圖形處理單元 (GPU) 加速器已成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。隨著人工智能 (AI) 的進(jìn)步和數(shù)據(jù)生成的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，高性能計(jì)算（HPC）和高級(jí)圖形工作負(fù)載，對(duì)強(qiáng)大計(jì)算資源的需求從未如此強(qiáng)烈。憑借其并行處理能力，GPU 加速器已成為高效處理這些數(shù)據(jù)密集型任務(wù)的重要工具，從而實(shí)現(xiàn)更快的洞察和實(shí)時(shí)決策。
NVIDIA 是技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，處于這場(chǎng) GPU 革命的前沿。他們的 A100 和 H100 GPU 改變了游戲規(guī)則，旨在高效處理要求苛刻的計(jì)算任務(wù)。采用 Ampere 架構(gòu)的 NVIDIA A100 為加速 AI、HPC 和圖形工作負(fù)載樹(shù)立了新標(biāo)準(zhǔn)。它提供前所未有的性能和靈活性，使其成為數(shù)據(jù)中心和研究機(jī)構(gòu)的首選。
另一方面，NVIDIA H100作為該系列的最新產(chǎn)品，它將性能提升到了一個(gè)全新的水平。它旨在為 AI、HPC 和圖形提供無(wú)與倫比的加速，使用戶(hù)能夠解決一些最具挑戰(zhàn)性的計(jì)算問(wèn)題。借助這些 GPU，NVIDIA 繼續(xù)塑造技術(shù)的未來(lái)，突破數(shù)字計(jì)算的極限。本文比較了 NVIDIA A100 和 H100 GPU，重點(diǎn)介紹了它們的架構(gòu)、性能基準(zhǔn)、AI 功能和能效。
一、比較 A100 和 H100 架構(gòu)
A100 和 H100 GPU 專(zhuān)為 AI 和 HPC 工作負(fù)載而設(shè)計(jì)，由不同的架構(gòu)理念驅(qū)動(dòng)。以下是它們之間的比較：
1、NVIDIA A100 的 Ampere 架構(gòu)
NVIDIA A100 Tensor Core GPU 由革命性的 NVIDIA Ampere 架構(gòu)，代表了 GPU 技術(shù)的重大進(jìn)步，特別是對(duì)于高性能計(jì)算（HPC）、人工智能（AI）和數(shù)據(jù)分析工作負(fù)載而言。
該架構(gòu)以之前的 Tesla V100 GPU 的功能為基礎(chǔ)，增加了許多新功能并顯著提高了性能。
A100 及其 Ampere 架構(gòu)的主要特點(diǎn)包括：
第三代 Tensor Cores：
這些核心顯著提高了 V100 的吞吐量，并為深度學(xué)習(xí)和 HPC 數(shù)據(jù)類(lèi)型提供全面支持。它們提供新的 Sparsity 功能，可使吞吐量翻倍，提供 TensorFloat-32 運(yùn)算以加速 FP32 數(shù)據(jù)處理，以及新的 Bfloat16 混合精度運(yùn)算。
先進(jìn)的制造工藝：
為 A100 提供動(dòng)力的基于 Ampere 架構(gòu)的 GA100 GPU 采用臺(tái)積電 7nm N7 制造工藝制造。它包含 542 億個(gè)晶體管，可提供更高的性能和功能。
增強(qiáng)內(nèi)存和緩存：
A100 具有大型 L1 緩存和共享內(nèi)存單元，與 V100 相比，每個(gè)流式多處理器 (SM) 的總?cè)萘渴?V100 的 1.5 倍。它還包括 40 GB 的高速 HBM2 內(nèi)存和 40 MB 的二級(jí)緩存，比其前代產(chǎn)品大得多，可確保高計(jì)算吞吐量。
多實(shí)例 GPU (MIG)：
此功能允許 A100 劃分為最多七個(gè)單獨(dú)的 GPU 實(shí)例，用于 CUDA 應(yīng)用程序，從而為多個(gè)用戶(hù)提供專(zhuān)用的 GPU 資源。這提高了 GPU 利用率，并在不同客戶(hù)端（例如虛擬機(jī)、容器和進(jìn)程）之間提供了服務(wù)質(zhì)量和隔離。
第三代 NVIDIA NVLink：
這種互連技術(shù)增強(qiáng)了多 GPU 的可擴(kuò)展性、性能和可靠性。它顯著增加了 GPU 之間的通信帶寬，并改善了錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)功能。
與 NVIDIA Magnum IO 和 Mellanox 解決方案的兼容性：
A100 與這些解決方案完全兼容，可最大限度地提高多 GPU 多節(jié)點(diǎn)加速系統(tǒng)的 I/O 性能并促進(jìn)廣泛的工作負(fù)載。
通過(guò) SR-IOV 支持 PCIe Gen 4：
通過(guò)支持 PCIe Gen 4，A100 將 PCIe 3.0/3.1 帶寬增加了一倍，這有利于與現(xiàn)代 CPU 和快速網(wǎng)絡(luò)接口的連接。它還支持單根輸入/輸出虛擬化，允許為多個(gè)進(jìn)程或虛擬機(jī)提供共享和虛擬化的 PCIe 連接。
異步復(fù)制與屏障特點(diǎn)：
A100 包含新的異步復(fù)制和屏障指令，可優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和同步并降低功耗。這些功能提高了數(shù)據(jù)移動(dòng)和計(jì)算重疊的效率。
任務(wù)圖加速：
A100 中的 CUDA 任務(wù)圖使向 GPU 提交工作的模型更加高效，從而提高了應(yīng)用程序的效率和性能。
增強(qiáng)型 HBM2 DRAM 子系統(tǒng)：
A100 繼續(xù)提升 HBM2 內(nèi)存技術(shù)的性能和容量，這對(duì)于不斷增長(zhǎng)的 HPC、AI 和分析數(shù)據(jù)集至關(guān)重要。
NVIDIA A100 采用 Ampere 架構(gòu)，代表一種先進(jìn)而強(qiáng)大的 GPU 解決方案，旨在滿(mǎn)足現(xiàn)代 AI、HPC 和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序的苛刻要求。
H100 比 A100 快多少？
H100 GPU 最高可達(dá)快九倍用于 AI 訓(xùn)練，推理速度比 A100 快 30 倍。在運(yùn)行 FlashAttention-2 訓(xùn)練時(shí)，NVIDIA H100 80GB SXM5 比 NVIDIA A100 80GB SXM4 快兩倍。
2、NVIDIA H100 的 Hopper 架構(gòu)
NVIDIA 的 H100 利用創(chuàng)新Hopper 架構(gòu)專(zhuān)為 AI 和 HPC 工作負(fù)載而設(shè)計(jì)。該架構(gòu)的特點(diǎn)是專(zhuān)注于 AI 應(yīng)用的效率和高性能。Hopper 架構(gòu)的主要特點(diǎn)包括：
第四代 Tensor Cores：
這些核心的性能比上一代快 6 倍，并針對(duì)對(duì) AI 計(jì)算至關(guān)重要的矩陣運(yùn)算進(jìn)行了優(yōu)化。
變壓器引擎：
該專(zhuān)用引擎可加速人工智能的訓(xùn)練和推理，顯著提高大型語(yǔ)言模型處理的速度。
HBM3 內(nèi)存：
H100 是第一款配備 HBM3 內(nèi)存的 GPU，帶寬加倍，性能增強(qiáng)。
提高處理速度：
H100 具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，IEEE FP64 和 FP32 速率比其前代產(chǎn)品快 3 倍。
DPX 說(shuō)明：
這些新指令提高了動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的性能，這對(duì)于基因組學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。
多實(shí)例 GPU 技術(shù)：
這項(xiàng)第二代技術(shù)可以安全且高效地分區(qū) GPU，滿(mǎn)足不同的工作負(fù)載需求。
先進(jìn)的互連技術(shù)：
H100 采用了第四代 NVIDIA NVLink 和 NVSwitch，確保在多 GPU 設(shè)置中實(shí)現(xiàn)卓越的連接性和帶寬。異步執(zhí)行和線(xiàn)程塊集群：這些功能可優(yōu)化數(shù)據(jù)處理效率，這對(duì)于復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)至關(guān)重要。
分布式共享內(nèi)存：
該功能促進(jìn)了SM之間高效的數(shù)據(jù)交換，提高了整體數(shù)據(jù)處理速度。
H100 采用 Hopper 架構(gòu)，標(biāo)志著 GPU 技術(shù)的重大進(jìn)步。它體現(xiàn)了硬件的不斷發(fā)展，旨在滿(mǎn)足 AI 和 HPC 應(yīng)用日益增長(zhǎng)的需求。
二、性能基準(zhǔn)
性能基準(zhǔn)測(cè)試可以提供有關(guān) NVIDIA A100 和 H100 等 GPU 加速器功能的寶貴見(jiàn)解。這些基準(zhǔn)測(cè)試包括不同精度的每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù) (FLOPS) 和特定于 AI 的指標(biāo)，可以幫助我們了解每個(gè) GPU 的優(yōu)勢(shì)所在，特別是在科學(xué)研究、AI 建模和圖形渲染等實(shí)際應(yīng)用中。
1、NVIDIA A100 性能基準(zhǔn)
NVIDIA 的 A100 GPU 在各種基準(zhǔn)測(cè)試中均表現(xiàn)出色。在浮點(diǎn)運(yùn)算方面，A100 為雙精度 (FP64) 提供高達(dá) 19.5 TFLOPS 的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，為單精度 (FP32) 提供高達(dá) 39.5 TFLOPS 的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。這種高計(jì)算吞吐量對(duì)于需要高精度的 HPC 工作負(fù)載（例如科學(xué)模擬和數(shù)據(jù)分析）至關(guān)重要。
此外，A100 在張量運(yùn)算方面表現(xiàn)出色，這對(duì) AI 計(jì)算至關(guān)重要。張量核心可為 FP16 精度提供高達(dá) 312 TFLOPS 的性能，為張量浮點(diǎn) 32 (TF32) 運(yùn)算提供高達(dá) 156 TFLOPS 的性能。這使得 A100 成為 AI 建模和深度學(xué)習(xí)任務(wù)的強(qiáng)大工具，這些任務(wù)通常需要大規(guī)模矩陣運(yùn)算，并受益于張量核心提供的加速。
2、NVIDIA H100 性能基準(zhǔn)
NVIDIA H100 GPU 在各種基準(zhǔn)測(cè)試中均展現(xiàn)出卓越的性能。在浮點(diǎn)運(yùn)算方面，雖然這里沒(méi)有提供雙精度 (FP64) 和單精度 (FP32) 的具體 TFLOPS 值，但 H100 旨在顯著提高計(jì)算吞吐量，這對(duì)于科學(xué)模擬和數(shù)據(jù)分析等 HPC 應(yīng)用至關(guān)重要。
張量運(yùn)算對(duì)于 AI 計(jì)算至關(guān)重要，而 H100 的第四代 Tensor Core 預(yù)計(jì)將比前幾代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)大幅性能提升。這些進(jìn)步使 H100 成為一款功能極其強(qiáng)大的 AI 建模和深度學(xué)習(xí)工具，得益于大規(guī)模矩陣運(yùn)算和 AI 特定任務(wù)的效率和速度提升。
三、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)能力
人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)功能是現(xiàn)代 GPU 的關(guān)鍵組成部分，NVIDIA 的 A100和 H100 提供獨(dú)特的功能，以增強(qiáng)其在 AI 工作負(fù)載中的性能。
1、張量核心：
NVIDIA A100 GPU 采用 Ampere 架構(gòu)，在 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)方面取得了重大進(jìn)展。A100 集成了第三代 Tensor Core，性能比 NVIDIA 的 Volta 架構(gòu)（上一代）高出 20 倍。這些 Tensor Core 支持各種混合精度計(jì)算，例如 Tensor Float (TF32)，從而提高了 AI 模型訓(xùn)練和推理效率。
另一方面，NVIDIA H100 GPU 也代表了 AI 和 HPC 性能的重大飛躍。它具有新的第四代 Tensor Core，速度比 A100 中的速度快 6 倍。與 A100 相比，這些核心每個(gè) SM 的矩陣乘法累加 (MMA) 計(jì)算速率提高了一倍，使用新的 FP8 數(shù)據(jù)類(lèi)型時(shí)，增益甚至更大。此外，H100 的 Tensor Core 專(zhuān)為更廣泛的 AI 和 HPC 任務(wù)而設(shè)計(jì)，并具有更高效的數(shù)據(jù)管理功能。
2、多實(shí)例 GPU (MIG) 技術(shù)：
A100 引入了 MIG 技術(shù)，允許將單個(gè) A100 GPU 劃分為多達(dá)七個(gè)獨(dú)立實(shí)例。該技術(shù)優(yōu)化了 GPU 資源的利用率，支持在單個(gè) A100 GPU 上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用程序。A100 40GB 版本最多可以為每個(gè) MIG 實(shí)例分配 5GB，而 80GB 版本則將容量翻倍至每個(gè)實(shí)例 10GB。
然而，H100 采用了第二代 MIG 技術(shù)，每個(gè) GPU 實(shí)例的計(jì)算能力比 A100 提高了約 3 倍，內(nèi)存帶寬提高了近 2 倍。這一進(jìn)步進(jìn)一步提高了 GPU 加速基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。
3、H100 的新功能：
H100 GPU 包含一個(gè)新的轉(zhuǎn)換引擎，它使用 FP8 和 FP16 精度來(lái)增強(qiáng) AI 訓(xùn)練和推理，特別是對(duì)于大型語(yǔ)言模型。與 A100 相比，該引擎可以提供高達(dá) 9 倍的 AI 訓(xùn)練速度和 30 倍的 AI 推理速度。H100 還引入了 DPX 指令，提供高達(dá)提升 7 倍的性能與 Ampere GPU 相比，動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法更勝一籌。
總的來(lái)說(shuō)，這些改進(jìn)為 H100 提供了大約峰值計(jì)算吞吐量提高 6 倍。A100 的推出，標(biāo)志著對(duì)苛刻的計(jì)算工作負(fù)載的重大進(jìn)步。NVIDIA A100 和 H100 GPU 代表了 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)能力的重大進(jìn)步，每一代都引入了創(chuàng)新功能，例如先進(jìn)的 Tensor Cores 和 MIG 技術(shù)。H100 建立在 A100 的 Ampere 架構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了 AI 處理能力和整體性能。
四、A100 或 H100 值得購(gòu)買(mǎi)嗎？
A100 或 H100 是否值得購(gòu)買(mǎi)取決于用戶(hù)的具體需求。這兩款 GPU 都非常適合高性能計(jì)算 (HPC) 和人工智能 (AI) 工作負(fù)載。然而，H100 在 AI 訓(xùn)練和推理任務(wù)中速度明顯更快。雖然 H100 更貴，但其卓越的速度可能值得特定用戶(hù)花費(fèi)。
五、電力效率和環(huán)境影響
NVIDIA 的 A100 和 H100 等 GPU 的熱設(shè)計(jì)功率 (TDP) 等級(jí)提供了有關(guān)其功耗的寶貴見(jiàn)解，這對(duì)性能和環(huán)境影響都有影響。
1、GPU 熱設(shè)計(jì)功耗：
A100 GPU 的 TDP 因型號(hào)而異。配備 40 GB HBM2 內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn) A100 的 TDP 為 250W。但是，A100 的 SXM 變體具有更高的 TDP，為 400W，而配備 80 GB 內(nèi)存的 SXM 變體的 TDP 則增加到 700W。這表明 A100 需要強(qiáng)大的冷卻解決方案，并且功耗相當(dāng)大，具體功耗可能因具體型號(hào)和工作負(fù)載而異。
H100 PCIe 版本的 TDP 為 350W，接近其前身 A100 80GB PCIe 的 300W TDP。然而，H100 SXM5 支持高達(dá) 700W 的 TDP。盡管 TDP 如此之高，但 H100 GPU 比 A100 GPU 更節(jié)能，與 A100 80GB PCIe 和 SXM4 前身相比，F(xiàn)P8 FLOPS/W 分別增加了 4 倍和近 3 倍。這表明，雖然 H100 的功耗可能很高，但與 A100 相比，它的能效更高，尤其是在每瓦性能方面。
2、電源效率比較：
雖然 A100 GPU 的運(yùn)行功率較低，為 400 瓦，但在某些工作負(fù)載下，其功率可低至 250 瓦，這表明與 H100 相比，其整體能效更高。另一方面，H100 的功耗更高，在某些情況下可高達(dá) 500 瓦。這一比較凸顯出，雖然這兩款 GPU 都很強(qiáng)大且功能豐富，但它們的功耗和效率存在很大差異，而 A100 整體上更節(jié)能。
雖然 NVIDIA A100 和 H100 GPU 都功能強(qiáng)大，但它們的 TDP 和能效特性不同。A100 的功耗因型號(hào)而異，但總體而言，它往往更節(jié)能。H100（尤其是其高端版本）的 TDP 更高，但每瓦性能更高，尤其是在 AI 和深度學(xué)習(xí)任務(wù)中。這些差異是必須考慮的，尤其是考慮到環(huán)境影響和對(duì)強(qiáng)大冷卻解決方案的需求。
無(wú)論您選擇 A100 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的效率還是 H100 的先進(jìn)功能，捷智算平臺(tái)都會(huì)為您提供卓越計(jì)算性能所需的資源。
