متن اصلی

NVIDIA-Volta-GPUs-Supercomputer

در بخش اول مقاله در مورد ویژگی های کلیدی معماری Pascal به صورت خلاصه صحبت کردیم، تکنولوژی NVLink از مبحث های بسیار مهمی می باشد که NVIDIA تمرکز زیادی روی آن داشته و در تمام کنفرانس های خبری گذشته در ارتباط با معرفی فناوری های کمپانی به آن اشاره ای شده است، اما این تکنولوژی دقیقا چه کاربردی دارد و چه مزیت هایی را برای سیستم های پردازشی و محاسباتی قدرتمند (HPC) فراهم می کند؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید با مفهوم HPC آشنا شوید!

HPC Systems

HPC یا High-Performance Computing به سیستم هایی گفته می شود که دارای توانایی پردازشی بیش از یک ترافلاپ (انجام 1012 ممیز شناور عملیاتی در هر ثانیه) هستند و از طریق پردازش موازی، برنامه های پیشرفته را به صورت سریعتر، مؤثرتر و با اطمینان بیشتر اجرا می کنند، همچنین اصطلاح HPC در بعضی از مواقع به عنوان مترادفی برای سیستم های پردازشی ابری یا سوپر کامپیوترها نیز در نظر گرفته می شود، سوپر کامپیوترها در واقع برترین و سریعترین سیستم های نسل خود هستند و قدرت پردازشی بعضی از آن ها مرز پتافلاپ (انجام 1015 ممیز شناور عملیاتی در هر ثانیه) را نیز پشت سر می گذارند، کاربران اصلی سیستم های HPC مهندسان، مؤسسات دانشگاهی، محققان و دانشمندان علمی هستند، البته آژانس های دولتی به ویژه بخش های نظامی نیز قطعا بر روی قدرت پردازشی زیاد این سیستم ها جهت تسهیل برنامه های پیچیده تکیه می کنند.

nvidia nvlink

اکثر سیستم های HPC توسط قطعات سخت افزاری سفارشی ساخته شده اند و همانطور که تقاضا برای سرعت و قدرت پردازشی به مرور افزایش پیدا می کند، تجارت بخش HPC نیز به عنوان موقعیتی مناسب برای کسب سرمایه توسط کمپانی های طراح ریز پردازنده شناخته خواهد شد، انویدیا به همین منظور بخش عظیمی از سرمایه بخش تحقیق و توسعه کمپانی را برای مبحث HPC در نظر گرفته است. فناوری NVLink دقیقا حاصل اختصاص وقت و گسترش تحقیقات در زمینه سیستم های HPC می باشد و هدف اصلی از طراحی آن نیز بهبود و افزایش عملکرد کلی این سیستم ها می باشد.

nvlink-performance

اگر روز کاری شما با ترافیکی سنگین و خسته کننده همراه باشد، قطعا آرزو می کنید که بزرگراه چهار خطه ای که در آن در حال رانندگی هستید به هشت خط گسترش پیدا کند! برنامه های نرم افزاری هم دقیقا مشابه همین مثال هستند و دچار ترافیک اطلاعاتی می شوند به ویژه اگر مسیر عبور داده ها توسط گذرگاهی باریک محدود شده باشد. مسیر ارتباطی بین پردازنده (CPU) و کارت گرافیک (GPU) که با عنوان رابط PCI Express شناخته می شود، توانایی پوشش کامل سیل اطلاعات عبوری را ندارد در نتیجه عملکرد نهایی سیستم های قدرتمند را به کلی محدود می سازد، تراشه های گرافیکی با گذر زمان در کنار افزایش عملکرد در اجرای بازی های رایانه ای در محاسبات جانبی نیز بسیار پیشرفت کرده اند و عملا توانایی پردازش اطلاعات بسیار سنگینی را دارند که پردازنده های قدرتمند حال حاضر نیز از انجام این کار ناتوان هستند، برای بهبود و تسریع فرآیند پردازشی باید سرعت انتقال اطلاعات به تراشه گرافیکی نیز بهبود پیدا کند و در بهترین حالت خود قرار گیرد، مسئله ای که رابط PCIe از انجام آن به طور اساسی رنج می برد.

NVIDIA-NVLINK-GPU-Scalability

کمپانی انویدیا جهت برقراری اتصال بهتر بین دو بخش اصلی پردازش سیستم های سخت افزاری (CPU و GPU) و کاهش گلوگاه ورودی اطلاعات تکنولوژی منحصر به فرد NVLink را معرفی کرد، NVIDIA NVLink اولین تکنولوژی ارتباط سریع برای تراشه های گرافیکی می باشد که سرعت تبادل اطلاعات بین پردازنده و گرافیک را 5 الی 12 برابر سریعتر از رابط مرسوم PCIe افزایش می دهد. همزمان با معرفی NVLink در سال گذشته، وزارت انرژی آمریکا به عنوان نخستین مشتری این فناوری برای سوپر کامپیوترهای خود اعلام آمادگی کرد، بیشترین تاثیر NVLink جهت افزایش پهنای باند و سرعت انتقال اطلاعات در سیستم های متشکل از چند عدد کارت های گرافیک یا به اصطلاح Multi-GPU مشاهده خواهد شد. به طور مثال تبدیل سریع فوریه (FFT) نوعی الگوریتم می باشد که به طور گسترده در مبحث های لرزه نگاری، معادلات دیفرانسیل جزئی، پردازش سیگنال ها و همچنین تصاویر مورد استفاده قرار می گیرد، این الگوریتم معمولا توسط سرورهایی متشکل از دو تراشه گرافیکی که توسط رابط PCIe به پردازنده متصل شده اند اجرا می شوند، برای توزیع مناسب حجم کار FFT دو تراشه گرافیکی مقدار بسیار زیادی از داده ها را تبادل می کنند، با توجه به محدودیت PCIe انتقال اطلاعات حداکثر با سرعت 16GB/s انجام خواهد گرفت که بهره گیری از NVLink این رقم را تا 80GB/s افزایش خواهد داد.

همچنین در ادامه مطالعه کنید!

آشنایی با معماری Pascal بخش اول

آشنایی با معماری Pascal بخش سوم