英偉達性能怪獸，內部細節詳解

Nvidia 上個(gè)禮拜發(fā)布了迄今為止最強大的 DGX 服務(wù)器。120kW 機架規模系統使用 NVLink 將 72 個(gè)新型 Blackwell 加速器拼接在一起，形成一個(gè)本質(zhì)上能夠提供超過(guò) 1.4 exaFLOPS 性能的大型 GPU（無(wú)論如何，在 FP4 精度下）。

在這里，我們仔細研究機架規模系統，Nvidia 聲稱(chēng)該系統可以支持大量訓練工作量以及對高達 27 萬(wàn)億個(gè)參數的模型進(jìn)行推理，但目前還沒(méi)有任何模型有這么大。

該系統被稱(chēng)為 DGX GB200 NVL72，是 Nvidia在 11 月份展示的基于 Grace-Hopper Superchip 的機架系統的演變。然而，這個(gè)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）機架系統作為一個(gè)大型 GPU 進(jìn)行銷(xiāo)售，但它由 18 個(gè) 1U 計算節點(diǎn)組裝而成，每個(gè)節點(diǎn)都配備了兩個(gè) 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 與一對頂級規格的 Blackwell GPU 結合在一起。

總體而言，每個(gè) Superchip 均配備 864GB 內存（480GB LPDDR5x 和 384GB HBM3e），根據 Nvidia 的說(shuō)法，可以推動(dòng) 40 petaFLOPS 的稀疏 FP4 性能。這意味著(zhù)每個(gè)計算節點(diǎn)能夠產(chǎn)生 80 petaFLOPS 的人工智能計算，整個(gè)機架可以執行 1.44 exaFLOPS 的超低精度浮點(diǎn)數學(xué)運算。

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

除了幾個(gè)管理端口之外，該機箱還具有四個(gè)小型 NVMe 存儲盒。

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

然而，與我們從 HPE Cray 或聯(lián)想的 Neptune 系列中看到的以液體冷卻所有設備的一些以 HPC 為中心的節點(diǎn)不同，Nvidia 選擇使用傳統的 40mm 風(fēng)扇來(lái)冷卻 NIC 和系統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，首席執行官兼皮夾克愛(ài)好者 Jensen Huang 將 NVL72 描述為一個(gè)大型 GPU。這是因為所有 18 個(gè)超密集計算節點(diǎn)都通過(guò)位于機架中間的九個(gè) NVLink 交換機堆棧相互連接。

Nvidia 的 HGX 節點(diǎn)也使用了相同的技術(shù)來(lái)使其 8 個(gè) GPU 發(fā)揮作用。但是，NVL72 中的 NVLink 開(kāi)關(guān)并不是像下面所示的 Blackwell HGX 那樣將 NVLink 開(kāi)關(guān)烘焙到載板上，而是一個(gè)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(gè)機架有 9 個(gè) NVLink 交換機，可為機架中 72 個(gè) GPU 中的每個(gè) GPU 提供 1.8 TBps（18 個(gè)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(guò) 2 英里（3.2 公里）的銅纜布線(xiàn)。透過(guò)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(gè)整體運行。

堅持使用銅纜而不是光纖的決定似乎是一個(gè)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(xué)所需的所有重定時(shí)器和收發(fā)器都會(huì )在系統已經(jīng)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(gè)計算組之間，因為這樣做可以將電纜長(cháng)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(gè) 52 端口 Spectrum 交換機 — 48 個(gè)千兆位 RJ45 和四個(gè) QSFP28 100Gbps 聚合端口。據我們所知，這些交換機用于管理和傳輸來(lái)自構成系統的各個(gè)計算節點(diǎn)、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(jiàn)的六個(gè)電源架中的第一個(gè) - 三個(gè)位于機架頂部，三個(gè)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(gè) 415V、60A PSU 就足以滿(mǎn)足這一要求。不過(guò)，Nvidia 或其硬件合作伙伴可能已經(jīng)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(guò) 60A。我們已向 Nvidia 詢(xún)問(wèn)有關(guān)電源架的更多詳細信息；我們會(huì )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(zhù)機架背面延伸的超大規模直流母線(xiàn)提供的。如果仔細觀(guān)察，您可以看到母線(xiàn)沿著(zhù)機架中間延伸。

當然，冷卻 120kW 的計算并不是小事。但隨著(zhù)芯片變得越來(lái)越熱和計算需求不斷增長(cháng)，我們看到越來(lái)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(jìn)入 25 攝氏度的機架，離開(kāi)時(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò )連接在一起，形成一個(gè)具有 576 個(gè) GPU 的大型 DGX Superpod。

果您需要更多計算來(lái)支持大型訓練工作負載，則可以添加額外的 Superpod 以進(jìn)一步擴展系統。這正是 Amazon Web Services 通過(guò)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(gè) GB200 加速器。然而，該系統的獨特之處在于，Ceiba 將使用 AWS 自主開(kāi)發(fā)的 Elastic Fabric Adapter (EFA) 網(wǎng)絡(luò )，而不是 Nvidia 的 InfiniBand 或以太網(wǎng)套件。

英偉達表示，其 Blackwell 部件，包括機架規模系統，將于今年晚些時(shí)候開(kāi)始投放市場(chǎng)。