瓦特減少將帶來(lái)什么？更多科研，更低能耗

在全球最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一 Perlmutter 上運(yùn)行的應(yīng)用表明，NVIDIA GPU 在能效方面處于領(lǐng)先地位。

人們一致認(rèn)為：加速計(jì)算就是高能效計(jì)算。

作為美國(guó)能源部面向開(kāi)放科學(xué)的主要設(shè)施，美國(guó)國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心（NERSC）測(cè)量了其四個(gè)關(guān)鍵高性能計(jì)算和 AI 應(yīng)用上的結(jié)果。

他們記錄了這些應(yīng)用程序的運(yùn)行速度，以及在 Perlmutter 上僅 CPU 節(jié)點(diǎn)和 GPU 加速節(jié)點(diǎn)上的能耗。Perlmutter 是世界上最大的使用 NVIDIA GPU 的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一。

結(jié)果很明顯，使用 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 加速時(shí)，能效平均提高了 5 倍。一款天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用程序的能效提高了 9.8 倍。

GPU 節(jié)省大量電力

NERSC 發(fā)現(xiàn)，與一臺(tái)雙插槽 x86 服務(wù)器相比，一臺(tái)配備四個(gè) A100 GPU 的服務(wù)器的速度提升了高達(dá) 12 倍。

這意味著，在相同的性能水平下，GPU 加速系統(tǒng)每月的能耗比僅使用 CPU 的系統(tǒng)少消耗 588 兆瓦時(shí)的能源。與僅使用 CPU 的系統(tǒng)相比，在四路 NVIDIA A100 云實(shí)例上運(yùn)行相同的工作負(fù)載一個(gè)月，科研人員可以節(jié)省 400 多萬(wàn)美元。

測(cè)量真實(shí)的應(yīng)用程序

這些結(jié)果意義重大，因?yàn)闇y(cè)量中使用了真實(shí)的應(yīng)用程序，而不是合成基準(zhǔn)測(cè)試。

能耗降低意味著 8000 多名使用 Perlmutter 的科學(xué)家可以應(yīng)對(duì)更大的挑戰(zhàn)，為取得更多突破打開(kāi)了大門(mén)。

Perlmutter 超級(jí)計(jì)算機(jī)配備了 7100 多顆 A100 GPU，被用于眾多科研項(xiàng)目。例如，科學(xué)家們正在用它探索亞原子相互作用，以尋找新的綠色能源。

全面推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步

NERSC 測(cè)試的應(yīng)用程序涉及分子動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)和天氣預(yù)報(bào)。

例如，MILC 模擬了將原子中的粒子結(jié)合在一起的基本力。它被用于推進(jìn)量子計(jì)算、研究暗物質(zhì)和尋找宇宙起源。

BerkeleyGW 幫助模擬和預(yù)測(cè)材料與納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，這是開(kāi)發(fā)更高效的電池和電子器件的關(guān)鍵步驟。

圖片說(shuō)明：NERSC 應(yīng)用程序通過(guò)加速計(jì)算提高了能效。

EXAALT 解決了分子動(dòng)力學(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)性挑戰(zhàn)，它在 A100 GPU 上運(yùn)行時(shí)把能效提高了 8.5 倍。它讓科研人員能夠模擬原子運(yùn)動(dòng)的短視頻，而不是像其他工具那樣提供一系列快照。

第四個(gè)被測(cè)應(yīng)用 DeepCAM 用于檢測(cè)氣候數(shù)據(jù)中的颶風(fēng)和大氣河流。當(dāng)使用 A100 GPU 加速時(shí)，它的能效提高了 9.8 倍。

圖片說(shuō)明：整體 5 倍加速是基于一組 HPC 和 AI 應(yīng)用程序的混合。

通過(guò)加速計(jì)算節(jié)約更多

NERSC 的測(cè)量結(jié)果呼應(yīng)了早期推算的加速計(jì)算潛在的節(jié)能效果。例如，在 NVIDIA 進(jìn)行的一項(xiàng)單獨(dú)分析中，GPU 在 AI 推理方面的能效是 CPU 的 42 倍。

這意味著，如果將全球所有運(yùn)行人工智能的僅使用 CPU 的服務(wù)器切換到 GPU 加速系統(tǒng)，每年可以節(jié)省 10 萬(wàn)億瓦時(shí)的能源，相當(dāng)于 140 萬(wàn)個(gè)家庭一年的能源使用量。

加速企業(yè)發(fā)展

不是只有科學(xué)家才能通過(guò)加速計(jì)算提高能效。

制藥公司正在使用 GPU 加速的模擬和人工智能來(lái)加快藥物發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程。寶馬集團(tuán)等汽車(chē)制造商正在用它為整個(gè)工廠建模。

NVIDIA 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛曾表示，加速計(jì)算和 AI 正在推動(dòng)行業(yè)高性能計(jì)算的革命，而這些企業(yè)正處于這場(chǎng)革命的最前沿。