英伟达Ampere架构和Hopper架构技术解析

 

英伟达的Ampere架构和Hopper架构技术解析

   

英伟达Ampere与Hopper架构，两大GPU设计里程碑，显著提升性能与能效，适应不同应用场景，引领行业革新。

Ampere架构（安培架构）

Ampere架构于2020年随NVIDIA A100计算卡问世，主攻数据中心、专业图形及高端游戏领域。

关键技术特点:

第二代RT Core与第三代Tensor Core革新，大幅提升光线追踪及AI计算，实时渲染、物理模拟与AI推理效能显著飞跃。

Hopper架构

英伟达Hopper架构，颠覆性技术创新，专为加速计算打造，覆盖从小型企业至百亿亿次级HPC及万亿参数AI，满足各类工作负载需求。

Hopper架构，以Grace Hopper命名，于2022年震撼发布，引领英伟达GPU设计革新，专为数据中心与高性能计算市场而生。

Hopper架构技术原理解析：

1. 多芯片模块（MCM）设计
Hopper架构采用了创新的多芯片模块（MCM）设计，这是一个重大变化，意味着GPU不再是单一的大芯片，而是由多个小芯片通过高速互连技术整合在一起。这种设计允许更灵活的扩展和更高的性能密度，同时也有助于提高良率和降低成本。

2. Tensor Core进化
Hopper架构的张量核心（Tensor Cores）得到了进一步的增强，支持更广泛的数学运算精度，如FP64、TF32、FP16等，这对于需要高精度计算的科学模拟和AI训练任务至关重要。在AI性能方面，H100 GPU在多种精度下实现了对比前代A100 GPU高达3倍的性能提升。

3. 稀疏性支持与优化
NVIDIA越来越注重稀疏性技术，Hopper架构支持动态稀疏性，允许GPU在处理神经网络时跳过零值权重的计算，从而提高效率和性能。这对于大规模深度学习模型尤其有益，因为这些模型往往包含大量零值权重。

4. 安全性和可扩展性
Hopper架构强调安全性，内置了多项安全特性，确保数据在传输和处理过程中的安全。同时，它设计用于安全地扩展，支持各种数据中心的工作负载，从边缘计算到超大规模数据中心，都能保证高效、安全的运行。

5. 先进制造工艺
H100 GPU采用的是先进的制造工艺（如台积电的4N或5nm工艺），这使得在保持能效的同时，能集成更多的晶体管，达到约800亿至1400亿的数量级，大大提升了计算密度和能效比。

6. 高速互连与存储技术
Hopper架构优化了内存带宽和数据传输速度，可能采用HBM3或类似的高速内存技术，以及增强的NVLink和NVSwitch技术，确保在多GPU配置中实现高效的数据交换，这对于大规模并行计算至关重要。

7. 软件生态支持
除了硬件创新，Hopper架构也伴随着软件生态系统的全面升级，包括CUDA、cuDNN、TensorRT等工具和库的优化，确保开发者能够充分利用新架构的潜力，简化开发流程，加速应用部署。

Hopper架构全面超越Ampere，在晶体管、设计、工艺上显著升级，旨在满足未来AI与数据中心市场对高性能与能效的迫切需求。

 

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