Enlace NV
Interconexión de chips de alta velocidad
Enlace NV
FabricanteNvidia
TipoTecnología multi- GPU y CPU
PredecesorInterfaz de enlace escalable

NVLink es un enlace de comunicaciones de corto alcance de múltiples carriles en serie basado en cables desarrollado por Nvidia . A diferencia de PCI Express , un dispositivo puede constar de varios NVLinks y los dispositivos utilizan redes en malla para comunicarse en lugar de un concentrador central . El protocolo se anunció por primera vez en marzo de 2014 y utiliza una interconexión de señalización de alta velocidad (NVHS) patentada. [1]

Principio

NVLink es un protocolo de comunicaciones basado en cables para comunicaciones de semiconductores de corto alcance desarrollado por Nvidia que se puede utilizar para transferencias de datos y códigos de control en sistemas de procesadores entre CPU y GPU y únicamente entre GPU. NVLink especifica una conexión punto a punto con velocidades de datos de 20, 25 y 50 Gbit/s (v1.0/v2.0/v3.0+ resp.) por par diferencial. Para NVLink 1.0 y 2.0, ocho pares diferenciales forman un "subenlace" y dos "subenlaces", uno para cada dirección, forman un "enlace". A partir de NVlink 3.0, solo cuatro pares diferenciales forman un "subenlace". Para NVLink 2.0 y versiones posteriores, la velocidad total de datos para un subenlace es de 25 GB/s y la velocidad total de datos para un enlace es de 50 GB/s. Cada GPU V100 admite hasta seis enlaces. Por lo tanto, cada GPU es capaz de admitir hasta 300 GB/s de ancho de banda bidireccional total. [2] [3] Los productos NVLink presentados hasta la fecha se centran en el espacio de aplicaciones de alto rendimiento. Anunciado el 14 de mayo de 2020, NVLink 3.0 aumenta la velocidad de datos por par diferencial de 25 Gbit/s a 50 Gbit/s mientras reduce a la mitad el número de pares por NVLink de 8 a 4. Con 12 enlaces para una GPU A100 basada en Ampere, esto lleva el ancho de banda total a 600 GB/s. [4] Hopper tiene 18 enlaces NVLink 4.0 que permiten un ancho de banda total de 900 GB/s. [5] Por lo tanto, NVLink 2.0, 3.0 y 4.0 tienen 50 GB/s por enlace bidireccional y tienen 6, 12 y 18 enlaces correspondientemente.

Actuación

La siguiente tabla muestra una comparación de métricas básicas según especificaciones estándar:

Interconectar
Tasa de transferencia		Código de líneaTasa de carga útil efectiva
por carril
y dirección
Longitud máxima total de carril
(PCIe: incl. 5" para PCB)		Realizado en diseño
PCIe 1.x2,5 GT/s8b/10b≈0,25 GB/s20" = ≈51 cm
PCIe 2.x5 GT/s8b/10b≈0,5 GB/s20" = ≈51 cm
PCIe 3.x8 GT/s128b/130b≈1 GB/s20" = ≈51 cm [6]Pascal ,
Volta ,
Turing
PCIe 4.016 GT/s128b/130b≈2 GB/s8−12" = ≈20−30 cm [6]Volta sobre Xavier
(8x, 4x, 1x),
Amperio ,
Potencia 9
PCIe 5.032 GT/s [7]128b/130b≈4 GB/sTolva
PCIe 6.064 GT/s1b/1b≈8 GB/sPozo negro
Enlace NV 1.020 Gbps≈2,5 GB/sPascal ,
potencia 8+
Enlace NV 2.025 Gbps≈3,125 GB/sVolta ,
NVSwitch para Volta
Power 9
Enlace NV 3.050 Gbps≈6,25 GB/sAmpere ,
NVSwitch para Ampere
NVLink 4.0
(también conocido como C2C, chip a chip)		100 Gbps [8]≈12,5 GB/sHopper , CPU de servidor/centro de datos
Nvidia Grace
NVSwitch para Hopper
NVLink 5.0
(también conocido como C2C, chip a chip)		200 Gbps~25 GB/sBlackwell , conmutador NVSwitch para CPU de servidor/centro de datos
Nvidia Grace
para Blackwell

La siguiente tabla muestra una comparación de los parámetros de bus relevantes para semiconductores del mundo real que ofrecen NVLink como una de sus opciones:

Semiconductor
Variante de entrega en autobús o a bordo		Interconectar
Tarifa de tecnología de transmisión
(por carril)		Carriles por
subenlace
(salida + entrada)		Velocidad de datos del subenlace
(por dirección de datos)		Subenlace
o
recuento de unidades		Tasa total de datos
(salida + entrada)		Total
de carriles
(salida + entrada)
Tasa total de datos
(salida + entrada)
Nvidia GP100P100 SXM, [9]
P100 PCI-E [10]		PCIe 3.00,8 GT / s16 + 16 Ⓑ128 Gbit/s = 16 GB/s10 16 + 0 16 GB/s [11]32 Ⓒ0 32 GB/s
Nvidia GV100V100 SXM2, [12]
V100 PCI-E [13]		PCIe 3.00,8 GT / s16 + 16 Ⓑ128 Gbit/s = 16 GB/s10 16 + 0 16 GB/s32 Ⓒ0 32 GB/s
Nvidia TU104GeForce RTX 2080 ,
Quadro RTX 5000		PCIe 3.00,8 GT / s16 + 16 Ⓑ128 Gbit/s = 16 GB/s10 16 + 0 16 GB/s32 Ⓒ0 32 GB/s
Nvidia TU102GeForce RTX 2080 Ti,
Quadro RTX 6000/8000		PCIe 3.00,8 GT / s16 + 16 Ⓑ128 Gbit/s = 16 GB/s10 16 + 0 16 GB/s32 Ⓒ0 32 GB/s
Nvidia Xavier [14](genérico)PCIe 4.0 Ⓓ
2 unidades: x8 (doble)
1 unidad: x4 (doble)
3 unidades: x1 [15] [16]		16 GT/s
0 8 + 0 8 Ⓑ
0 4 + 0 4 Ⓑ
1 + 0 1 0
128 Gbit/s = 16 GB/s
64 Gbit/s = 0,8 GB/s
16 Gbit/s = 0,2 GB/s		Ⓓ
2
1
3		Ⓓ
0 32 + 0 32 GB/s
0 0 8 + 0 0 8 GB/s
0 0 6 + 0 0 6 GB/s		46 Ⓑ92 GB/s
IBM Power9 [17](genérico)PCIe 4.016 GT/s16 + 16 Ⓑ256 Gbit/s = 32 GB/s30,96 + 0,96 GB/s96192 GB/s
Nvidia GA100 [18] [19]

Nvidia GA102 [20]

Ampere A100
(SXM4 y PCIe) [21]		PCIe 4.00,16 GT/s16 + 16 Ⓑ256 Gbit/s = 32 GB/s10 32 + 0 32 GB/s32 Ⓒ0 64 GB/s
Nvidia GP100P100 SXM,
(no disponible con P100 PCI-E) [22]		Enlace NV 1.020 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ160 Gbit/s = 20 GB/s40 80 + 0 80 GB/s64160 GB/s
Nvidia Xavier(genérico)Enlace NV 1.0 [14]20 GT/s [14]0 8 + 0 8 Ⓐ160 Gbit/s = 20 GB/s [23]
IBM Power8+(genérico)Enlace NV 1.020 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ160 Gbit/s = 20 GB/s40 80 + 0 80 GB/s64160 GB/s
Nvidia GV100V100 SXM2 [24]
(no disponible con V100 PCI-E)		Enlace NV 2.025 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s6 [25]150 + 150 GB/s96300 GB/s
IBM Power9 [26](genérico)NVLink 2.0
(puertos BlueLink)		25 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s6150 + 150 GB/s96300 GB/s
Interruptor NVSwitch
para Volta [27]		(genérico)
(conmutador 18x18 completamente conectado)		Enlace NV 2.025 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s2 * 8 + 2
= 18		450 + 450 GB/s288900 GB/s
Nvidia TU104GeForce RTX 2080 ,
Quadro RTX 5000 [28]		Enlace NV 2.025 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s10 25 + 0 25 GB/s160 50 GB/s
Nvidia TU102GeForce RTX 2080 Ti,
Quadro RTX 6000/8000 [28]		Enlace NV 2.025 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s20 50 + 0 50 GB/s32100 GB/s
Nvidia GA100 [18] [19]Ampere A100
(SXM4 y PCIe [21] )		Enlace NV 3.050 GT/s0 4 + 0 4 Ⓐ200 Gbit/s = 25 GB/s12 [29]300 + 300 GB/s96600 GB/s
Nvidia GA102 [20]GeForce RTX 3090
Quadro RTX A6000		Enlace NV 3.028,125 GT/s0 4 + 0 4 Ⓐ112,5 Gbit/s = 14,0625 GB/s456,25 + 56,25 GB/s16112,5 GB/s
Interruptor NVSwitch
para Ampere [30]		(genérico)
(conmutador 18x18 completamente conectado)		Enlace NV 3.050 GT/s0 8 + 0 8 Ⓐ400 Gbit/s = 50 GB/s2 * 8 + 2
= 18		900 + 900 GB/s2881800 GB/s
Interruptor NVSwitch
para Hopper [30]		(conmutador de 64 puertos completamente conectado)Enlace NV 4.0106,25 GT/s0 9 + 0 9 Ⓐ450 Gbps183600 + 3600 GB/s1287200 GB/s
Procesador Nvidia Grace [31]Superchip Nvidia GH200PCIe-5 (4x, 16x) a 512 GB/s
Procesador Nvidia Grace [31]Superchip Nvidia GH200NVLink-C2C a 900 GB/s
GPU Nvidia Hopper [31]Superchip Nvidia GH200NVLink-C2C a 900 GB/s
GPU Nvidia Hopper [31]Superchip Nvidia GH200NVLink 4 (18x) a 900 GB/s

Nota : Las columnas de velocidad de datos se redondearon al aproximarse por la velocidad de transmisión; consulte el párrafo sobre rendimiento en el mundo real.

Ⓐ : valor de muestra; la agrupación de subenlaces NVLink debería ser posible
Ⓑ : valor de muestra; deberían ser posibles otras fracciones para el uso del carril PCIe
Ⓒ : un solo carril PCIe (¡no! 16) transfiere datos a través de un par diferencial
Ⓓ : pueden aplicarse varias limitaciones a las combinaciones finalmente posibles debido al multiplexado de pines del chip y al diseño de la placa
dual : la unidad de interfaz se puede configurar como un concentrador raíz o un punto final
Genérico : semiconductor desnudo sin ninguna restricción específica de diseño de placa aplicada.

El rendimiento en el mundo real se puede determinar aplicando diferentes impuestos de encapsulación y tasas de uso. Estos provienen de varias fuentes:

  • Código de línea 128b/130b (ver, por ejemplo, transmisión de datos PCI Express para versiones 3.0 y superiores)
  • Caracteres de control de enlace
  • Encabezado de transacción
  • Capacidades de almacenamiento en búfer (depende del dispositivo)
  • Uso de DMA en el lado de la computadora (depende de otro software, generalmente es insignificante en los puntos de referencia)

Esas limitaciones físicas suelen reducir la velocidad de datos a entre el 90 y el 95 % de la velocidad de transferencia. Los puntos de referencia de NVLink muestran una velocidad de transferencia alcanzable de aproximadamente 35,3 Gbit/s (de host a dispositivo) para una conexión NVLink de 40 Gbit/s (enlace ascendente de 2 sublíneas) hacia una GPU P100 en un sistema que funciona con un conjunto de CPU IBM Power8. [32]

Uso con placas enchufables

Para las distintas versiones de placas enchufables (existen todavía un pequeño número de placas GPU para juegos y gráficos profesionales de alta gama con esta característica) que exponen conectores adicionales para unirlas en un grupo NVLink, existe un número similar de conectores de interconexión basados ​​en PCB, relativamente compactos y ligeramente variables. Por lo general, solo las placas del mismo tipo se acoplarán entre sí debido a su diseño físico y lógico. Para algunas configuraciones, se deben aplicar dos conectores idénticos para lograr la velocidad de datos completa. A partir de ahora, el conector típico tiene forma de U con un conector de borde de rejilla fina en cada uno de los trazos finales de la forma que mira hacia afuera del espectador. El ancho del conector determina a qué distancia deben colocarse las tarjetas enchufables de la placa principal del sistema informático anfitrión; la distancia para la colocación de la tarjeta generalmente está determinada por el conector correspondiente (los anchos de conector disponibles conocidos son de 3 a 5 ranuras y también dependen del tipo de placa). [33] [34] La interconexión se conoce a menudo como Interfaz de Enlace Escalable (SLI) desde 2004 por su diseño estructural y apariencia, aunque el diseño moderno basado en NVLink es de una naturaleza técnica bastante diferente con diferentes características en sus niveles básicos en comparación con el diseño anterior. Los dispositivos del mundo real reportados son: [35]

  • Quadro GP100 (un par de tarjetas utilizará hasta 2 puentes; [36] la configuración realiza 2 o 4 conexiones NVLink con hasta 160 GB/s [37] - esto podría parecerse a NVLink 1.0 con 20 GT/s)
  • Quadro GV100 (un par de tarjetas necesitará hasta 2 puentes y alcanzará hasta 200 GB/s [33] - esto podría parecerse a NVLink 2.0 con 25 GT/s y 4 enlaces)
  • GeForce RTX 2080 basada en TU104 (con puente único "GeForce RTX NVLink-Bridge" [38] )
  • GeForce RTX 2080 Ti basada en TU102 (con puente único "GeForce RTX NVLink-Bridge" [34] )
  • Quadro RTX 5000 [39] basado en TU104 [40] (con un solo puente "NVLink" de hasta 50 GB/s [41] - esto podría parecerse a NVLink 2.0 con 25 GT/s y 1 enlace)
  • Quadro RTX 6000 [39] basado en TU102 [40] (con un solo puente "NVLink HB" hasta 100 GB/s [41] - esto podría parecerse a NVLink 2.0 con 25 GT/s y 2 enlaces)
  • Quadro RTX 8000 [39] basado en TU102 [42] (con un solo puente "NVLink HB" hasta 100 GB/s [41] - esto podría parecerse a NVLink 2.0 con 25 GT/s y 2 enlaces)

Software de servicio y programación

Para las líneas de productos Tesla, Quadro y Grid, la NVML-API (Nvidia Management Library API) ofrece un conjunto de funciones para controlar programáticamente algunos aspectos de las interconexiones NVLink en sistemas Windows y Linux, como la evaluación de componentes y versiones junto con la consulta de estado/error y el monitoreo del rendimiento. [43] Además, con la provisión de la biblioteca NCCL (Nvidia Collective Communications Library) los desarrolladores en el espacio público estarán habilitados para realizar, por ejemplo, implementaciones poderosas para inteligencia artificial y temas computacionales similares sobre NVLink. [44] La página "3D Settings" » "Configure SLI, Surround, PhysX" en el panel de control de Nvidia y la aplicación de muestra CUDA "simpleP2P" usan dichas API para realizar sus servicios con respecto a sus características NVLink. En la plataforma Linux, la aplicación de línea de comandos con el subcomando "nvidia-smi nvlink" proporciona un conjunto similar de información y control avanzados. [35]

Historia

El 5 de abril de 2016, Nvidia anunció que NVLink se implementaría en la GPU GP100 basada en la microarquitectura Pascal , como se usa, por ejemplo, en los productos Nvidia Tesla P100. [45] Con la introducción de la base de computadora de alto rendimiento DGX-1, fue posible tener hasta ocho módulos P100 en un solo sistema de bastidor conectado a hasta dos CPU host. La placa portadora (...) permite una placa dedicada para enrutar las conexiones NVLink: cada P100 requiere 800 pines, 400 para PCIe + energía y otros 400 para los NVLinks, lo que suma casi 1600 trazas de placa solo para NVLinks (...). [46] Cada CPU tiene conexión directa a 4 unidades de P100 a través de PCIe y cada P100 tiene un NVLink cada uno a los otros 3 P100 en el mismo grupo de CPU más un NVLink más a un P100 en el otro grupo de CPU. Cada NVLink (interfaz de enlace) ofrece una velocidad bidireccional de 20 GB/seg de subida y 20 GB/seg de bajada, con 4 enlaces por GPU GP100, para un ancho de banda agregado de 80 GB/seg de subida y otros 80 GB/seg de bajada. [47] NVLink admite el enrutamiento de modo que en el diseño DGX-1 para cada P100 un total de 4 de los otros 7 P100 son directamente accesibles y los 3 restantes son accesibles con un solo salto. Según las descripciones en las publicaciones basadas en blogs de Nvidia, a partir de 2014 NVLink permite la agrupación de enlaces individuales para un mayor rendimiento punto a punto de modo que, por ejemplo, un diseño con dos P100 y todos los enlaces establecidos entre las dos unidades permitiría el ancho de banda completo de NVLink de 80 GB/seg entre ellos. [48]

En GTC2017, Nvidia presentó su generación Volta de GPU e indicó la integración de una versión revisada 2.0 de NVLink que permitiría velocidades de datos de E/S totales de 300 GB/s para un solo chip para este diseño, y anunció además la opción de pedidos anticipados con promesa de entrega para el tercer trimestre de 2017 de las computadoras de alto rendimiento DGX-1 y DGX-Station que estarán equipadas con módulos GPU de tipo V100 y tendrán NVLink 2.0 realizado en red (dos grupos de cuatro módulos V100 con conectividad entre grupos) o en forma totalmente interconectada de un grupo de cuatro módulos V100.

En 2017-2018, IBM y Nvidia entregaron las supercomputadoras Summit y Sierra para el Departamento de Energía de EE. UU. [49] , que combinan la familia de CPU POWER9 de IBM y la arquitectura Volta de Nvidia , utilizando NVLink 2.0 para las interconexiones CPU-GPU y GPU-GPU e InfiniBand EDR para las interconexiones del sistema. [50]

En 2020, Nvidia anunció que ya no agregaría nuevos perfiles de controladores SLI en las series RTX 2000 y anteriores a partir del 1 de enero de 2021. [51]

Véase también

Referencias

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