節(jié)點、NVLink 交換機底座和電源架的流式遙測。

這些交換機的正下方是從 NVL72 前面可見的六個電源架中的第一個 - 三個位于機架頂部，三個位于底部。我們對它們了解不多，只知道它們負責為 120kW 機架提供電力。

根據我們的估計，六個 415V、60A PSU 就足以滿足這一要求。不過，Nvidia 或其硬件合作伙伴可能已經在設計中內置了一定程度的冗余。這讓我們相信它們的運行電流可能超過 60A。我們已向 Nvidia 詢問有關電源架的更多詳細信息；我們會讓您知道我們的發(fā)現。

不管他們是怎么做的，電力都是由沿著機架背面延伸的超大規(guī)模直流母線提供的。如果仔細觀察，您可以看到母線沿著機架中間延伸。

當然，冷卻 120kW 的計算并不是小事。但隨著芯片變得越來越熱和計算需求不斷增長，我們看到越來越多的比特倉（包括 Digital Realty 和 Equinix）擴大了對高密度 HPC 和 AI 部署的支持。

就 Nvidia 的 NVL72 而言，計算交換機和 NVLink 交換機均采用液體冷卻。據 Huang 介紹，冷卻劑以每秒 2 升的速度進入 25 攝氏度的機架，離開時溫度升高 20 度。

橫向擴展

如果 DGX GB200 NVL72 的 13.5 TB HBM3e 和 1.44 exaFLOPS 稀疏 FP4 還不夠，那么可以將其中的 8 個網絡連接在一起，形成一個具有 576 個 GPU 的大型 DGX Superpod。

果您需要更多計算來支持大型訓練工作負載，則可以添加額外的 Superpod 以進一步擴展系統(tǒng)。這正是 Amazon Web Services 通過Project Ceiba所做的事情。這款 AI 超級計算機最初于 11 月宣布，現在使用 Nvidia 的 DGX GB200 NVL72 作為模板。據報道，完成后該機器將擁有 20,736 個 GB200 加速器。然而，該系統(tǒng)的獨特之處在于，Ceiba 將使用 AWS 自主開發(fā)的 Elastic Fabric Adapter (EFA) 網絡，而不是 Nvidia 的 InfiniBand 或以太網套件。

英偉達表示，其 Blackwell 部件，包括機架規(guī)模系統(tǒng)，將于今年晚些時候開始投放市場。