Hello folks，我是 Luga，今天我們來聊一下人工智能應(yīng)用場景中一個至關(guān)重要的組成部分：構(gòu)建高效、靈活的計(jì)算架構(gòu)的基石—NVIDIA GPU 產(chǎn)品線。

在人工智能和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，NVIDIA 憑借其強(qiáng)大的 GPU 產(chǎn)品線占據(jù)著舉足輕重的地位。NVIDIA 擁有數(shù)十款功能各異的 GPU 產(chǎn)品，可用于部署和運(yùn)行不同規(guī)模的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，從邊緣設(shè)備到大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，幾乎涵蓋了所有應(yīng)用場景。

然而，NVIDIA GPU 的命名規(guī)則較為復(fù)雜，涉及架構(gòu)代號（如 Ampere、Hopper）、性能等級（如 A100、A40）以及其他技術(shù)特征等多重維度，這使得用戶在選擇時容易感到困惑。要充分理解這些不同顯卡的性能特征、成本效益，乃至僅僅記住它們繁復(fù)的命名規(guī)則，對許多用戶來說都是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)。 

一、如何挑選適合的數(shù)據(jù)中心 GPU？

在人工智能領(lǐng)域，特別是生成式人工智能工作負(fù)載和機(jī)器學(xué)習(xí)模型推理方面，擁有強(qiáng)大且經(jīng)濟(jì)高效的硬件解決方案是每個從業(yè)者的共同追求。

然而，數(shù)據(jù)中心級 GPU 的選型并非像在商店里隨意性挑選電子產(chǎn)品那樣簡單明了——后者通常只有少數(shù)幾個配置選項(xiàng)和清晰的升級路徑可供選擇。相反，GPU 的選擇更類似于購買汽車：我們的預(yù)算、具體應(yīng)用場景以及對性能的需求將在眾多具有不同功能、價(jià)格和市場可用性的車型和年份中引導(dǎo)我們的最終決策。

為了幫助大家更好地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，本文將首先深入解析 NVIDIA 數(shù)據(jù)中心級 GPU 的命名規(guī)則，幫助大家快速識別一款顯卡的底層架構(gòu)和性能層級。NVIDIA 的命名體系通常采用字母數(shù)字組合的形式，這些看似復(fù)雜的代碼實(shí)際上蘊(yùn)含著關(guān)于 GPU 核心架構(gòu)、顯存容量、計(jì)算能力等關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格的重要信息。掌握這些命名規(guī)則，是進(jìn)行有效選型的基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，本文還將提供一系列清晰且直接的方法，用于對不同 GPU 的性能進(jìn)行客觀比較。我們將從浮點(diǎn)運(yùn)算能力、內(nèi)存帶寬、互聯(lián)技術(shù)等多個維度進(jìn)行剖析，并提供一個包含多款常用于模型訓(xùn)練、微調(diào)和模型服務(wù)的數(shù)據(jù)中心級 GPU 的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格對比表格。通過本文的解析，大家將能夠根據(jù)自身的實(shí)際需求，在眾多 NVIDIA GPU 產(chǎn)品中做出明智的選擇，從而構(gòu)建高效且經(jīng)濟(jì)的 AI 計(jì)算平臺。

二、GPU 命名規(guī)則解讀

企業(yè)生產(chǎn)級或數(shù)據(jù)中心級 GPU 的命名規(guī)則乍看之下可能較為復(fù)雜，例如 K80、T4、A100、L40 等名稱，初學(xué)者往往難以理解其含義。然而，這些看似隨機(jī)的字母和數(shù)字組合并非隨意排列，而是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，它們實(shí)際上編碼了關(guān)于 GPU 架構(gòu)、性能參數(shù)和關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格的重要信息。

NVIDIA 數(shù)據(jù)中心 GPU 的命名規(guī)則通常包含以下幾個維度的信息：

1.字母：

或稱之為“架構(gòu)代號（Architecture）”代表 GPU 的核心架構(gòu)，通常用一個或多個字母表示，代表 GPU 的微架構(gòu)。例如：

• K：Kepler 架構(gòu)
• T：Turing 架構(gòu)
• A：Ampere 架構(gòu)
• H：Hopper 架構(gòu)
• L: Ada Lovelace 架構(gòu)

在 NVIDIA GPU 的命名體系中，首字母通常代表該 GPU 采用的微架構(gòu)。微架構(gòu)是 GPU 芯片設(shè)計(jì)的核心，決定了其基本的運(yùn)算方式、指令集以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。每隔幾年，NVIDIA 都會針對其消費(fèi)級和數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品線推出全新的微架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)性能和能效比的顯著提升。

圖：NVIDIA GPU 架構(gòu)發(fā)展歷程

從本質(zhì)上來講，每個新的架構(gòu)通常代表著性能、能效比和新技術(shù)的顯著提升。GPU 的微架構(gòu)是影響其性能和功能的最關(guān)鍵因素之一。不同的架構(gòu)在設(shè)計(jì)理念、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和支持的技術(shù)特性上可能存在顯著差異。

例如，某些架構(gòu)可能更側(cè)重于通用計(jì)算性能，而另一些架構(gòu)則可能針對特定的工作負(fù)載（例如深度學(xué)習(xí)、圖形渲染）進(jìn)行優(yōu)化。因此，理解 GPU 的架構(gòu)對于選擇合適的硬件至關(guān)重要。

2.性能層級（Tier）：

通常用數(shù)字表示，數(shù)字越大通常代表性能越強(qiáng)。

在同一微架構(gòu)下，NVIDIA 會根據(jù)不同的市場定位和應(yīng)用需求，推出多款不同性能層級的 GPU 產(chǎn)品，以滿足各種計(jì)算負(fù)載的需求。這些不同的層級通常通過數(shù)字來區(qū)分，數(shù)字越大，代表該 GPU 的性能越強(qiáng)、價(jià)格越高，通常也意味著更高的功耗。

不同層級的 GPU 針對不同的計(jì)算負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化，以下是近年來一些常見層級的特點(diǎn)和應(yīng)用場景：

（1） “4” 系列：入門級或低功耗級

 “4” 系列 GPU 通常是同代產(chǎn)品中體積最小、功耗最低的型號，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是在有限的功耗預(yù)算下提供足夠的計(jì)算性能。這類 GPU 適合對性能要求不高、注重成本效益的應(yīng)用場景，例如：

• 輕量級的模型推理任務(wù)，例如圖像分類、自然語言處理等。
• 邊緣計(jì)算設(shè)備或低功耗服務(wù)器。
• 對成本敏感的應(yīng)用部署。

（2）“10” 系列：中端推理優(yōu)化級

“10” 系列 GPU 通常是針對人工智能推理應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的中端產(chǎn)品。它們在性能、功耗和成本之間取得了較好的平衡，適合需要較高推理吞吐量和較低延遲的應(yīng)用場景，例如：

• 大規(guī)模的在線推理服務(wù)。
• 視頻分析和圖像處理。
• 實(shí)時語音識別和翻譯。

（3）“40” 系列：高端圖形和虛擬工作站級

 “40” 系列 GPU 通常是面向?qū)I(yè)圖形應(yīng)用和虛擬工作站的高端產(chǎn)品。它們擁有強(qiáng)大的圖形渲染能力和計(jì)算性能，適合對圖形處理和計(jì)算性能要求較高的應(yīng)用場景，例如：

• 專業(yè)級圖形設(shè)計(jì)和渲染。
• 高性能計(jì)算可視化。
• 虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施 (VDI)。

（4）“100” 系列：旗艦級高性能計(jì)算和人工智能級

 “100” 系列 GPU 是同代產(chǎn)品中性能最強(qiáng)、價(jià)格最高的旗艦級產(chǎn)品。它們擁有最多的內(nèi)核數(shù)量、最大的顯存容量和最高的內(nèi)存帶寬，專為處理最 demanding 的計(jì)算負(fù)載而設(shè)計(jì)，例如：

• 大規(guī)模的模型訓(xùn)練和微調(diào)。
• 高性能科學(xué)計(jì)算和模擬。
• 超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心部署。

3.其他標(biāo)識符：

有時還會包含其他字母或數(shù)字，用于表示特定的變體、配置或目標(biāo)應(yīng)用場景。例如：

• T4 中的 "4" 可能暗示其定位是推理（Inference）應(yīng)用。
• 某些針對特定工作負(fù)載優(yōu)化的 GPU 可能會帶有后綴。

在實(shí)際的業(yè)務(wù)場景中，理解 NVIDIA GPU 的性能層級對于根據(jù)自身需求選擇合適的硬件至關(guān)重要。錯誤地選擇過高或過低的層級都可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)或性能瓶頸。

例如，如果只需要進(jìn)行簡單的模型推理，選擇 “100” 系列的 GPU 顯然是過度投資；而如果需要進(jìn)行大規(guī)模的模型訓(xùn)練，選擇 “4” 系列的 GPU 則無法滿足性能需求。

三、常見的GPU 型號對比解析：基于 GPU 命名推斷顯卡特性

結(jié)合前文所述的架構(gòu)代號（字母）和性能層級（數(shù)字）這兩個關(guān)鍵因素，我們可以通過 GPU 名稱中的字母和數(shù)字組合來推斷出關(guān)于該顯卡的一些重要信息，從而更好地進(jìn)行選型。以下通過幾個具體的示例進(jìn)行說明：

示例一：T4 與 L4 的比較

L4 是 T4 的直接后繼者，屬于同一性能層級，針對相似的應(yīng)用場景設(shè)計(jì)。然而，兩者在微架構(gòu)和技術(shù)規(guī)格上存在顯著差異：

• 微架構(gòu)： L4 采用更新的 Ada Lovelace 架構(gòu)（2023 年發(fā)布），而 T4 則采用較早的 Turing 架構(gòu)（2018 年發(fā)布）。
• 顯存容量： L4 配備了更大的顯存容量，達(dá)到 24 GB，而 T4 僅有 16 GB。
• 核心數(shù)量和性能： L4 擁有更多且更強(qiáng)大的計(jì)算核心，因此在性能上優(yōu)于 T4。

雖然兩者的目標(biāo)功耗相似，但 L4 憑借更先進(jìn)的架構(gòu)和更高的顯存容量，在相同的功耗下能夠提供更強(qiáng)的計(jì)算性能，更適合處理對顯存容量有較高要求的任務(wù)。

示例二：A10 與 A100 的比較

A100 是基于 Ampere 架構(gòu)的旗艦級產(chǎn)品，而 A10 則是該架構(gòu)下的一個較低層級的型號。兩者都基于相同的 Ampere 微架構(gòu)，但在規(guī)模和性能上存在顯著差異：

• 核心數(shù)量和性能： A100 擁有遠(yuǎn)多于 A10 的計(jì)算核心，因此在計(jì)算性能上遠(yuǎn)超 A10。
• 顯存容量： A100 配備了更大的顯存容量，以支持更大規(guī)模的模型訓(xùn)練和推理。
• 功耗： 由于規(guī)模更大、性能更強(qiáng)，A100 的功耗也高于 A10。

因此，A100 更適合需要處理大規(guī)模模型訓(xùn)練、微調(diào)和高吞吐量推理等 demanding 計(jì)算任務(wù)的場景，而 A10 則更適合對成本和功耗敏感、對性能要求相對較低的應(yīng)用場景。

示例三：K80 與 T4 的比較

比較不同架構(gòu)和不同層級的 GPU 通常較為復(fù)雜。K80 采用了相對古老的 Kepler 架構(gòu)（發(fā)布于十多年前），而 T4 則采用了更現(xiàn)代的 Turing 架構(gòu)。

雖然 K80 擁有雙 GPU 芯片，但由于架構(gòu)的落后，其性能和能效比遠(yuǎn)不及 T4。因此，對于大多數(shù)現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)而言，T4 不僅速度更快，而且由于功耗更低，每分鐘運(yùn)行成本也更低。這個例子也說明了架構(gòu)的重要性，即使核心數(shù)量更多，落后的架構(gòu)也可能導(dǎo)致性能不如新架構(gòu)。

示例四：T4 與 A10 的模型服務(wù)能力比較

T4 和 A10 都屬于針對推理優(yōu)化的 GPU，但由于性能層級的不同，它們在模型服務(wù)能力上也存在差異。T4 適合服務(wù)中等規(guī)模的模型，例如圖像分類、目標(biāo)檢測等。而 A10 則擁有更強(qiáng)的計(jì)算能力和更大的顯存容量，可以服務(wù)更大規(guī)模的模型，例如大型語言模型 (LLM) 的推理。

通過以上示例，我們可以看到，結(jié)合 GPU 名稱中的字母（架構(gòu)）和數(shù)字（層級），可以有效地推斷出該 GPU 的一些關(guān)鍵特性，并根據(jù)自身的需求選擇合適的硬件。理解這些命名規(guī)則，有助于更好地理解 NVIDIA 的 GPU 產(chǎn)品線，并做出明智的購買決策。

通過以上更詳細(xì)的解釋和示例，大家可以更深入地理解如何根據(jù) GPU 名稱進(jìn)行選型，并了解到不同架構(gòu)和層級 GPU 之間的差異。

Happy Coding ~

Reference ：

[1]     https://www.nvidia.com/en-us/data-center/data-center-gpus/