NVIDIA NVLink es la nueva interconexión de alta velocidad que estará presente en los futuros GPUs Nvidia basados en la arquitectura gráfica Pascal y superiores. La interconexión permite que GPU y CPU compartan datos de cinco a doce veces más rápido de lo que lo hacen en la actualidad. Esto eliminará los cuellos de botella en aplicaciones Big Data y ayudará a preparar el camino, para una nueva generación de supercomputadores exa-escala de 50 a 100 veces más rápidos que los sistemas más poderosos de la actualidad.
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La nueva interconexión NVLink se desarrolló en conjunto con IBM, que la incorporará en las futuras versiones de sus CPU POWER, pues sus características facilitan a los desarrolladores la modificación de aplicaciones de análisis de datos y provee de alto rendimiento para aprovechar los sistemas híbridos (acelerados por CPU+GPU).
NVlink vs PCI Express 3.0
Los GPU actuales están conectados a los CPU basados en x86, mediante la interfaz PCI Express (PCIe), lo que limita la capacidad del GPU de acceder al sistema de memoria del CPU (DRAM), el cual es de cuatro a cinco veces más lento que el sistema de memoria del GPU (VRAM).
PCIe representa un cuello de botella aún mayor entre el GPU y los CPU IBM POWER, los que tienen un ancho de banda mayor que el de los CPU x86. Como la interfaz NVLink coincidirá con el ancho de banda de los sistemas de memoria típicos de un CPU, permitirá que las GPU accedan a la memoria de la CPU con todo su ancho de banda.
Esta interconexión de alto ancho de banda mejorará de forma impresionante el rendimiento de las aplicaciones aceleradas por GPU. Debido a las diferencias del sistema de memoria (los GPU tienen memorias rápidas pero pequeñas, y los CPU tienen memorias grandes pero lentas), las aplicaciones de computación acelerada suelen mover los datos de la red o del almacenamiento en disco, hacia la memoria del CPU, para luego, copiar los datos en la memoria del GPU antes de que este pueda procesarlos.
Con NVLink, los datos se mueven entre la memoria de la CPU y la memoria de la GPU a velocidades mucho más altas, lo que hace que las aplicaciones aceleradas por la GPU se ejecuten mucho más rápido.
Acceso a memoria unificado (Unified Memory)
El movimiento de datos más rápido, aunado a otro recurso conocido como Unified Memory, simplificará la programación del GPU. Unified Memory permite que el programador trate la memoria del CPU (DRAM) y GPU (VRAM) como un solo bloque de memoria; sin preocuparse de que los datos residan en la memoria del CPU o del GPU.
Aunque las futuras GPU NVIDIA seguirán admitiendo PCIe, NVLink se usará para conectar los GPU a las CPU compatibles con NVLink, así como para brindar una conexión de alto ancho de banda directamente entre múltiples GPU. También, a pesar de su alto ancho de banda, NVLink brinda un uso mucho más eficiente de energía/bit transferido (en comparación con PCIe).
NVLink permitirá que los sistemas estrechamente integrados, cuenten con una ruta hacia supercomputadores escalables a nivel exa-escala con gran eficiencia energética y con un poder de cómputo de 1.000 PetaFlops (1 x 1018 operaciones de punto flotante por segundo), o de 50 a 100 veces más rápido que los sistemas más rápidos de la actualidad.
Tarjetas de video Nvidia equipadas con NVLink
NVLink requerirá de una nueva ranura de interconexión física y eléctricamente incompatible con PCIe, por lo que las tarjetas de video Nvidia con conexión NVLink, no podrán usarse en las ranuras PCIe tradicionales, sino en nuevos equipos equipados con ranuras NVLink.
En este punto podemos deducir que NVLink estará presente únicamente en la línea de tarjetas profesionales para cómputo acelerado por GPU Tesla de Nvidia, productos grado servidor/super-computador que podrán tomar ventaja inmediata de todas las bondades descritas de NVLink.
Las tarjetas de video equipadas con GPUs GeForce y Quadro basados en la arquitectura gráfica Pascal, continuarán usando la interfaz PCI Express 3.0 tradicional (aunque probablemente las soluciones dual-GPU o superiores, cuenten con conexión NVLink interna entre los 2 GPUs o más que las conformen).
Conclusiones
Podríamos decir que NVLink es la respuesta de Nvidia a las tecnologías rivales AMD CrossFire XDMA (interconexión dedicada entre GPUs) y hUMA (controlador de memoria unificado), combinando lo mejor de ellas en una única tecnología, la que inicialmente estará parcialmente disponible para el consumidor (tarjetas de video multi-GPU… ¿será que se vienen soluciones tri/quad-GPU Nvidia al estilo de 3dfx Voodoo 5 6000 “4x VSA-100”?).
El acceso unificado a memoria será una característica de momento limitada al sector servidor.
Link: NVIDIA GTC 2014.
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