談?wù)凬VLink那些事
發(fā)布人：旺材芯片
時(shí)間：2023-07-04
來(lái)源：工程師
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來(lái)源：知乎，作者夏晶晶
長(zhǎng)Nvlink的誕生
Nvlink誕生于超算 ：） 是的，超算。在AI出盡風(fēng)頭之前，IT領(lǐng)域真正的技術(shù)探索其實(shí)都是依賴于超算驅(qū)動(dòng)的，這是一個(gè)類似于攀登珠穆朗瑪峰并沿途下蛋的持續(xù)性技術(shù)改良的模式 ：） 和當(dāng)下AI驅(qū)動(dòng)技術(shù)動(dòng)輒就顛覆的模式相差蠻大，說(shuō)不上誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，最終都是優(yōu)勝劣汰吧。Nvlink的初始技術(shù)相當(dāng)大部分來(lái)源于IBM，是的，IBM幾乎是一切技術(shù)的源頭?？紤]到IBM那些年在美國(guó)的超算市場(chǎng)逐漸下滑，曾經(jīng)的Blue Gene黯然失色，而Nvidia又恰好想在技術(shù)上更進(jìn)一步，他們的結(jié)合以IBM的高傲大概率是Nvidia主動(dòng)貼上去的，但也算得上郎有情妾有意，不過(guò)分手的時(shí)候也大概率Nvidia賺得最大。IBM和Nvidia曾經(jīng)是有過(guò)一段如膠似漆的日子。最簡(jiǎn)單的，你看業(yè)界的文檔標(biāo)注IO帶寬的時(shí)候，只有兩家是乘以二把TX和RX算到一起的，例如正常我們談200G網(wǎng)口的時(shí)候，這網(wǎng)口就是8組25Gbps的Serdes，但I(xiàn)BM和Nvidia是唯二把這個(gè)IO標(biāo)成400G的 ：） 后來(lái)被NVIDIA收養(yǎng)的Mallenox應(yīng)該很不習(xí)慣。Nvidia GPGPU的片上總線NoC看上去也有很多IBM的影子，我經(jīng)常把IBM的NOC論文中的行為套到Nvidia上，幾乎都對(duì)。應(yīng)該還有很多，我們能夠找到關(guān)于這段感情遺留的痕跡。嗯，回到Nvlink，它提出的主旨很簡(jiǎn)單，就是突破PCIe的屏障，達(dá)成GPU-GPU及CPU-GPU的高效數(shù)據(jù)交互，當(dāng)年正是intel把持pcie最惡劣的情況，PCIe device之間的數(shù)據(jù)直通需要經(jīng)過(guò)CPU才行(基于所謂訪問(wèn)安全的約束)。所以，那是2016年的秋天，橙黃橘綠，IBM的Power8和Nvidia的P100完成了基于Nvlink的靈與肉的結(jié)合，2+4，沒(méi)有PCIe，產(chǎn)品是HPC。
Nvlink的演進(jìn)
- - Pascal的Nvlink1.0的IO速率是20Gbps，8Lane per Port，每個(gè)Port 320Gbps（雙向），這其實(shí)是一代不完全成熟的產(chǎn)品，因?yàn)檫@個(gè)Port的速率很獨(dú)特，GPGPU內(nèi)部微架構(gòu)團(tuán)隊(duì)可能也還沒(méi)有完全接納。
- - Volta的Nvlink2.0的IO速率是25Gbps，8Lane per Port，每個(gè)Port 400Gbps（雙向），從此時(shí)開始，GPGPU對(duì)這個(gè)數(shù)字就鎖定了。
- - Ampere的Nvlink3.0的IO速率是50Gbps，4Lane per Port，每個(gè)Port 400Gbps（雙向）。
- - Hopper的Nvlink4.0的IO速率是100Gbps，2Lane per Port，每個(gè)Port 400Gbps（雙向）。
- - Blackwill的Nvlink5.0，沒(méi)發(fā)布，但以此類推，大致就是IO速率200Gbps，1Lane per Port，每個(gè)Port 400Gbps。
DGX和HGX
大狗熊和黑狗熊，很多人傻傻分不清。
Nvidia最初推出的是DGX，2016年發(fā)布的第一代DGX-1，這玩意兒其實(shí)是一個(gè)單機(jī)，嚴(yán)格來(lái)講，小型機(jī)。雖然當(dāng)年數(shù)據(jù)中心建設(shè)雖然如火如荼，但Nvidia還是希望能以一個(gè)硬件system的模式，把一個(gè)Box賣給客戶，并獲得足夠高的利潤(rùn)。君不見，這玩意兒渾身內(nèi)外都涂滿中東土豪的金色，差點(diǎn)就想告訴你你買了一塊大金磚。
NvSwitch的演進(jìn)
Nvlink至今到Hopper發(fā)展了四代，而Nvswitch至今有三代 ：）也就是說(shuō)第一代Pascal時(shí)期其實(shí)是沒(méi)有Switch的，當(dāng)年的一機(jī)八卡，是一種類似Cube的直連系統(tǒng)。多卡系統(tǒng)做Reduce怎么都是跑不掉的，oh，holy shit，當(dāng)年分析Cube直連系統(tǒng)，算Ring Reduce的路徑覆蓋最大化可真玩死哥了。我感覺(jué)應(yīng)該很多人和我一樣，紛紛給Nvidia留言了“fxxk”、“Damn”等信息，握爪。
- - Pascal只有DGX-1
- - Volta有DGX-1和DGX-2
- - Ampere及Hopper只有DGX-2
- - 什么時(shí)候會(huì)有DGX-3呢？
Nvidia固然從IBM得到了很多，但是最終它并沒(méi)有辜負(fù)這段感情。
Nvlink-Network的誕生
Nvlink-Network和Nvlink是兩個(gè)東西，是兩個(gè)東西，是兩個(gè)東西。為什么好好的有Nvlink了，還搞Nvlink-Network ？這個(gè)問(wèn)題的源頭來(lái)自HGX的形態(tài)，為什么DGX/HGX-2 V100有8P和16P兩種機(jī)器銷售？但DGX/HGX-2 A100卻只有8P唯一形態(tài) ？下圖是Nvidia官方的Nvswitch互聯(lián)圖。
為什么？難度微軟給OpenAI提供的是一機(jī)八卡的HGX做訓(xùn)練，所以中國(guó)做AI的所有人，所有人都認(rèn)為只能做一機(jī)八卡了？哦，你畫了幾十萬(wàn)美元買的A100八卡板，他的NvSwitch3.0芯片，都在哭o(╥﹏╥)o啊，18個(gè)Port，其中兩個(gè)Port永遠(yuǎn)地留給了那個(gè)男人，但是還有8個(gè)Port是懸空的啊，懸空的啊。嗯，中國(guó)購(gòu)買的所有NvSwitch3.0芯片，都只使能了8/18的Port。。。。。。。老板，快開除那些不上進(jìn)的家伙。這個(gè)世界上根本就沒(méi)有16P的A100，對(duì)吧？不對(duì)啊，有一家有，如下，Google的A2-MegaGPU-16g實(shí)例，這是我在世上唯一找到官方的A100 16P系統(tǒng)。
微軟和AWS都沒(méi)有看到A100的16P實(shí)例，先不忙裁人，這事必有蹊蹺 ：）我不是Nvidia的架構(gòu)師，不知道詳情是什么。我只能猜測(cè)一個(gè)答案。Nvlink這個(gè)協(xié)議其實(shí)不適合跨Board，對(duì)Cable不適。大概率，Nvlink是做Nvidia做計(jì)算的同學(xué)主導(dǎo)的，類似Intel的UPI，做計(jì)算的人做IO，往往都圖個(gè)簡(jiǎn)單粗暴，沒(méi)有做強(qiáng)大的糾錯(cuò)碼，也沒(méi)有出錯(cuò)重傳的設(shè)計(jì)，遇到丟包直接全機(jī)藍(lán)屏。勇敢地說(shuō)，我是計(jì)算的，我做互聯(lián)也是這德行 ：）Nvlink1的速率是20G，Nvlink2的速率是25G，Nvlink3的速率是50G，Nvlink4的速率是100G，真的都是整數(shù)哦，你看，只有做計(jì)算的人才干的出來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的人不會(huì)這么莽的。做網(wǎng)絡(luò)的同學(xué)會(huì)用26.5625G、53.125G、106.25G，這種完全無(wú)厘頭的頻點(diǎn)，這也是大多數(shù)Cable和Optical Fiber的頻點(diǎn)。此外，16P的A100系統(tǒng)，兩個(gè)單板之間需要互聯(lián)64x6 = 384 Lane需要互聯(lián)，無(wú)論是cable還是Connector，大致上都有非常巨大的工程問(wèn)題。為什么Google搞定了？為什么技術(shù)不能復(fù)制到全世界？不知道。但我猜Mallenox的同學(xué)被Nvidia包養(yǎng)之后，來(lái)了IO的同學(xué)，一看，這隊(duì)友是在送人頭 ？扶了一把。所以，就有了Nvlink-Network。Nvlink-NetWork大致上是按照網(wǎng)絡(luò)的方法做了協(xié)議改造，對(duì)，你打開Hopper驅(qū)動(dòng)，歷歷在目，100G頻點(diǎn)之外，多了一個(gè)106.25G，IB的Sharp也被融合到Nvlink-Network放到了Nvswitch內(nèi)部（驅(qū)動(dòng)都沒(méi)變）。收購(gòu)Mallenox是Nvidia最成功的聯(lián)合了吧。雖然從近期GH200的故事來(lái)看，Nvlink-Network的領(lǐng)域在逐步擴(kuò)大，已經(jīng)到了256，下一跳，肉眼可見的范圍內(nèi)，Nvlink-Network會(huì)吃掉IB。以色列人可能也無(wú)所謂吧，畢竟股票賺了那么多。。。。。。。
最后露一個(gè)值個(gè)幾萬(wàn)塊的Nvlink-Network的秘密 ：）Hopper的Nvlink帶寬是900GB，要在這么巨大的帶寬上同時(shí)滿帶寬支持Nvlink-Network需要的特性，包括重傳、糾錯(cuò)、編碼等，GPU寶貴的Silicon面積會(huì)被耗掉非常多，至少1000個(gè)CUDA Core起步吧 ：）我給的答案是：只有GPGPU+Nvswitch才能組合出完整的Nvlink-Network，懂的自然懂。
Nvlink-C2C的誕生
先說(shuō)結(jié)論：Nvlink-C2C是個(gè)錯(cuò)誤的技術(shù)路徑。我仿佛記得Nvlink-C2C的主架構(gòu)師Wei wei是我大學(xué)同學(xué) ？有這么個(gè)模糊印象。如果單純從技術(shù)的角度，Nvlink-C2C真的是一個(gè)恰到好處的設(shè)計(jì)，挺佩服的。增之一分則太長(zhǎng)，減之一分則太短，信號(hào)速率低了，PCB會(huì)變貴，信號(hào)速率高了，功耗會(huì)變高。但是Nvlink-C2C從系統(tǒng)來(lái)講，并不是個(gè)好選擇。總遇到有些人，把NVIDIA當(dāng)作宗教信仰一樣崇拜，把黃教主說(shuō)的就當(dāng)做圣言。嗨。- - 為什么要綁定Grace+Hopper的1:1配比？那下一代Grace+Blackwell也是1:1 ？
- - 為什么每個(gè)GPU只能配搭500GB DDR容量？GPU這么貴，就不能一顆GPU搭兩顆CPU帶1TB DDR嗎？
- - 為什么要配搭高價(jià)銷售？愛馬仕賣中國(guó)人就一定要配貨銷售嗎？
- - 為什么不就用Nvlink？Nvlink C2C是900GB帶寬，也就x36Lane的Nvlink4罷了。
- - 資源池化、池化、池化知道不？
-End-
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