大模型训练一般都是用单机 8 卡 GPU 主机组成集群,机型包括8*{A100,A800,H100,H800}。 下面一台典型 8*A100 GPU 的主机内硬件拓扑:

一、核心术语与基础概念
做 GPU 集群运维,首先要把这几个核心概念搞清楚,否则很多架构讨论根本无法参与。
| NVIDIA | HUAWEI | 功能 |
|---|---|---|
| GPU | NPU/GPU | 通用并行处理器 |
| NVLINK | HCCS | GPU 卡间高速互连技术 |
| InfiniBand | HCCN | RDMA 产品/工具 |
nvidia-smi | npu-smi | GPU 命令行工具 |
| CUDA | CANN | GPU 编程库 |
| DCGM | DCMI | GPU 底层编程库/接口,例如采集监控信息 |
说明:华为很多地方混用术语 NPU 和 GPU,为简单起见,本文统称为 GPU。
- NPU: Neural-network Processing Unit
- HCCS: Huawei Cache Coherence System
- HCCN: Huawei Cache Coherence Network
- CANN: Huawei compute Architecture for Neural Networks
DCMI: DaVinci Card Management Interface
参考下 NVIDIA 一张图,看下 DCGM/DCMI 在软件栈中的位置:

1.1 PCIe:万物互联的基础总线
CPU、内存、存储(NVMe)、GPU、网卡等所有支持 PCIe 的设备,都可以通过 PCIe 总线或专用 PCIe 交换芯片实现互联。PCIe 目前已经发展到第五代:
| 版本 | 单 Lane 带宽(单向) | x16 带宽(双向) |
|---|---|---|
| Gen3 | 1 GB/s | 32 GB/s |
| Gen4 | 2 GB/s | 64 GB/s |
| Gen5 | 4 GB/s | 128 GB/s |
视角分析:PCIe Gen4 x16 双向 64 GB/s,折合单向 32 GB/s,这是 A100 时代 GPU 与网卡之间的带宽上限。Gen5 把这个上限翻倍到 128 GB/s,是 H100/H800 升级的重要基础。
1.2 NVLink:GPU 卡间高速互联
NVLink 是 NVIDIA 专有的 GPU 间高速互联技术,替代 PCIe 用于同主机内 GPU 之间的通信。核心特点:
- 支持多 Lane,带宽随 Lane 数线性增长
- 同一 Node 内 GPU 通过 NVLink 以 full-mesh 方式互联(类似 spine-leaf 拓扑)
- 比 PCIe 带宽高一个量级
历代演进(双向带宽):
| 代际 | 单 Lane 带宽 | 典型 GPU | 配置 | 总带宽 |
|---|---|---|---|---|
| NVLink 1 | 40 GB/s | P100 | – | – |
| NVLink 2 | 50 GB/s | V100 | – | – |
| NVLink 3 | 50 GB/s | A100 | 12 lanes | 600 GB/s |
| NVLink 3(阉割) | 50 GB/s | A800 | 8 lanes | 400 GB/s |
| NVLink 4 | 50 GB/s | H100 | 18 lanes | 900 GB/s |
| NVLink 4(阉割) | 50 GB/s | H800 | 8 lanes | 400 GB/s |
注意:上表带宽均为双向总带宽,单向减半。A800 和 H800 是针对出口管制的阉割版本。
监控手段:通过 DCGM(Data Center GPU Manager)可以采集实时 NVLink 带宽,配合 dcgm-exporter 接入 Prometheus/Grafana 体系。
1.3 NVSwitch vs NVLink Switch:两个经常混淆的概念
这是生产中最容易踩坑的术语混淆:
- NVSwitch:封装在 GPU 模组(HGX 板)上的交换芯片,不是独立交换机。8A100 服务器上有 6 颗,负责连接同一台主机内的 8 张 GPU,构建 intra-node full-mesh。
- NVLink Switch:2022 年 NVIDIA 把 NVSwitch 芯片做成了真正的外部交换机,用于跨主机连接多台服务器的 GPU,实现 inter-node GPU 互联。
视角分析:购买设备时要分清这两个概念。NVLink Switch 是组建超大规模 GPU Pod 的关键设备(如 NVIDIA DGX SuperPOD),价格极贵,但能实现跨节点的 NVLink 带宽,远超普通 InfiniBand 组网。
1.4 HBM(高带宽内存):显存技术的革命
传统 GPU 显存通过 PCIe 连接,Gen4 只有 64 GB/s,成为瓶颈。HBM 将多层 DDR 芯片与 GPU 芯片封装在一起,彻底绕开 PCIe,带宽提升一个数量级。
HBM 演进:
| 版本 | 带宽 | 年份 | 典型产品 |
|---|---|---|---|
| HBM | 128 GB/s/package | – | – |
| HBM2 | 256 GB/s/package | 2016 | V100 |
| HBM2e | ~450 GB/s | 2018 | A100(~2 TB/s)、华为 910B |
| HBM3 | 600 GB/s/site | 2020 | H100(3.35 TB/s) |
| HBM3e | ~1 TB/s | 2023 | H200(4.8 TB/s) |
补充:AMD MI300X 采用 192 GB HBM3,带宽达 5.2 TB/s,是目前旗舰显存带宽最高的产品之一。
市场格局:HBM 供应目前主要由 SK 海力士和三星垄断,这也是 AI 芯片供应链的核心瓶颈之一。
1.5 带宽单位对齐:避免对比失误
这是运维工作中非常容易出错的地方,务必统一单位再做比较:
| 场景 | 习惯单位 | 方向 |
|---|---|---|
| 网络带宽 | bits/s(Gbps) | 单向(TX 或 RX) |
| HBM/NVLink/PCIe 带宽 | bytes/s(GB/s)或 T/s | 双向总带宽 |
换算:1 Gbps = 0.125 GB/s,200 Gbps ≈ 25 GB/s。比较时必须统一到同一维度,否则结论会完全错误。
二、典型 8A100/A800 服务器:拓扑、组网与瓶颈
2.1 主机内拓扑:”2-2-4-6-8-8″ 架构
这是目前大规模部署最广泛的 GPU 服务器形态,完整组件清单如下:
2 CPU(双路,对应 2 个 NUMA 节点)
2 存储网卡(直连 CPU,用于访问分布式存储/管理面)
4 PCIe Gen4 Switch 芯片(CPU 与 GPU/NIC 之间的交换层)
6 NVSwitch 芯片(GPU 间 full-mesh 互联)
8 GPU(A100 或 A800)
8 GPU 专属网卡(每张 GPU 独占一张,用于计算网络)
关键设计理念:GPU 专属网卡通过 P
2.2 NVSwitch Fabric:intra-node full-mesh
8 张 GPU 通过 6 颗 NVSwitch 芯片构建 full-mesh,这个内部网络称为 NVSwitch Fabric。
带宽计算(A100 为例):
A100: 12 lanes 50 GB/s/lane = 600 GB/s(双向),单向 300 GB/s
A800: 8 lanes 50 GB/s/lane = 400 GB/s(双向),单向 200 GB/s
2.3 用 nvidia-smi topo 诊断拓扑关系

- GPU 之间(左上角区域):都是
NV8,表示8 条 NVLink连接; - NIC 之间:
- 在同一片 CPU 上:
NODE,表示不需要跨 NUMA,但需要跨 PCIe 交换芯片; - 不在同一片 CPU 上:
SYS,表示需要跨 NUMA;
- 在同一片 CPU 上:
- GPU 和 NIC 之间:
- 在同一片 CPU 上,且在同一个 PCIe Switch 芯片下面:
PXB,表示只需要跨 PCIe 交换芯片; - 在同一片 CPU 上,且不在同一个 PCIe Switch 芯片下面:
NODE,表示需要跨 PCIe 交换芯片和 PCIe Host Bridge; - 不在同一片 CPU 上:
SYS,表示需要跨 NUMA、PCIe 交换芯片,距离最远;
- 在同一片 CPU 上,且在同一个 PCIe Switch 芯片下面:
这是日常运维必用命令,输出矩阵含义如下:
| 标识 | 含义 |
|---|---|
| NV8 | 8 条 NVLink 连接(GPU 之间) |
| PXB | 只需跨 PCIe 交换芯片(同 PCIe Switch 下) |
| NODE | 需跨 PCIe 交换芯片 + PCIe Host Bridge(同 CPU,不同 PCIe Switch) |
| SYS | 需跨 NUMA 节点,距离最远 |
实战解读:当 GPU 与其对应 NIC 显示 SYS 而不是 PXB 时,说明它们在不同 CPU 下,数据传输需要经过 QPI/UPI 跨 NUMA,这会显著增加延迟,在绑核/NUMA 感知部署时需要特别注意。
2.4 GPU 训练集群组网:两张网
标准 GPU 集群应当规划两张独立的网络:
计算网络(GPU 网):
GPU ←→ PCIe Switch ←→ NIC ←→ ToR Leaf Switch ←→ Spine Switch
- 目的:GPU 之间高速交换梯度数据(AllReduce 等集合通信)
- 协议:RDMA(RoCEv2 或 InfiniBand)
- 每张 GPU 独占一个网口,8 卡机共 8 个网口接入 ToR
存储网络(管理/数据网):
CPU ←→ 存储网卡 ←→ 存储网络交换机 ←→ 分布式存储集群
- 目的:读取训练数据集、写 checkpoint、SSH 管理
- 带宽要求相对较低,千兆或万兆即可满足大多数场景
2.5 RoCE vs InfiniBand:核心选型对比
| 维度 | RoCEv2 | InfiniBand |
|---|---|---|
| 性能 | 基准 | 同等带宽下高 20%+ |
| 价格 | 相对便宜 | 约贵一倍 |
| 生态 | 以太网生态,运维门槛低 | 专有生态,运维复杂 |
| 典型配置 | CX6/CX7,8100G 或 8200G | NDR 400G |
| 适用场景 | 公有云、性价比集群 | 超大规模训练、对延迟极度敏感 |
运维建议:公有云 GPU 集群基本清一色 RoCEv2(如 CX6 8100 Gbps)。自建 IDC 追求极致训练性能首选 IB,但要做好 fabric 管理、子网管理器(SM)等运维工作的准备。
2.6 带宽瓶颈分析:三条关键链路
链路 1:同主机 GPU ↔ GPU(NVLink)
A100:单向 300 GB/s
A800:单向 200 GB/s
链路 2:GPU ↔ NIC(PCIe Gen4 Switch)
单向:32 GB/s(64 GB/s 双向 2)
链路 3:跨主机 GPU ↔ GPU(网卡)
100 Gbps = 12.5 GB/s(主流配置)
200 Gbps = 25 GB/s(接近 PCIe Gen4 单向)
400 Gbps = 50 GB/s(超过 PCIe Gen4 单向,需 Gen5 才能发挥)
关键结论:跨机通信带宽比机内 NVLink 慢 10~24 倍,这是大模型训练必须尽量减少跨机通信的根本原因。模型并行切分策略(TP/PP/DP 的选择)本质上是在优化这个带宽比值。
三、8H100/H800 服务器:新一代拓扑详解
3.1 H100 芯片内部结构
H100 使用台积电 4nm 工艺,芯片 layout 关键信息:
- 最下排:18 根 NVLink 4 lanes,双向总带宽 1850 GB/s = 900 GB/s
- 中间:L2 Cache(蓝色区域)
- 两侧:HBM3 显存(直接封装在芯片旁侧)
GPU 形态分两种:
- PCIe Gen5:标准服务器形态,性能略低
- SXM5:HGX 板形态,NVLink 直连 NVSwitch,性能更高,是训练集群首选
3.2 H100 主机内拓扑变化
与 A100 相比,H100 主机的主要升级点:
| 项目 | A100 | H100 |
|---|---|---|
| NVSwitch 数量 | 6 颗 | 4 颗 |
| CPU 互联 | PCIe Gen4 x16(64 GB/s 双向) | PCIe Gen5 x16(128 GB/s 双向) |
| 每卡 NVLink 带宽 | 600 GB/s(双向) | 900 GB/s(双向) |
| 显存 | HBM2e,~2 TB/s | HBM3,3.35 TB/s |
| 标配网卡 | CX6,100 Gbps | CX7,400 Gbps |
NVSwitch
3.3 H100 组网
标配 CX7(ConnectX-7),400 Gbps,这是因为:
- PCIe Gen5 单向 64 GB/s,能支撑 400 Gbps(≈50 GB/s)充分发挥
- A100 时代用 400 G 网卡受限于 PCIe Gen4(单向 32 GB/s),网卡带宽无法充分利用
- 计算网络推荐 NDR IB 或 400G RoCE
四、L40S 服务器:性价比款的架构取舍
4.1 L40S 定位与核心差异
L40S 是 2023 年面向性价比市场的 GPU,对标 A100。最大特点:
- 交货周期短(无 HBM 依赖,无 NVLink,绕开了供应链瓶颈)
- 使用 GDDR6 显存代替 HBM,成本低,不依赖 SK 海力士/三星的 HBM 先进封装产能
- 砍掉 FP64 和 NVLink,降低成本,也绕开了出口管制
- 不适合训练基座大模型(原因见下文带宽分析)
4.2 官方推荐架构:单机 4 卡(”2-2-4″)
官方推荐 4 卡而非 8 卡,原因如下:
推荐 4 卡拓扑(2-2-4):
2 CPU
2 双口 CX7(每张 2200 Gbps)
4 L40S GPU(直连 CPU PCIe Gen4 x16)
1 存储网卡
关键特征:去掉了 CPU 和 GPU 之间的 PCIe Switch 层,GPU 和网卡直连 CPU 自带 PCIe 接口,每张 GPU 平均 200 Gbps 网络带宽。
不推荐 8 卡(2-2-8)原因:
- 8 卡需要引入 2 颗 PCIe Gen5 Switch 芯片,单片约 1 万美元,整机多出 2 万美元成本
- PCIe Gen5 Switch 供应商单一,交货周期长(产能受限)
- 平摊到每张 GPU 的网络带宽减半
4.3 L40S 卡间通信路径:绕外一圈
L40S 没有 NVLink,同主机 GPU 之间通信有两条路径:
路径 1(通过 CPU):
GPU0 ←PCIe→ CPU ←PCIe→ GPU1
带宽:PCIe Gen4 x16 单向 32 GB/s(受 CPU PCIe 控制器瓶颈)
路径 2(通过网络,NCCL 推荐方式):
GPU0 ←PCIe→ NIC ←RoCE/IB→ NIC ←PCIe→ GPU1
带宽:200 Gbps ≈ 25 GB/s(网卡单向线速)
官方推荐路径 2,新版 NCCL 已针对 L40S 做适配,默认走网络绕一圈。前提是必须部署 200 Gbps 网络,否则性能发挥不出来。
4.4 L40S 与 A100 卡间带宽对比
L40S:200 Gbps ≈ 25 GB/s(网卡线速,单向)
A100:NVLink 单向 300 GB/s = 12 200 Gbps
A800:NVLink 单向 200 GB/s = 8 200 Gbps
结论:L40S 卡间带宽比 A100 慢约 12 倍,比 A800 慢约 8 倍。这是 L40S 不适合训练通信密集型基础大模型的根本原因——AllReduce 通信会成为巨大瓶颈。适合推理、微调、通信量较小的训练任务。
4.5 测试注意事项
即使只测单机 4 卡,也需要搭配 200 Gbps 交换机,否则卡间性能根本发挥不出来。裸测(只接管理网)得到的多卡性能数据是无效的。
五、8H20:面向中国市场的折中方案
H20 是 2023 年发布、2024 年正式交付的产品,专门填补 A800/L40S 等被美国禁售后的中国市场空缺。
5.1 核心规格
显存:8 96 GB = 768 GB(每卡 96 GB,比 A800 的 80 GB 多 20%)
单卡最大功耗:500 W(8 卡整机 4000 W)
CUDA 版本支持:12.2
5.2 卡间互联:NVLink 18 lanes
$ nvidia-smi topo -m
GPU0 GPU1 GPU2 GPU3 GPU4 GPU5 GPU6 GPU7
NV18 NV18 NV18 NV18 NV18 NV18 NV18 ...
NV18 意味着 18 条 NVLink lane,双向带宽 1850 GB/s = 900 GB/s(单向 450 GB/s)。对比 A800 的 8 lanes/400 GB/s,NVLink 互联带宽大幅提升。
5.3 训练性能实测(与 A800 对比)
| GPU 节点 | 吞吐(samples/sec) |
|---|---|
| 8A800-80 GB | ~30 |
| 8H20-96 GB | ~21 |
H20 的纸面算力相比 A800 阉割了约一半,但通过更大显存(96 GB vs 80 GB)和更强 NVLink 带宽(900 GB/s vs 400 GB/s)补偿,实际性能下降幅度约 30%。
选型建议:H20 是当前国内市场大显存需求(如 70B+ 参数模型推理、量化精度要求高的场景)的最优解,单节点 768 GB 显存可以承载极大的模型。但训练性能不如 A800,适合推理或对算力要求不那么极端的场景。
六、华为昇腾 910B:完整技术栈实探
6.1 NVIDIA 与华为术语对照表
| NVIDIA | 华为 | 功能 |
|---|---|---|
| GPU | NPU/GPU(混用) | 通用并行处理器 |
| NVLink | HCCS(华为缓存一致性系统) | GPU 卡间高速互联 |
| InfiniBand | HCCN(华为缓存一致性网络) | RDMA 网络协议栈 |
nvidia-smi | npu-smi | GPU 命令行管理工具 |
| CUDA | CANN(华为神经网络计算架构) | GPU 编程框架 |
| DCGM | DCMI(DaVinci 卡管理接口) | 底层监控/管理 API |
6.2 产品定位
- 训练:昇腾 910B,对标 NVIDIA A100/A800
- 推理:Atlas 300 系列,对标 NVIDIA T4
6.3 训练机器两种形态
x86 底座:
- 客户迁移适配工作量小,兼容性好
- 功耗较高(16 卡机 12KW)
ARM 底座(鲲鹏系列):
- 华为云主力提供形态
- 液冷方案,功耗大幅降低(16 卡机仅 4.5 KW,不到 x86 的 40%)
- “性能/功耗”比更优,但软件生态适配工作量更大
操作系统默认为 EulerOS(基于 CentOS,华为自研):
$ cat /etc/os-release
EulerOS release 2.0 (SP10)
NAME="EulerOS"
6.4 实机配置(鲲鹏底座 8910B版权声明:本文遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,若要转载请务必附上原文出处链接及本声明,谢谢合作! )
机型:physical.kat2ne.48xlarge.8.ei.pod101
CPU:Kunpeng 920(448 Core @ 2.6 GHz),ARM 架构,共 192 核
内存:2464 GB DDR4
网卡:2100G + 8200G(RDMA)
冷却:浸没式液冷
CPU 识别:
$ cat /proc/cpuinfo | grep "CPU implementer"
CPU implementer : 0x48 # 0x48 = 华为海思
6.5 GPU 管理:npu-smi
基础信息查看:
$ npu-smi info
| NPU Name | Health | Power(W) | Temp(C) | HBM-Usage(MB) |
| 0 910B1 | OK | 88.4 | 46 | 4175 / 65536 |
| 1 910B1 | OK | 92.1 | 47 | 4175 / 65536 |
...
- GPU 型号:910B1
- HBM 显存:64 GB/卡
核心利用率监控:
$ npu-smi info -t usages -i 0
HBM Capacity(MB) : 65536
HBM Usage Rate(%) : 4
Aicore Usage Rate(%) : 0 # AI 核心使用率(类比 NVIDIA 的 GPU Util)
Aivector Usage Rate(%) : 0
Aicpu Usage Rate(%) : 0
HBM Bandwidth Usage Rate(%): 0
实时频率信息:
$ npu-smi info -t common -i 1
Aicore Freq(MHZ) : 1800 # 额定频率
Aicore curFreq(MHZ) : 800 # 当前实际频率(空载时降频)
Aicore Count : 24
NPU Real-time Power(W): 93.4
6.6 卡间互联:HCCS 拓扑
$ npu-smi info -t topo
NPU0 NPU1 NPU2 NPU3 NPU4 NPU5 NPU6 NPU7
NPU0 X HCCS HCCS HCCS HCCS HCCS HCCS HCCS
NPU1 HCCS X HCCS HCCS HCCS HCCS HCCS HCCS
...
官方公布 910B 卡间互联带宽为 392 GB/s(双向),接近 A800 的 400 GB/s。但注意:互联拓扑结构不同,HCCS 与 NVSwitch Full-mesh 的实际通信效率有差异,在 AllReduce 等集合通信场景中性能可能有所不同。
6.7 RDMA 网卡管理:hccn_tool
华为的 RDMA 网卡需要用专有工具管理,不是 ethtool/ip 等标准工具:
查看网卡状态(类似 ethtool):
$ hccn_tool -i 3 -status -g
Speed: 200000Mb/s # 200 Gbps 网卡
查看网卡统计(QP/CQ 分配等):
$ hccn_tool -i 3 -hw_stats -g
qp_alloc: 1
cq_alloc: 1
查看 LLDP(直连交换机信息):
$ hccn_tool -i 3 -lldp -g
Port ID TLV: 400GE1/1/20:2
System Description: Versatile Routing Platform Software
# 华为自家交换机,VRP 操作系统
RDMA 网卡配置文件:
$ cat /etc/hccn.conf
address_0=29.1.137.205
netmask_0=255.255.0.0
gateway_0=29.1.0.1
send_arp_status_0=1
# ... 共 8 张 RDMA 网卡(对应 8 张 NPU)
RDMA 连通性测试:
$ hccn_tool -i 3 -ping -g address 29.1.137.205
recv seq=0, time=1.418000ms
recv seq=1, time=0.034000ms
3 packets transmitted, 3 received, 0.00% packet loss
6.8 Linux 设备文件
$ ls /dev/davinci*
/dev/davinci0 /dev/davinci1 ... /dev/davinci7
/dev/davinci_manager # GPU 管理设备
$ ls /dev/hisi_hdc # HDC 管理设备(Host-Device Communication)
$ ls /dev/devmm_svm # 内存管理设备(SVM = Shared Virtual Memory)
6.9 容器运行时配置
华为 Ascend 容器运行时(ascend-docker-runtime)配置:
// /etc/docker/daemon.json
{
"runtimes": {
"ascend": {
"path": "/usr/local/Ascend/Ascend-Docker-Runtime/ascend-docker-runtime",
"runtimeArgs": []
}
},
"default-shm-size": "8G",
"default-runtime": "ascend"
}
启动带 GPU 的容器(必须挂载的设备和目录):
$ docker run -itd \
--cap-add=SYS_PTRACE \
--net=host \
--shm-size="32g" \
# 8 张 GPU 设备
--device=/dev/davinci0 --device=/dev/davinci1 \
--device=/dev/davinci2 --device=/dev/davinci3 \
--device=/dev/davinci4 --device=/dev/davinci5 \
--device=/dev/davinci6 --device=/dev/davinci7 \
# 管理设备
--device=/dev/davinci_manager \
--device=/dev/devmm_svm \
--device=/dev/hisi_hdc \
# 驱动和工具挂载
-v /usr/local/dcmi:/usr/local/dcmi \
-v /usr/local/Ascend/driver:/usr/local/Ascend/driver \
-v /usr/local/bin/npu-smi:/usr/local/bin/npu-smi \
--name <container_name> <image> /bin/bash
运维注意:DCMI 接口库(libdcmi.so)在 /usr/local/dcmi/ 下,是监控采集的关键依赖,务必挂载正确。K8s 部署目前(截至文章整理时)问题较多,建议优先 Docker 运维,或等待 Ascend 设备插件(device plugin)成熟。
七、华为 DaVinci 架构演进:从手机到数据中心
7.1 架构设计理念
华为 DaVinci 架构的核心目标是:一种架构,覆盖从手机 NPU 到数据中心训练 GPU 的所有算力场景。
传统处理器矩阵:
| 处理器 | 逻辑控制能力 | 并行计算能力 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| CPU | 强 | 弱 | 通用计算、OS、调度 |
| GPU | 弱 | 强(通用并行) | 图形渲染、矩阵计算、大模型训练 |
| NPU/TPU | 最弱 | 专用极强 | 神经网络推理,效率最高 |
DaVinci 引入 3D Cube 加速矩阵运算,在单位芯片面积和单位功耗下,神经网络任务性能比 CPU/GPU 大幅提升。
7.2 手机芯片路线(麒麟系列)
麒麟系列芯片将 NPU 集成到手机 SoC 内部,随 Mate 系列高端机型迭代:
| 芯片 | 年份 | 工艺 | 代工 | NPU 算力 |
|---|---|---|---|---|
| Kirin 970 | 2017 | 10nm | 台积电 | 1.92 TFLOPS FP16,全球首款手机内置 NPU |
| Kirin 990 5G | 2019 | 7nm+ | 台积电 | DaVinci 架构,2+1 Core |
| Kirin 9000 5G | 2020 | 5nm | 台积电 | DaVinci 2.0,2+1 Core |
| Kirin 9000s | 2023 | 7nm(中芯国际) | SMIC | 有 NPU,参数未公开 |
Kirin 9000 是台积电 5nm 最高制程产品,被美国制裁断供后,Mate 50 系列被迫改用高通芯片。Kirin 9000s 是华为回归,采用中芯国际 7nm 工艺,制程落后但已实现国产替代。
7.3 数据中心路线(昇腾 Ascend 系列)
Ascend 310(2019)—— 推理:
- 采用 DaVinci D-mini 版本
- 纸面算力对标 NVIDIA T4
- 搭载在 Atlas 系列加速卡中
Ascend 910(2019)—— 训练:
- 发布时对标 Google TPU v3
- 有完整公开论文(HPCA
版权声明:本文遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,若要转载请务必附上原文出处链接及本声明,谢谢合作! 2021) - 支持组建计算集群(类比 NVLink 域组集群)
Ascend 910B(2023)—— 当前主力训练 GPU:
- 对标 NVIDIA A800
- 算力基本对齐 A800,卡间互联带宽仍有差距(392 GB/s vs 400 GB/s)
- 科大讯飞等国内大厂反映经联合优化后,在特定场景可达 A100 水平
- 已有国内大模型基于纯昇腾集群完成训练
7.4 GPU 与 NPU 的双向演进趋势
值得关注的是,GPU 和 NPU 正在相互渗透:
- GPU 引入神经网络专用单元:NVIDIA Tensor Core(V100 起)、Transformer Engine(H100)
- NPU 引入通用计算能力:昇腾系列逐步支持更通用的矩阵和向量运算
两者的边界正在模糊,未来很可能在”专用 AI 加速器”这一形态上收敛。
八、CPU vs GPU vs NPU:选型决策框架
8.1 典型使用场景矩阵
| 场景 | 推荐硬件 | 原因 |
|---|---|---|
| 大模型预训练(>10B 参数) | H100/H800 SXM(或 910B 集群) | 最高算力+NVLink 大带宽 |
| 大模型微调(SFT/RLHF) | A800/H800 | 性价比均 |
| 推理服务(高吞吐) | L40S 或 T4/A10 | 成本敏感,推理算力充足 |
| 推理服务(超大模型) | H20 | 大显存(96 GB),可放下更大模型 |
| 边缘推理 | 昇腾 310 / NVIDIA T4 | 低功耗,推理算力够用 |
| 手机端 AI | 麒麟 Kirin SoC(NPU)/ 高通 NPU | 集成 SoC,最低功耗 |
8.2 训练场景网络带宽需求
训练规模与网络配置的对应关系:
| 模型规模 | 推荐组网 | 原因 |
|---|---|---|
| ≤7B,单机 | 无需跨机网络 | 8 卡 NVLink 足够 |
| 7B~70B,多机 | 100G/200G RoCE | 满足 DP+TP 并行需求 |
| 70B+,大规模集群 | 400G IB 或 400G RoCE | AllReduce 通信量大,带宽敏感 |
| 千亿参数,超大规模 | 400G IB + NVLink Switch | 跨机 NVLink 互联,减少网络瓶颈 |
九、运维架构师的关键决策清单
基于以上所有内容,整理出一套可操作的决策和检查清单。
9.1 服务器选型检查项
□ 明确算力需求(训练 or 推理,模型参数量)
□ 显存容量(模型加推理框架 overhead 后能放入显存)
□ NVLink 版本和带宽(训练场景关键指标)
□ GPU 形态(PCIe vs SXM,训练首选 SXM)
□ PCIe 版本(Gen4 vs Gen5,配合网卡选型)
□ 功耗和散热(空调/液冷规划,总功率预算)
□ 交货周期(HBM 依赖 → 周期长,GDDR6 → 周期短)
□ 出口管制状态(A100/H100 vs A800/H800/H20,能否采购)
9.2 组网设计检查项
□ 计算网络与存储网络是否物理/逻辑隔离
□ 每张 GPU 是否有独占网口(避免共享争抢)
□ 选 RoCEv2 还是 IB(预算、性能要求、运维能力)
□ ToR 交换机端口数与超发比(GPU 服务器:存储服务器一般建议 1:1 单独网络)
□ RoCE 需配置 PFC(Priority Flow Control)和 ECN,是否已规划
□ IB 需部署子网管理器(SM),是否已规划高可用
□ 网卡与 PCIe 版本是否匹配(400G 网卡需 PCIe Gen5)
9.3 NUMA 感知部署检查项
□ 用 nvidia-smi topo -m 确认 GPU 与 NIC 的拓扑关系
□ GPU 与其对应 NIC 应在同一 PCIe Switch 下(PXB),避免 SYS
□ 训练进程绑核时考虑 NUMA 亲和性(CPU Affinity 列)
□ 跨 NUMA 的 GPU-NIC 对会引入额外延迟,排查性能问题时注意
9.4 华为昇腾运维检查项
□ 确认底座 CPU(x86 or ARM/鲲鹏),ARM 功耗优势显著
□ 操作系统 EulerOS 与现有运维工具链兼容性
□ RDMA 网卡配置用 hccn_tool,而非标准 ethtool/ip
□ /etc/hccn.conf 配置 8 张 RDMA 网卡 IP/网关
□ 容器运行时配置 ascend-docker-runtime,并挂载所有必要设备
□ 监控采集通过 DCMI(npu-smi -t usages/common)接入现有监控平台
□ K8s 部署成熟度评估,目前问题较多建议观望或充分测试
9.5 常见性能问题诊断思路
多卡训练吞吐不达预期:
1. 检查 NVLink 带宽(nvidia-smi nvlink --status)
2. 检查卡间拓扑是否 full-mesh(nvidia-smi topo -m)
3. 检查网络带宽(iperf3/qperf,跨机通信场景)
4. 检查 NCCL 日志(NCCL_DEBUG=INFO),看是否 fallback 到 P2P or SHM
GPU 利用率低:
1. 检查 HBM 带宽使用率(DCGM 指标)
2. 检查 PCIe 带宽是否成为数据加载瓶颈
3. 检查 DataLoader 是否跟上(CPU 预处理 + 存储网络是否够用)
容器内 GPU 不可见:
NVIDIA:检查 nvidia-container-runtime 安装和 daemon.json 配置
华为:检查所有 /dev/davinci* 设备是否全部传入,驱动目录是否挂载
总结
NVIDIA 体系:掌握 PCIe、NVLink、NVSwitch、HBM 这四层互联/存储技术的演进逻辑,是理解所有 GPU 服务器拓扑设计的基础。8A100 的”2-2-4-6-8-8″架构是目前部署最广的模板,H100 在每一层都做了升级(Gen5 PCIe、NVLink4、HBM3),L40S 则用牺牲卡间带宽换取成本和交货期优势,H20 是专为中国市场设计的大显存折中方案。
华为昇腾体系:DaVinci 架构覆盖了从手机 NPU(麒麟系列)到数据中心训练 GPU(昇腾 910B)的完整产品线。910B 在算力上对标 A800,但软件生态、工具链和运维体系与 NVIDIA 有相当差距,需要专门的适配工作。
核心选型原则:训练看 NVLink 带宽 + 算力,推理看显存容量 + 功耗效率,组网看 RDMA 类型 + 拓扑,监控看 DCGM/DCMI + 全链路带宽可观测性。
