在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的推動(dòng)下，特別是2016年谷歌的AlphaGo在多次與人類頂尖圍棋棋手的對(duì)戰(zhàn)中大獲全勝后，給全世界做了一次人工智能（AI）科普，人工智能的新一波發(fā)展浪潮開始了。

“計(jì)算技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，推動(dòng)這枚火箭的引擎是加速計(jì)算，而燃料則是 AI。” NVIDIA 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在2022秋季GTC 大會(huì)主題演講中表示。也就是說AI加速計(jì)算時(shí)代已經(jīng)悄然來臨。

近10年來，數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)處理方式都發(fā)生了很大的改變。大量的數(shù)據(jù)不再是人類事件生成，而是各種類型的傳感器和設(shè)備所生成，數(shù)據(jù)量正在呈指數(shù)級(jí)在往上增長(zhǎng)。比如說，智能手表會(huì)收集用戶運(yùn)動(dòng)健身和健康狀況相關(guān)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，自動(dòng)駕駛汽車在行駛過程中會(huì)不斷收集周圍環(huán)境的信息，據(jù)統(tǒng)計(jì)一輛汽車一小時(shí)就可以生成5TB的數(shù)據(jù)，未來隨著自動(dòng)駕駛汽車數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，將會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。

隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長(zhǎng)，人們開始使用AI來分析數(shù)據(jù)，因?yàn)锳I不僅能夠分辨出語音和視頻模式，強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)，還能夠從大量的可能性中識(shí)別出最佳結(jié)果，從而為使用者提供最有價(jià)值的分析。而NVIDIA在AI加速計(jì)算領(lǐng)域這幾年一路狂奔，取得亮眼成績(jī)。

談到原因，黃仁勛認(rèn)為這與NVIDIA這些年來持續(xù)推行“全堆棧計(jì)算”策略是分不開的。“為了在加速計(jì)算領(lǐng)域取得成功，我們不再只是做別人曾經(jīng)做的事情，而是把它整合成一家縱向一體化的公司。”在他看來，“在AI加速計(jì)算領(lǐng)域，如果不垂直整合，就不會(huì)成功。因?yàn)闆]有人會(huì)專門為你寫操作系統(tǒng)，在云端、超級(jí)計(jì)算和企業(yè)中，也沒有人會(huì)開發(fā)你的分布式操作系統(tǒng)，而沒有完整的堆棧，用戶就無法使用你的平臺(tái)，所以你別無選擇，只能自己動(dòng)手。”

黃仁勛認(rèn)為，客戶要購(gòu)買的不是NVIDIA的芯片，而是NVIDIA的計(jì)算堆棧。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，NVIDIA的全堆棧，主要包括四大平臺(tái)，即NVIDIA RTX、NVIDIA HPC、NVIDIA AI和NVIDIA Omniverse。

NVIDIA RTX：推出全新架構(gòu)RTX 40系列GPU

NVIDIA RTX是NVIDIA在Siggraph 2018上推出的全新GPU架構(gòu)，通過兩個(gè)全新處理器來擴(kuò)展可編程著色器。RT Core 用于加速實(shí)時(shí)光線追蹤，Tensor Core 用于處理矩陣運(yùn)算，這是深度學(xué)習(xí)的核心。

在2022 秋季 GTC 大會(huì)上，NVIDIA宣布推出其第3代RTX架構(gòu)------Ada Lovelace，這代 RTX 以數(shù)學(xué)家 Ada Lovelace 的名字命名，她被公認(rèn)為世界上第一位計(jì)算機(jī)程序員。

圖：NVIDIA Racer RTX 是利用 GeForce RTX 40 系列 GPU 和 NVIDIA DLSS 3 創(chuàng)建未來游戲內(nèi)容的例子

同時(shí)，NVIDIA還推出了基于Ada Lovelace架構(gòu)的RTX 40系列GPU，該系列GPU采用了TSMC的4N工藝，可集成760億個(gè)晶體管和超過16000個(gè)CUDA核心。其主要技術(shù)創(chuàng)新包括：

• 流式多處理器具有高達(dá)83 TFLOPS 的著色器能力，吞吐量超過上一代產(chǎn)品2倍。
• 第三代RT Core的有效光線追蹤計(jì)算能力達(dá)到191 TFLOPS，是上一代產(chǎn)品2.8倍。
• 第四代Tensor Core具有高達(dá)1.32 Petaflops 的 FP8 張量處理性能，超過上一代使用 FP8 加速性能的5倍。
• 著色器執(zhí)行重排序（SER）通過即時(shí)重新安排著色器負(fù)載來提高執(zhí)行效率，從而更好地利用 GPU 資源。作為與 CPU 的亂序執(zhí)行一樣的重大創(chuàng)新，SER 為光線追蹤帶來最高可達(dá)3倍的性能提升，整體游戲性能提升可高達(dá)25%。
• Ada光流加速器帶來2倍的性能提升，使 DLSS 3 能夠預(yù)測(cè)場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在保持圖像質(zhì)量的同時(shí)提高幀率。
• 架構(gòu)上的改進(jìn)，與 TSMC 4N 定制工藝技術(shù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2倍的性能功耗比飛躍。
• 雙NVIDIA編碼器（NVENC）將輸出時(shí)間至多縮短一半，并支持 AV1。OBS、Blackmagic Design DaVinci Resolve、Discord 以及更多的公司都已在采用 NVENC AV1 編碼器。

在產(chǎn)品方面，NVIDIA推出了首款基于Ada Lovelace架構(gòu)的工作站顯卡NVIDIA RTX 6000，該工作站顯卡具有142個(gè)第三代RT Core、568個(gè)第四代Tensor Core、18,176個(gè)CUDA核心，以及48GB顯存，可為工程師、設(shè)計(jì)師和科學(xué)家提供助力，滿足在虛擬世界中構(gòu)建世界所需的苛刻的內(nèi)容創(chuàng)建、渲染、人工智能和模擬工作負(fù)載的需求。

圖：NVIDIA RTX 6000具體參數(shù)（來源：NVIDIA官網(wǎng)）

據(jù)NVIDIA介紹，與其前代產(chǎn)品相比，全新的RTX 6000可在企業(yè)環(huán)境中提供2~4倍的性能提升，包括最多2倍的光追性能、AI訓(xùn)練性能、及單精度浮點(diǎn)性能等。NVIDIA還為其配備了48GB支持ECC的GDDR6顯存，以支持最大體積的3D模型渲染或AI計(jì)算。此外，該RTX 6000采用了PCIe 4×16接口，整卡最大功耗為300W。

值得注意的是，全新的RTX 6000的開始出貨時(shí)間應(yīng)該是今年12月。

NVIDIA HPC：具有AI支持的全堆棧科學(xué)計(jì)算

NVIDIA HPC是NVIDIA的科學(xué)計(jì)算堆棧，在AI的支持下，其GPU、CPU、DPU和軟件將共同幫助數(shù)據(jù)中心擴(kuò)大規(guī)模，為量子計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、氣候研究等科學(xué)研究做出支持。

NVIDIA HPC包括了HOLOSCAN（邊緣計(jì)算和人工智能平臺(tái)可捕獲和分析來自醫(yī)療設(shè)備和科學(xué)儀器的數(shù)據(jù)）、MODULUS、CUQANTUM（量子計(jì)算）等數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載和技術(shù)。

具體來看，針對(duì)HPC的HOLOSCAN SDK可以幫助科學(xué)家和研究人員加速科學(xué)儀器應(yīng)用的相關(guān)發(fā)現(xiàn)。該SDK引入了用于創(chuàng)建管道流邊緣的高性能框架，允許用戶用C++，Python和jax開發(fā)應(yīng)用程序。而且后續(xù)還會(huì)推出更多的功能。

NVIDIA Modulus是用于開發(fā)基于物理學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的平臺(tái)。它允許用戶以治理偏微分方程或PDES的形式融合物理學(xué)的力量。用數(shù)據(jù)建立高保真的參數(shù)化代用模型，具有近乎實(shí)時(shí)的延時(shí)。它可以支持處理AI驅(qū)動(dòng)的物理問題以及復(fù)雜的非線性多物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字孿生模型等工作。而且，它在提供相同準(zhǔn)確性的同時(shí)，比單獨(dú)的模擬快了110萬倍。

在量子計(jì)算方面，已經(jīng)有25個(gè)國(guó)家級(jí)的量子計(jì)劃在運(yùn)作了，過去12個(gè)月有超過2100篇量子計(jì)算相關(guān)的文章得到了發(fā)布。而且，目前已經(jīng)出現(xiàn)了超過250家量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)。NVIDIA也在2022 秋季 GTC 大會(huì)上推出了由優(yōu)化庫和工具優(yōu)化構(gòu)建的SDK------cuQuantum和混合量子經(jīng)典應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)QODA。

其中，cuQuantum可用于量子電路模擬開發(fā)，借助cuQuantum，一臺(tái)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的DGX Pod，可以模擬一臺(tái)40量子位的量子計(jì)算機(jī)。目前，cuQuantum得到廣泛運(yùn)用，包括AWS、Google、IBM、Oracle以及很多初創(chuàng)公司和超算中心都在采用該SDK，比如Oracle正在為OCI云構(gòu)建量子模擬虛擬機(jī)；AWS將cuQuantum集成到其Braket量子計(jì)算服務(wù)中，實(shí)現(xiàn)了900倍的加速和3.5倍的成本縮減。

而QODA是一個(gè)開放的，與處理器無關(guān)的量子平臺(tái)，適用于混合量子加速計(jì)算，它為研究人員提供了量子加速計(jì)算的編程模型。

NVIDIA AI：本質(zhì)上是現(xiàn)代AI的操作系統(tǒng)

在黃仁勛看來，NVIDIA AI本質(zhì)上是現(xiàn)代AI的操作系統(tǒng)，它從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，發(fā)展到深度學(xué)習(xí)，再到如今的的圖表分析和圖表學(xué)習(xí)系統(tǒng)，再到推論工具Triton，不斷在向前演化。“所以這個(gè)端到端平臺(tái)是NVIDIA人工智能的一部分。如果你在任何地方做機(jī)器學(xué)習(xí)或任何類型的人工智能模型，你都可以使用NVIDIA AI。”他表示。

據(jù)他介紹，NVIDIA通過550個(gè)SDK和AI模型為約3000個(gè)應(yīng)用提供加速。在過去12個(gè)月中對(duì)超過100個(gè)SDK進(jìn)行了更新，并推出了25個(gè)新SDK，且每次更新都會(huì)提高計(jì)算機(jī)組合的性能和吞吐量。

下面看看幾個(gè)比較典型的NVIDIA AI應(yīng)用：
Forecast net：以前所未有的需求和準(zhǔn)確性預(yù)測(cè)極端天氣。Forecast net在不到兩秒鐘的時(shí)間內(nèi)就能生成一個(gè)星期的預(yù)報(bào)，比歐洲中程天氣預(yù)報(bào)中心的綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（一種最先進(jìn)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型）快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。而且它的準(zhǔn)確度相當(dāng)或更好。

Morpheus：它是AI網(wǎng)絡(luò)安全框架，旨在使整個(gè)安全數(shù)據(jù)推斷更容易、更快、更強(qiáng)大。它由許多模塊組成，可以以各種方式連接，允許開發(fā)人員創(chuàng)建整個(gè)潛能。在輸入方面，Morpheus與數(shù)據(jù)無關(guān)。它提供了以下預(yù)先訓(xùn)練好的模型，以簡(jiǎn)化實(shí)施并加快它們的模型性能。
1.數(shù)字指紋識(shí)別——識(shí)別憑證使用行為的變化，將其歸類為人類與機(jī)器的互動(dòng)和機(jī)器與機(jī)器的互動(dòng)；
2.釣魚網(wǎng)站檢測(cè)——分析整個(gè)原始電子郵件，將其分類為掛垃圾郵件或釣魚網(wǎng)站；
3.泄露的敏感數(shù)據(jù)分類——發(fā)現(xiàn)泄露的憑證鑰匙、密碼、信用卡號(hào)碼、銀行賬戶號(hào)碼等的分類。
4.異常行為分析檢測(cè)——以檢測(cè)像加密惡意軟件這樣的東西；
5.基于圖形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的欺詐檢測(cè)——幫助你用以前所需的一小部分標(biāo)記數(shù)據(jù)獲得高準(zhǔn)確率的結(jié)果。

Triton推理服務(wù)器：Triton 是一款開源的推理服務(wù)軟件，可助力團(tuán)隊(duì)從任何框架、本地存儲(chǔ)或從任何基于 GPU 或 CPU 的基礎(chǔ)架構(gòu)、云、數(shù)據(jù)中心或邊緣的 Google Cloud 平臺(tái)或 AWS S3 中部署經(jīng)過訓(xùn)練的 AI 模型。據(jù)悉，Triton的下載量已超過300萬次，比去年增加了300%。Triton可以在所有主要公有云中使用，并可集成到領(lǐng)先的MLOps平臺(tái)中。目前已受到超過35000家公司的青睞。

cuOPT：它是建立在RAPIDS之上的最新庫之一。cuOPT是一個(gè)AI物流軟件應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的路由優(yōu)化。與最先進(jìn)的CPU解決方案相比，它的速度提高了100倍以上，在300個(gè)humberger基準(zhǔn)問題中的190個(gè)問題上的準(zhǔn)確度創(chuàng)下了世界紀(jì)錄，并且可以擴(kuò)展到數(shù)萬個(gè)地點(diǎn)，cuOPT極大地方便了物流和運(yùn)籌學(xué)開發(fā)人員。

NVIDIA Omniverse：構(gòu)建和運(yùn)行元宇宙應(yīng)用的平臺(tái)

Omniverse是一個(gè)實(shí)時(shí)的大型3D數(shù)據(jù)庫，基于USD構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，連接3D世界。同時(shí)它也是是一個(gè)計(jì)算平臺(tái)，該平臺(tái)適用于從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和造型，到工程策劃、制造、營(yíng)銷和運(yùn)營(yíng)的整個(gè)產(chǎn)品生命周期。

在2022秋季GTC 大會(huì)上，NVIDIA宣布了Omniverse的重大更新：

• 支持 Ada Lovelace GPU，在光線追蹤和大型場(chǎng)景性能方面實(shí)現(xiàn)巨大飛躍；
• 基于 GAN 和擴(kuò)散模型的新型神經(jīng)渲染工具；
• OmniGraph 是一個(gè)圖形執(zhí)行引擎，可通過程序化的方式控制行為、動(dòng)作和行動(dòng)；
• Omniverse Physics 的重大更新，用來處理復(fù)雜的多連接部件對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況；
• 全新的 Cloud XR，支持在 VR 中實(shí)現(xiàn) Ada 強(qiáng)大的光線追蹤功能；
• 首個(gè)用于合成數(shù)據(jù)生成和數(shù)字孿生模擬的 SimReady 素材庫；
• Replicator 是備受青睞的 Omniverse 應(yīng)用之一，用來生成合成數(shù)據(jù)，從而訓(xùn)練自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)器人和各種計(jì)算機(jī)視覺模型。
• 新的 Omniverse JT 連接器 則是一款大型應(yīng)用，Siemens 發(fā)明了 JT，這是產(chǎn)品生命周期管理的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言，也是 NX、Creo、Catia 和 Inventor 等 CAD 系統(tǒng)的互操作格式，JT 連接器使得工業(yè)和制造業(yè)可以運(yùn)用 Omniverse。目前，Omniverse已擁有150個(gè)連接器，這些都是全球市值 100 萬億美元的產(chǎn)業(yè)所使用的工具和平臺(tái)。這些連接器將 Omniverse 的應(yīng)用范圍拓展到各種公司，覆蓋零售、交通、電信、制造、媒體和娛樂、消費(fèi)品和奢侈品，以及供應(yīng)鏈和物流等大型行業(yè)領(lǐng)域。

其實(shí)，Omniverse 是一個(gè)新的計(jì)算平臺(tái)，需要采用新的計(jì)算系統(tǒng)，Omniverse 計(jì)算平臺(tái)由三部分構(gòu)成：RTX 計(jì)算機(jī)（供創(chuàng)作者、設(shè)計(jì)師和工程師使用）、OVX 服務(wù)器（用來托管與 Nucleus 數(shù)據(jù)庫的連接并運(yùn)行虛擬世界模擬），以及第三部分：NVIDIA GDN（進(jìn)入 Omniverse 的門戶）。

通過 GeForce Now，NVIDIA構(gòu)建了一個(gè)全球圖形交付網(wǎng)絡(luò)（即 GDN），該網(wǎng)絡(luò)覆蓋 100 個(gè)地區(qū)，為之提供響應(yīng)靈敏的超快 RTX 圖形內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò) (CDN)。通過 NVIDIA RTX PC、云端的 NVIDIA GPU 和 NVIDIA GDN，NVIDIA打造了一個(gè)覆蓋全球的 Omniverse 計(jì)算平臺(tái)。

在今年9月20日，NVIDIA宣布推出第二代NVIDIA OVX，該系統(tǒng)基于Ada Lovelace GPU 架構(gòu)的 NVIDIA? L40 GPU，能夠?yàn)闃?gòu)建復(fù)雜的工業(yè)數(shù)字孿生提供強(qiáng)大的算力和性能支持。

L40 GPU 包含第三代 RT Core 和第四代 Tensor Core，能夠?yàn)樵?OVX 系統(tǒng)上運(yùn)行的 Omniverse 工作負(fù)載提供強(qiáng)大功能，包括加速的光線追蹤和路徑追蹤材質(zhì)渲染、物理級(jí)精確的模擬以及逼真的 3D 合成數(shù)據(jù)生成。L40 也會(huì)在主要 OEM 廠商的 NVIDIA 認(rèn)證系統(tǒng)服務(wù)器中提供，以驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的 RTX 工作負(fù)載。

具體規(guī)格方面，每個(gè)OVX 服務(wù)器節(jié)點(diǎn)帶有8個(gè)NVIDIA L40 GPU和3個(gè)ConnectX-7 網(wǎng)卡，可提供100/200/400G網(wǎng)絡(luò)速率。如果 Omniverse工作負(fù)載對(duì)性能和規(guī)模提出更高要求，這些服務(wù)器可以通過 NVIDIA Spectrum?-3以太網(wǎng)平臺(tái)部署在NVIDIA OVX POD和 SuperPOD配置上。

黃仁勛認(rèn)為，Omniverse是用來構(gòu)建和運(yùn)行元宇宙應(yīng)用的平臺(tái)，無論是數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界在何處教會(huì)，Omniverse都能發(fā)揮作用。此外，Omniverse還有一項(xiàng)重要的用途就是機(jī)器人開發(fā)，而機(jī)器人將會(huì)是AI的新一波浪潮。

結(jié)語

此外， NVIDIA在2022秋季GTC 大會(huì)上還帶來了新的邊緣AI計(jì)算平臺(tái)IGX平臺(tái)，IGX平臺(tái)由NVIDIA IGX Orin超級(jí)計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)，能更簡(jiǎn)便的為制造、物流、醫(yī)療等安全敏感行業(yè)帶來了安全的工作環(huán)境；史詩級(jí)的超級(jí)芯片DRIVE Thor（雷神），這款SoC將于2025年上市，其AI性能高達(dá)2000TOPS；以及Jetson Orin Nano，它可運(yùn)行NVIDIA Isaac機(jī)器人堆棧，并具有ROS 2 GPU加速框架，速度比之前大受歡迎的Jetson Nano快80倍等產(chǎn)品更新。