见证AI 的变革时刻:高速光模块,以太网交换机和液冷技术
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发布时间：2024-10-05 06:36
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时间：2024-10-24 01:36
在英伟达 GTC 2024 大会上，黄仁勋发表“见证 AI 的变革时刻”演讲，并推出了GB200芯片及相关架构，通过大幅提升GPU间的互联带宽并采用1.6T光模块。同时发布全球首批端到端800G吞吐量的InfiniBand和以太网交换机，以及采用液冷技术的服务器解决方案，全方位推动AI计算性能革新和数据中心能效提升。
1 高速光模块
在GTC 大会上，英伟达揭晓了新一代 GB200 芯片，业界正密切关注这款芯片如何重塑光模块市场需求格局。
在去年五月末的 COMPUTEX 展会上，英伟达首度公开其 GH200 芯片。经估算，在由256颗GH200构建的集群配置中，所需的800G光模块数量高达2304个，平均每颗芯片配备的光模块比例达到了空前的1:9。
本次发布会上崭露头角的GB200同样秉持了这一设计理念，依据黄仁勋在演讲中的披露，单个GPU之间的双向通信带宽已经由先前的900GB/s跃升至1800GB/s。而在集群配置上，一个标准机柜能装载上限为72颗BlackwellGPU，借助新一代NVLink5交换技术，可以实现多达576颗GPU的互联；并且通过InfiniBand或以太网交换机，集群规模还可进一步扩容至上万个GPU节点。
该方案在单台机架中配置了 36 颗 GRACE CPU 和 72 颗 Blackwell GPU，通过铜缆的方案将该 72 颗 Blackwell GPU 进行互联，这一点与 GH200 方案类似，即：第一层网络无需光模块互联。
正如黄仁勋主题演讲所揭示，在GB200的单机柜配置中，得益于全新一代NVLink Switch芯片的支持，GB200能够组建一个由576颗Blackwell GPU构成的计算集群，显著超越了前代GH200所支持的最大256颗GPU集群规模。
就互联带宽而言，集群内的每一颗Blackwell GPU都能实现双向1800GB/s的高速传输，相较于GH200，带宽性能整整翻了一番，这也意味着对应的光模块需承载的带宽加倍，从而催生了对1.6T光模块的需求。
下面我们参照上述逻辑进行估算：
据此推算得出，在GB200芯片与1.6T光模块之间，它们的理想使用比例同样是576：5184=1：9，即单个芯片数与光模块的比例为1：9。
2 以太网交换机
英伟达隆重推出了Quantum-X800 InfiniBand系列与Spectrum-X800以太网交换机产品，成为全球率先实现全程800GB/s数据传输速率的网络解决方案，携手英伟达的配套软件套件，能够有力地促进各种类型数据中心内人工智能任务、云端运算、大数据处理以及高性能计算应用的执行效率，此创新同样适用于基于Blackwell架构新近构建的数据中心环境。
英伟达 Quantum-X800 和 Spectrum-X800 交换机
两者的早期应用客户有微软Azure、甲骨文云基础设施和 CoreWeave。其中 Quantum-X800 相比上一代，使用 SHARPv4下的带宽容量提高 5 倍、网络计算能力增加 9 倍至 14.4TFlops。Spectrum-X800 优化网络性能，转为多租户环境设计，可确保每个租户的 AI 工作负载的性能隔离，以保持最佳且一致的性能水平，从而提高客户满意度和服务质量。
在国内，新华三与华为两大企业紧随交换机技术升级的步伐，相继推出了自家的800G数据中心交换机产品。如新华三在NAVIGATE领航者峰会上全球首度推出了旗下51.2Tbps速率的800G CPO硅光数据中心交换机系列产品——H3C S9827系列。
图：新华三全球首发 800G CPO 硅光数据中心交换机
这款产品内置的单芯片传输速率高达51.2T级别，支持64个800G的端口。在保证高吞吐性能的同时，借由CPO硅光技术的优势，进一步将单端口传输延迟降低了20%，这一改进意味着在同样的时间周期内，AIGC集群内部GPU之间的数据交换能力可以得到25%的增长，显著提升了GPU的整体计算效能。
一样，华为在 2023 年 6 月第 31 届中国国际信息通信展中发布首款 800GE 数据中心核心交换机——CloudEngine 16800-X 系列：
图：华为首发 CloudEngine 16800-X 800GE 数据中心交换机
华为声称其CloudEngine 16800-X支持 288 个 800GE 端口，具备3.5 微秒跨板转发时延，整体TCO可降低 36%。
3 液冷技术
在英伟达 GB200 的方案中，其机架具有 2 英里长的 NVLink 布线，共 5000 根电缆，估算其功耗将达 20KW及以上。因此，服务器亟需更高效的散热方式。为了让这些计算快速运行，英伟达将采用液冷的设计方案，冷却液输入/输出水温分别为 25℃/45℃。
除了英伟达，AI 服务器厂商超微电脑预计将在24Q2内扩产液冷机架。
GB200 NVL72 液冷机架示意图
同时，国内产业链也在协同推进液冷技术的发展。三大运营商在去年 6 月发布了《电信运营商液冷技术*》，并提出 25 年及以后液冷在 50%以上项目规模应用的愿景。
电信运营商液冷技术规划
