深度評測 "算力猛獸"浪潮NF5468A5 GPU服務(wù)器

北京2022年7月11日 /美通社/ -- 近日，浪潮信息推出AI服務(wù)器 NF5468A5"超值機(jī)型 限免試用"活動。浪潮NF5468A5是一款性能強(qiáng)大、應(yīng)用場景廣泛的GPU服務(wù)器，硬件設(shè)計合理，可最大化發(fā)揮核心組件的性能優(yōu)勢，并通過分區(qū)散熱設(shè)計保障服務(wù)器穩(wěn)定運(yùn)行,同時廣泛兼容主流加速卡，計算性能強(qiáng)大，以更靈活的計算架構(gòu)最大程度地滿足用戶在圖像識別、自然語言處理、語音識別等多場景應(yīng)用需求，專業(yè)測評媒體將其比喻為"算力猛獸"。

本文將圍繞NF5468A5整體設(shè)計及性能測試進(jìn)行深度測評解讀，展現(xiàn)HPL、內(nèi)存帶寬、AI訓(xùn)練、AI推理、視頻編解碼、HASH等應(yīng)用場景的各類測試數(shù)據(jù)，如對該AI服務(wù)器感興趣可以申請參加試用活動。

NF5468A5是浪潮推出的一款面向AI訓(xùn)練和AI推理、視頻編解碼等多種應(yīng)用場景的全能型GPU服務(wù)器，在4U空間內(nèi)搭載2顆AMD EPYC處理器，支持多達(dá)8張雙寬加速卡。浪潮官網(wǎng)顯示，這款產(chǎn)品已經(jīng)支持NVIDIA、AMD、Intel、寒武紀(jì)、燧原等多家業(yè)界主流AI加速卡。

本次拿到的樣機(jī)采用如下配置：

接下來，筆者將從系統(tǒng)解析、性能測試這兩個方面對浪潮NF5468A5服務(wù)器進(jìn)行測評。

1. NF5468A5系統(tǒng)解析

1.1 整體系統(tǒng)設(shè)計

浪潮NF5468A5 AI服務(wù)器采用了4U機(jī)架式機(jī)箱，高x寬x深為175mm x 478mm x 830mm。整體風(fēng)格簡約、硬朗，不論做工、還是用料、細(xì)節(jié)，均彰顯出大廠品質(zhì)。

前面板沿用浪潮一貫穩(wěn)重的黑色，六邊形的格柵結(jié)構(gòu)由金屬制成，可以將風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的湍流風(fēng)切割成平穩(wěn)的平流風(fēng)，從而更平穩(wěn)的吹向服務(wù)器內(nèi)部。前面板右上角，電源鍵下方是ID、Reset按鍵和系統(tǒng)狀態(tài)指示燈，前面板左上角則是VGA、兩個USB 3.0接口和管理接口。前面版的豐富接口，充分考慮了運(yùn)維人員的工作場景，十分便捷。

從后窗來看，NF5468A5在4U空間內(nèi)提供了8個全高全長雙寬PCIe x16的物理插槽，支持最新PCIe Gen4,雙向通信帶寬高達(dá)64GB/s,相比PCIe Gen3,功耗不變,但通信性能提升1倍。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)品還提供了3個全高全長單寬x16物理槽位，可支持25G/100G/200G雙口光纖，或者千兆/萬兆RJ45網(wǎng)卡以及8/16端口12Gb/s RAID卡，可滿足客戶對網(wǎng)絡(luò)及存儲的要求。同時可支持1個OCP 3.0網(wǎng)卡專用插槽，支持熱插拔，將網(wǎng)卡更換時間從20分鐘縮短到1分鐘，能夠大幅提高運(yùn)維效率。

NF5468A5支持4個電源模組，可以提供1600W~3000W功率的80 PLUS鉑金電源模塊，效率高達(dá)94%,可選3+1冗余或者2+2冗余，多種組合的冗余電源設(shè)計，充分考慮了不同配置AI服務(wù)器的負(fù)載情況，保障穩(wěn)定性。

整個服務(wù)器采用非常緊湊的布局設(shè)計，總共分成四個功能區(qū)域，從前往后依次是：磁盤存儲區(qū)、系統(tǒng)散熱區(qū)、處理器+內(nèi)存區(qū)、GPU+IO擴(kuò)展區(qū)。

下面我們先看下CPU和內(nèi)存。這臺樣機(jī)搭配了2顆AMD EPYC 7543處理器，核心數(shù)達(dá)到了32核心64線程，基準(zhǔn)主頻2.8GHz，最大加速時鐘頻率3.7GHz，L3 Cache 256MB，功耗225W。另外，浪潮官網(wǎng)介紹NF5468A5可支持2顆AMD基于"Zen3"微架構(gòu)內(nèi)核的EPYC Milan-X處理器，最高128個核心256線程、1536MB L3 Cache 以及18 GT/s XGMI互連鏈路，CPU TDP最大支持280W。樣機(jī)配置了16根32G DDR4內(nèi)存，同時可以看到服務(wù)器主板整齊排布了32個DDR4內(nèi)存插槽，最大容量可達(dá)8TB，內(nèi)存總帶寬750GB/s，支持RDIMM/LRDIMM等類型的內(nèi)存條。NF5468A5強(qiáng)勁的處理器性能、巨大的內(nèi)存容量和帶寬，特別適合AI計算、云計算、HPC以及企業(yè)各類業(yè)務(wù)的工作負(fù)載。

筆者手上的這臺NF5468A5，最吸引眼球的是本次測試樣機(jī)搭配了8顆NVIDIA A100 40G加速卡，從京東網(wǎng)上的報價看，8張A100的價格已經(jīng)與一款中高端轎車相當(dāng)，這究竟是一款什么樣的AI服務(wù)器，筆者將帶大家一探究竟。

我們來重點看一下NF5468A5的GPU模組。樣機(jī)搭配了8張NVIDIA A100 PCIE 40GB GPU加速卡，由于每張卡功耗高達(dá)250W，服務(wù)器也給GPU板卡配置了單獨供電線，保證GPU卡的穩(wěn)定工作。為了滿足PCIE卡的高功率運(yùn)行，我們看到NF5468A5在GPU板上專門設(shè)計了4個用于大電流通流的bus bar，據(jù)浪潮的工程師介紹，bus bar的通流能力可以達(dá)到2880W，這對于各類PCIE加速卡的支持是非常強(qiáng)勁的。

NF5468A5提供了對豐富外插卡的支持，針對A100這種全高全長的卡配置了專用支架，搭配尾部鎖片進(jìn)行固定，這樣能增強(qiáng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中震動、跌落情況下的可靠性。我們翻開尾部鎖片，旋轉(zhuǎn)藍(lán)色旋鈕，就能非常順利的取下GPU進(jìn)行更換，這種針對PCIE卡免工具的操作非常人性化。

1.2 系統(tǒng)散熱設(shè)計

從浪潮官網(wǎng)產(chǎn)品介紹中看到NF5468A5可以支持2顆280W CPU+8顆300W的GPU，在177mm的空間內(nèi)浪潮究竟是如何實現(xiàn)的？筆者找浪潮工程師拿到了系統(tǒng)風(fēng)流圖，從中可以看出，系統(tǒng)整體風(fēng)道采用前進(jìn)后出的方式，散熱風(fēng)流主要從前面板的硬盤及下方開孔處進(jìn)入系統(tǒng)。風(fēng)流經(jīng)系統(tǒng)風(fēng)扇后通過導(dǎo)風(fēng)罩的分配，一部分進(jìn)入下層前排CPU和內(nèi)存通道，一部分繼續(xù)往后吹；經(jīng)過CPU和內(nèi)存后的風(fēng)及未被預(yù)熱的風(fēng)大部分流向后方上面3U空間的GPU，小部分流向下面1U空間；最后經(jīng)后面板流出系統(tǒng)。如此巧妙的風(fēng)道設(shè)計和精準(zhǔn)的風(fēng)流控制，足見浪潮作為全球AI領(lǐng)導(dǎo)廠商深厚的設(shè)計功底。

這款服務(wù)器將整機(jī)柜產(chǎn)品中"風(fēng)扇墻"的設(shè)計理念搬到了4U機(jī)箱中，"風(fēng)扇墻"一共由6組可以單獨維護(hù)的子風(fēng)扇模組組成，風(fēng)扇后部搭配了流線型設(shè)計的導(dǎo)風(fēng)罩，覆蓋了從風(fēng)扇到GPU中間的區(qū)域，但整個導(dǎo)風(fēng)罩并沒有完全擋住風(fēng)扇的出風(fēng)區(qū)域，結(jié)合上面系統(tǒng)風(fēng)流圖也證明是為實現(xiàn)CPU和GPU獨立風(fēng)道的引流設(shè)計，避免風(fēng)流的串?dāng)_，無論多"強(qiáng)悍"的CPU和GPU都可以馴服。

1.3 架構(gòu)設(shè)計

筆者查找了海外網(wǎng)站相關(guān)浪潮產(chǎn)品的介紹資料，找到一張產(chǎn)品的拓?fù)鋱D，發(fā)現(xiàn)有別于傳統(tǒng)CPU-PCIE Switch-GPU的設(shè)計，浪潮產(chǎn)品采用CPU-GPU直連方式。跟浪潮工程師確認(rèn)，送測的NF5468A5也采用類似設(shè)計。工程師介紹，由于省去了PCIE Switch，2顆CPU與GPU的通訊延遲能降低200~300ns，同時GPU到CPU的通信帶寬可以達(dá)到256GB/s，較GPU通過PCIE Switch只有1條與CPU PCIE通路比，帶寬提升4倍，這種極致的互聯(lián)架構(gòu)設(shè)計，有助于提升GPU與CPU間數(shù)據(jù)通信的帶寬，有效降低數(shù)據(jù)的處理延遲。

2. NF5468A5性能測評

2.1 HPL測試

樣機(jī)搭配2顆AMD EPYC 7543處理器，這款處理器是32 核 64 線程，基準(zhǔn)主頻2.8GHz，L3 Cache 256MB，最大加速時鐘頻率最高可達(dá)3.7GHz，功耗225W。為了能夠了解CPU實際性能，下面將采用HPL基準(zhǔn)軟件進(jìn)行測試。

在計算機(jī)基準(zhǔn)測試軟件中，HPL是應(yīng)用最廣泛的基準(zhǔn)測試程序之一。通過使用高斯消元法對稠密線性方程組進(jìn)行求解，HPL可以準(zhǔn)確測試系統(tǒng)浮點計算指標(biāo)。在每年全球超級計算機(jī)排名TOP500中，HPL測試性能是唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)。

由于筆者拿到的設(shè)備是一臺未預(yù)裝任何軟件的裸金屬服務(wù)器，為了進(jìn)行相關(guān)測試，首先在上面安裝了Ubuntu20.04操作系統(tǒng)。

然后用HPL軟件測試了系統(tǒng)的浮點運(yùn)行能力。通過如下命令，將測試進(jìn)程和CCD進(jìn)行綁定。

在運(yùn)行之前，還需要設(shè)置核心運(yùn)行在最高頻率，清除系統(tǒng)緩存，并開啟大頁內(nèi)存等設(shè)置，保證獲得當(dāng)前平臺最高性能。

最終測試浮點計算速度為2.69 TFLOPS，根據(jù)當(dāng)前AMD平臺理論浮點計算速度，計算效率達(dá)到93.74%。

2.2 內(nèi)存帶寬測試

我們用業(yè)界主流的測試軟件STREAM對NF5468A5的內(nèi)存帶寬進(jìn)行了測試，測試參數(shù)如下：

在運(yùn)行前，清除系統(tǒng)緩存并且開啟透明大頁內(nèi)存設(shè)置等，設(shè)置參數(shù)如下：

通過以上編譯和運(yùn)行過程中優(yōu)化，STREAM測試結(jié)果為373 GB/s，根據(jù)當(dāng)前平臺理論內(nèi)存帶寬409.6 GB/s,實測內(nèi)存帶寬效率達(dá)到91.1%。應(yīng)該說，這個效率非常高了。

2.3 訓(xùn)練性能測試

下面我們來測試NF5468A5的AI訓(xùn)練性能。樣機(jī)配置8張NVIDIA A100 PCIE 40GB GPU，這款GPU采用Ampere架構(gòu)，基于7nm制造工藝，包含了超過540億個晶體管，擁有6912個CUDA核心，搭載了40GB HBM2內(nèi)存，具備1.6TB/s的內(nèi)存帶寬，F(xiàn)P64性能9.7 TFLOPS，F(xiàn)P32性能19.5 TFLOPS，F(xiàn)P16性能312 TFLOPS。

筆者從github網(wǎng)站上的公共倉庫https://github.com/mlcommons/training_results_v1.0中下載了MLPerf Training V1.0代碼，并使用這套代碼按照以下測試步驟在NF5468A5上訓(xùn)練ResNet50模型。MLPerf是一套衡量機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)性能的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，將在標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)下訓(xùn)練或推理機(jī)器學(xué)習(xí)模型的時間，作為一套系統(tǒng)性能的測量標(biāo)準(zhǔn)。MLPerf由圖靈獎得主大衛(wèi)·帕特森（David?Patterson）聯(lián)合谷歌、斯坦福、哈佛大學(xué)等單位共同成立，是國際上最有影響力的人工智能基準(zhǔn)測試之一。ResNet50是計算機(jī)視覺領(lǐng)域中最經(jīng)典的圖像分類模型，廣泛應(yīng)用于圖像識別、自動駕駛等場景。

MLPerf代碼提供了容器配置文件，我們可以很方便的通過配置文件在自己的服務(wù)器設(shè)備上創(chuàng)建鏡像環(huán)境,鏡像中包含cuda、cudnn、nccl、mxnet等上層組件。但是在運(yùn)行容器之前，還需要在Host OS中安裝NVIDIA GPU Driver、docker、nvidia-docker這些基礎(chǔ)軟件。

首先，筆者參考https://docs.nvidia.com/datacenter/tesla/tesla-installation-notes/index.html#runfile 教程在Ubuntu20.04操作系統(tǒng)中下載并安裝了R470.82.01版本的驅(qū)動；然后按照https://docs.nvidia.com/datacenter/cloud-native/container-toolkit/install-guide.html#docker 教程安裝docker和nvidia-docker。

通過以下命令構(gòu)建容器鏡像：

在測試之前，通過在nf5468a5_cxx.sh文中添加以下內(nèi)容綁定核心與進(jìn)程，最大化的利用系統(tǒng)中的計算資源，達(dá)到良好的負(fù)載均衡，保證獲得最優(yōu)的性能結(jié)果。

測試環(huán)境準(zhǔn)備完成，執(zhí)行以下指令開始測試：

測試結(jié)果為21486 images/sec，也就是35分鐘即可完成ResNet50模型的訓(xùn)練。參考最近幾期MLPerf訓(xùn)練榜單，搭載8張NVIDIA A100 40G GPU卡的服務(wù)器的最好成績是36.2分鐘?？梢哉f，在同等GPU配置的服務(wù)器中，浪潮NF5468A5的ResNet50訓(xùn)練性能是最好的。

2.4 推理性能測試

筆者也測試在目前推理場景中熱度最高的NVIDIA Tesla T4，這款精致的GPU卡只有75W，采用Turing架構(gòu), 在半高卡的尺寸內(nèi)集成320個Turing Tensor Core和2560個Turing CUDA Core，配備16GB GDDR6，支持FP32/FP16/INT8/INT4等多種精度的運(yùn)算，F(xiàn)P16的峰值性能為65T，INT8為130T，INT4為260T。 

推理性能測試同樣使用了MLPerf測試工具，本次測試是基于MLPerf Inference V1.0.復(fù)用了訓(xùn)練測試時使用的OS、docker、nvidia-docker等基礎(chǔ)軟件環(huán)境。

我們在NF5468A5搭載1張NVIDIA T4 GPU，使用github網(wǎng)站上的公開代碼https://github.com/mlcommons/inference_results_v1.0，按照如下步驟測試了ResNet50模型的推理性能：

同訓(xùn)練時一樣，首先要構(gòu)建容器鏡像：

然后執(zhí)行以下指令開始測試：

在圖像分類應(yīng)用場景中，使用ImageNet數(shù)據(jù)集，ResNet50測試結(jié)果是每秒處理5671.9 張圖片。我們了解到NVIDIA T4的ResNet50推理性能為每秒5000張圖片左右。應(yīng)該說，在NF5468A5上測得的T4推理性能非常好了。

筆者也拿到了寒武紀(jì)MLU270-S4推理加速卡。MLU270-S4采用TSMC 16nm工藝制造，集成16GB DDR4 內(nèi)存，支持ECC，同時兼容INT4和INT16運(yùn)算，理論峰值分別達(dá)到256TOPS和64TOPS。

我們發(fā)現(xiàn)NF5468A5對寒武紀(jì)的板卡也做了很好的兼容性適配，BMC可以顯示MLU270-S4的資產(chǎn)信息，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也根據(jù)MLU270-S4的功耗進(jìn)行了調(diào)整，相比A100，能夠明顯感覺到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速主動降低了。不得不說，浪潮服務(wù)器的散熱控制做得很精細(xì)。

我們在NF5468A5上插了1張MLU270-S4，測試了Caffe框架下的ResNet18、PyTorch框架下的GoogleNet以及TensorFlow下的ResNet101v1.5、VGG16和InceptionV3這幾個模型的推理性能，在使用int8精度時，計算性能分別為每秒7440、5800、2400、1400和1000張。

筆者分析，浪潮NF5468A5在訓(xùn)練和推理測試中能取得這么好的成績主要有三個原因：第一，ResNet50模型從算法上還是需要CPU進(jìn)行一定的圖像預(yù)取和處理操作，本次送測的AMD 7543具備32核心2.8GHz主頻，有助于圖像在CPU端的預(yù)處理工作；第二，NF5468A5采用CPU和GPU直連設(shè)計，有效降低數(shù)據(jù)的處理延遲，同時單個CPU與GPU通信帶寬高達(dá)128GB/s；第三，NF5468A5可以支持NVME SSD作為數(shù)據(jù)盤，通過將多顆NVME SDD數(shù)據(jù)盤組建RAID，可以極大的提升磁盤IO能力，在AI這種需要頻繁讀取數(shù)據(jù)的場景中，能夠非常有效的避免因為IO短板帶來的性能瓶頸。

2.5 視頻編解碼性能測試

筆者在NF5468A5服務(wù)器上也評測了浪潮自研的M10A加速卡。

據(jù)浪潮官網(wǎng)介紹，M10A是一款面向AI場景優(yōu)化設(shè)計的VPU(Video Processing Unit), VPU是一種全新的視頻處理核心引擎，將視頻處理功能做成ASIC芯片，具有硬件編碼、硬件解碼、硬件轉(zhuǎn)碼等視頻加速功能，可以減少服務(wù)器在視頻處理業(yè)務(wù)上的計算性能消耗和降低視頻傳輸對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。

M10A在8W功耗下可以提供16路1080P30視頻的加速能力，相當(dāng)于每路1080P視頻加速僅需0.5W。M10A針對H.265視頻格式壓縮算法進(jìn)行了特殊優(yōu)化，實測數(shù)據(jù)表明M10A的H.265編碼效果可以使得網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率翻倍，同時計算CPU負(fù)荷最低可降至2%，適用于直播、短視頻、云游戲、視頻會議等場景。

在FFMPEG視頻框架下，我們直接用軟件SDK中的demo腳本，測試了M10A在不同視頻分辨率下的性能數(shù)據(jù)，如下是16路1080P全高清視頻實時轉(zhuǎn)碼的性能測試情況：

在測試的過程中，我們發(fā)現(xiàn)M10A VPU芯片內(nèi)部是"多核"結(jié)構(gòu)，這將進(jìn)一步降低視頻處理延遲，提高多路視頻轉(zhuǎn)碼時的性能穩(wěn)定性。

從測試結(jié)果看到，M10A進(jìn)行16路1080P全高清視頻轉(zhuǎn)碼時，每路視頻轉(zhuǎn)碼性能都能達(dá)到33fps，達(dá)到了浪潮官方宣傳的性能。

另外，我們還測試了4K超高清和720P高清分辨率下的M10A的性能數(shù)據(jù)，分別可以達(dá)到4K 120fps和720P 960fps，解碼、編碼和轉(zhuǎn)碼的性能都是一致的。

在我們跟視頻行業(yè)技術(shù)大咖的交流中了解到，一張M10A的視頻處理能力相當(dāng)于一臺雙路服務(wù)器的性能，M10A具有高性能、低功耗的優(yōu)點，這對視頻行業(yè)來說是一個非常高性價比的解決方案。

2.6 HASH性能測試

除了前面講到的幾張加速卡，筆者也嘗試了其他板卡，比如主流的消費級顯卡RTX3090等，發(fā)現(xiàn)NF5468A5都做了很好的適配工作。

RTX3090采用第2代NVIDIA RTX架構(gòu)-NVIDIA Ampere架構(gòu)，采用8納米工藝，擁有10496個CUDA核心，搭載了24 GB GDDR6X內(nèi)存，384bit位寬。

下面，我們來看看浪潮5468A5搭載RTX3090顯卡在區(qū)塊鏈場景的性能。基于T-Rex這個知名的應(yīng)用軟件，筆者對業(yè)界主流的哈希算法進(jìn)行了性能測試。T-Rex不僅支持區(qū)塊鏈場景中最常用的ETHASH算法，也支持其他諸如BLAKE3、MTP等哈希算法。

針對每種HASH算法，我們使用了t-rex軟件的benchmark模型，在單個3090顯卡上進(jìn)行測試，每次測試持續(xù)10分鐘時間，并記錄了最終的性能數(shù)據(jù)，如下表所示。

浪潮NF5468A5+單卡RTX3090 HASH算法測試結(jié)果

其中ETHASH算法的單卡性能達(dá)到了108MH/s。

這在很大程度上得益于NF5468A5優(yōu)秀的散熱設(shè)計。RTX3090的功耗高達(dá)350W，在區(qū)塊鏈場景，顯卡通常是7*24小時運(yùn)行，因此對散熱的要求非常高。筆者監(jiān)控了整個測試過程中的GPU功耗和溫度情況，發(fā)現(xiàn)在長達(dá)半天的測試過程中，雖然GPU功耗長期維持在330~340W之間，但是GPU的溫度一直維持在60℃左右，甚至在多卡同時運(yùn)行時，GPU的溫度也能保持在60℃左右，可以看出NF5468A5的散熱設(shè)計做得相當(dāng)不錯。

3. NF5468A5服務(wù)器測評總結(jié)

通過對產(chǎn)品外觀和內(nèi)部設(shè)計的評測，我們看到，浪潮NF5468A5在產(chǎn)品設(shè)計上，存儲、計算、風(fēng)扇、GPU擴(kuò)展等各模塊簡潔明朗，尤其是巧妙的分區(qū)散熱設(shè)計有效實現(xiàn)CPU與GPU模組的分流，豐富的存儲+IO擴(kuò)展性，同時人性化的設(shè)計以扎實的做工，也彰顯出浪潮對產(chǎn)品細(xì)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)和大廠雄厚的設(shè)計實力。

在整體實際性能的綜合測試，得益于浪潮高效的產(chǎn)品架構(gòu)，最大發(fā)揮CPU與GPU之間的通訊效能，處理器計算效率達(dá)到93.74%，實測內(nèi)存帶寬373 GB/s，搭配8張A100訓(xùn)練ResNet50模型得到每秒處理21486張圖片的驚人算力，在ImageNet數(shù)據(jù)集下進(jìn)行ResNet50推理測試展現(xiàn)超出T4標(biāo)稱13%的圖片處理能力，這臺算力猛獸全方位的表現(xiàn)，相信給筆者和大家都留下了深刻的印象。

此外，ETHASH算法單卡性能突破100MH/s；很好地支持寒武紀(jì)國產(chǎn)推理卡，輕松實現(xiàn)每秒處理圖片超7000張；搭載視頻轉(zhuǎn)碼卡M10A展示了480fps 1080P視頻轉(zhuǎn)碼性能。浪潮NF5468A5還有很多意想不到的潛能，筆者期待進(jìn)一步的發(fā)掘，給大家?guī)砀实脑u測。