ابررایانش

پردازنده گرافیکی NVIDIA H200

بازدید: 297 آخرین به‌روزرسانی: 31 ارديبهشت 1404

مقدمه

پردازنده گرافیکی NVIDIA H200 Tensor Core یکی از ستون‌های اصلی هوش مصنوعی و HPC مدرن است که برای پاسخگویی به نیازهای رو به رشد مدل‌های زبانی بزرگ (LLMs)، هوش مصنوعی مولد و شبیه‌سازی‌های علمی طراحی شده است. H200 که بخشی از معماری Hopper است، بر پایه موفقیت‌های H100 و A100 ساخته شده و قابلیت‌های حافظه بهبود یافته و عملکرد بهینه‌شده برای وظایف داده‌محور را ارائه می‌دهد. این مقاله مشخصات فنی، پیشرفت‌های معماری، موارد استفاده اصلی و مقایسه‌ای جامع با A100، پردازنده‌ای پرکاربرد مبتنی بر معماری Ampere، را بررسی می‌کند. هدف ما ارائه درکی جامع از نقش H200 در پیشبرد فناوری محاسباتی است.

معماری و مشخصات فنی NVIDIA H200

پردازشگر گرافیکی H200 بر اساس معماری Hopper NVIDIA ساخته شده است که به نام پیشگام محاسبات، گریس هاپر، نامگذاری شده است. این معماری برای هوش مصنوعی، HPC و تحلیل داده‌ها طراحی شده و شامل چندین جزء نوآورانه است.

اجزای کلیدی معماری

هسته‌های تنسور: H200 مجهز به هسته‌های تنسور نسل چهارم است که برای عملیات ماتریسی حیاتی در یادگیری عمیق بهینه شده‌اند. این هسته‌ها از فرمت‌های دقت ترکیبی (FP8، FP16، BF16، INT8) پشتیبانی می‌کنند و تعادل بین کارایی (Performance) و دقت (Precision) را برقرار می‌کنند.

موتور ترنسفورمر: ویژگی برجسته معماری هاپر، موتور ترنسفورمر است که مدل‌های مبتنی بر ترنسفورمر، مانند پردازش زبان طبیعی (NLP) و هوش مصنوعی مولد (Generative)، را با تغییر پویا بین فرمت‌های FP8 و FP16 تسریع می‌کند.

حافظه HBM3e: پردازنده H200 اولین پردازنده گرافیکی است که از حافظه HBM3e با ظرفیت ۱۴۱ گیگابایت و پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه استفاده می‌کند، که نسبت به H100 با ۸۰ گیگابایت HBM3 و ۳.۳۵ ترابایت بر ثانیه بهبود چشمگیری دارد.

NVLink 4.0: با پهنای باند تا ۹۰۰ گیگابایت بر ثانیه بین پردازنده‌های گرافیکی، NVLink 4.0 ارتباط کارآمد در تنظیمات چندپردازنده‌ای (Multi-GPU) را تضمین می‌کند، که برای آموزش توزیع‌شده حیاتی است.

پردازنده چندنمونه‌ای (Multi-Instance GPU): فناوری MIG امکان تقسیم یک پردازنده گرافیکی به نمونه‌های مجزا را فراهم می‌کند و استفاده از منابع را در محیط‌های چندکاربره بهبود می‌بخشد.

مشخصات فنی

فرم فاکتورها (SXM، NVL): به نوع طراحی فیزیکی و اتصال H200 اشاره دارند:

SXM: یک فرم فاکتور ماژولار با کارایی بالا است که برای سرورهای مراکز داده طراحی شده و از طریق سوکت‌های اختصاصی به مادربورد متصل می‌شود. این فرم فاکتور برای سیستم‌هایی با NVLink 4.0 و پیکربندی‌های چندپردازنده‌ای بهینه است.

NVL: به پیکربندی‌های NVIDIA NVLink اشاره دارد که برای اتصال چندین پردازنده گرافیکی در یک سیستم استفاده می‌شود و امکان ارتباط سریع بین پردازنده‌ها (تا ۹۰۰ گیگابایت بر ثانیه پهنای باند) را فراهم می‌کند.

ویژگی‌ها و نوآوری‌ها

NVIDIA H200 چندین پیشرفت را معرفی می‌کند که عملکرد و کارایی آن را بهبود می‌بخشد:

افزایش ظرفیت حافظه: با ۱۴۱ گیگابایت حافظه HBM3e، H200 می‌تواند مدل‌های بزرگ‌تر را جای دهد، تأخیر انتقال داده را کاهش دهد و مدیریت کارآمد مدل‌های زبانی بزرگ مانند Llama-3.1 (405B) را امکان‌پذیر کند.

افزایش پهنای باند: پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه، ۱.۴ برابر بیشتر از H100، گلوگاه‌ها را در وظایف داده‌محور به حداقل می‌رساند.

وظایف داده‌محور (Data-Intensive Tasks) به فعالیت‌ها یا بارهای کاری محاسباتی اشاره دارند که نیاز به پردازش حجم بالایی از داده‌ها، انتقال سریع داده‌ها بین حافظه و پردازنده، یا مدیریت مجموعه‌های داده بزرگ دارند. این وظایف معمولاً به دلیل وابستگی زیاد به پهنای باند حافظه، ظرفیت حافظه، و توان محاسباتی، برای پردازنده‌های گرافیکی مانند NVIDIA H200 Tensor Core بسیار مناسب هستند.

بهره‌وری انرژی: H200 تا ۵0 درصد مصرف انرژی کمتری برای استنتاج مدل‌های زبانی بزرگ LLM نسبت به H100 ارائه می‌دهد و هزینه کل مالکیت (TCO) را کاهش می‌دهد.

هزینه کل مالکیت (Total cost of Ownership) به مجموع هزینه‌های مرتبط با خرید، راه‌اندازی، بهره‌برداری، نگهداری و در نهایت کنارگذاری یک دارایی یا سیستم، مانند پردازنده گرافیکی NVIDIA H200، در طول عمر مفید آن اشاره دارد.

مقیاس‌پذیری: ادغام با پلتفرم HGX NVIDIA و سوئیچ‌های NVLink امکان پشتیبانی از حداکثر هشت پردازنده H200 را فراهم می‌کند و کارایی را برای خوشه‌های بزرگ هوش مصنوعی مقیاس‌پذیر می‌کند.

کاربردها

NVIDIA H200 برای طیف گسترده‌ای از کاربردها طراحی شده است و از حافظه و قدرت محاسباتی بهبود یافته خود بهره می‌برد.

۱. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

H200 در آموزش و استنتاج مدل‌های زبانی بزرگ (LLMs) و هوش مصنوعی مولد، عملکردی بی‌نظیر ارائه می‌دهد. ظرفیت حافظه بالا و پهنای باند عظیم آن امکان پردازش مدل‌های پیچیده با میلیاردها پارامتر را فراهم می‌کند، در حالی که موتور ترنسفورمر سرعت پردازش وظایف مبتنی بر ترنسفورمر (مانند NLP و تولید محتوا) را افزایش می‌دهد.

مثال ۱: آموزش Llama-3.2 90B

مدل Llama-3.2 با ۹۰ میلیارد پارامتر برای آموزش به حداقل ۶۴ گیگابایت حافظه بدون وابستگی‌های اضافی نیاز دارد. H200 با ۱۴۱ گیگابایت حافظه HBM3e می‌تواند کل مدل و داده‌های آموزشی را در حافظه نگه دارد، که گلوگاه‌های انتقال داده به حافظه سیستم را حذف می‌کند. بنچمارک‌ها نشان می‌دهند H200 زمان آموزش این مدل را تا 55 درصد نسبت به A100 کاهش می‌دهد، که برای شرکت‌های تحقیقاتی که مدل‌های زبانی پیشرفته توسعه می‌دهند (مانند Meta AI)، حیاتی است.

مثال ۲: استنتاج بلادرنگ برای چت‌بات‌های پیشرفته

در برنامه‌هایی مانند چت‌بات‌های مبتنی بر GPT یا Grok (محصول xAI)، H200 توان عملیاتی استنتاج ۳۱,۷۱۲ توکن در ثانیه را برای Llama2 70B ارائه می‌دهد، که تقریباً ۴ برابر سریع‌تر از A100 است. این سرعت برای ارائه پاسخ‌های بلادرنگ در پلتفرم‌های خدمات مشتری (مانند پشتیبانی آنلاین یک شرکت مخابراتی) یا دستیارهای مجازی (مانند Siri یا Alexa) ضروری است. موتور ترنسفورمر H200 با تغییر پویا بین فرمت‌های FP8 و FP16، دقت و سرعت را متعادل می‌کند.

مثال ۳: تولید محتوای تصویری با Stable Diffusion

در هوش مصنوعی Generative، H200 می‌تواند مدل‌های تولید تصویر مانند Stable Diffusion را با سرعت بالا پردازش کند. برای تولید تصاویر 4K با داده‌های ورودی چندوجهی (متن و تصویر)، حافظه ۱۴۱ گیگابایتی H200 امکان بارگذاری همزمان مدل و داده‌های ورودی را فراهم می‌کند، در حالی که پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه تأخیر پردازش را کاهش می‌دهد. این قابلیت برای استودیوهای انیمیشن یا پلتفرم‌های تولید محتوای خودکار (مانند MidJourney) بسیار ارزشمند است.

۲. محاسبات با کارایی بالا (HPC)

NVIDIA H200 برای شبیه‌سازی‌های علمی و محاسباتی که نیاز به پردازش مجموعه‌های داده عظیم و محاسبات پیچیده دارند، طراحی شده است. پهنای باند حافظه بالا و هسته‌های تنسور نسل چهارم آن عملکردی بی‌رقیب در وظایف HPC ارائه می‌دهند.

مثال ۱: شبیه‌سازی کرومودینامیک کوانتومی (MILC)

در فیزیک ذرات، برنامه MILC برای شبیه‌سازی کرومودینامیک کوانتومی شبکه‌ای استفاده می‌شود که نیاز به پردازش داده‌های چندترابایتی دارد. H200 تا ۱۱۰ برابر سریع‌تر از CPUهای سنتی و ۲ برابر سریع‌تر از A100 در این وظیفه عمل می‌کند. این سرعت برای آزمایشگاه‌های تحقیقاتی که شبیه‌سازی‌های پیچیده فیزیکی انجام می‌دهند (مانند CERN)، امکان تحلیل سریع‌تر داده‌ها و پیشرفت در تحقیقات را فراهم می‌کند.

مثال ۲: پیش‌بینی آب‌وهوا

مدل‌سازی آب‌وهوا، مانند پیش‌بینی‌های بلندمدت یا تحلیل طوفان‌ها، به پردازش مجموعه‌های داده عظیم (مانند داده‌های ماهواره‌ای و حسگرهای زمینی) وابسته است. H200 با پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه می‌تواند این داده‌ها را به سرعت پردازش کند و شبیه‌سازی‌های دقیق‌تری را در زمان کمتر ارائه دهد. برای مثال، سازمان‌های هواشناسی مانند NOAA از چنین پردازنده‌هایی برای پیش‌بینی‌های بلادرنگ استفاده می‌کنند، که در مدیریت بلایای طبیعی حیاتی است.

مثال ۳: شبیه‌سازی مولکولی در داروسازی

در کشف دارو، شبیه‌سازی‌های مولکولی برای تحلیل تعاملات پروتئین-دارو نیاز به محاسبات سنگین و داده‌های پیچیده دارند. H200 می‌تواند مجموعه‌های داده مولکولی بزرگ را در حافظه ۱۴۱ گیگابایتی خود جای دهد و با هسته‌های تنسور، محاسبات دینامیک مولکولی را تسریع کند. برای مثال، یک شرکت داروسازی مانند Pfizer می‌تواند از H200 برای سرعت بخشیدن به توسعه داروهای جدید برای بیماری‌هایی مانند سرطان استفاده کند.

۳. تحلیل کلان داده (Big Data Analytics)

H200 در پردازش و تحلیل مجموعه‌های داده عظیم در حوزه‌های تجاری، علمی، و اجتماعی کاربرد دارد. توانایی آن در مدیریت داده‌های پراکنده و انجام محاسبات موازی، آن را برای تحلیل کلان داده ایده‌آل می‌کند.

مثال ۱: تحلیل رفتار مشتری در تجارت الکترونیک

پلتفرم‌هایی مانند Amazon یا دیجی‌کالا از تحلیل کلان داده برای پیش‌بینی رفتار مشتری و بهینه‌سازی زنجیره تأمین استفاده می‌کنند. H200 می‌تواند داده‌های تراکنشی عظیم (مانند تاریخچه خرید میلیون‌ها کاربر) را با سرعت بالا پردازش کند. پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه و NVLink 4.0 امکان تحلیل بلادرنگ در خوشه‌های چندپردازنده‌ای را فراهم می‌کند، که برای پیشنهاد محصولات شخصی‌سازی‌شده یا مدیریت موجودی حیاتی است.

مثال ۲: تحلیل شبکه‌های اجتماعی

در تحلیل گراف‌های اجتماعی (مانند شبکه‌های توییتر یا اینستاگرام)، H200 می‌تواند داده‌های گرافی عظیم (مانند ارتباطات بین کاربران) را پردازش کند. برای مثال، یک شرکت بازاریابی دیجیتال می‌تواند از H200 برای شناسایی الگوهای رفتاری در شبکه‌های اجتماعی و هدف‌گذاری تبلیغات با دقت بالاتر استفاده کند. حافظه ۱۴۱ گیگابایتی امکان بارگذاری گراف‌های بزرگ را در یک GPU فراهم می‌کند.

۴. هوش مصنوعی سازمانی و استقرار ابری

H200 با قابلیت‌های مقیاس‌پذیری و فناوری Multi-Instance GPU (MIG) برای محیط‌های سازمانی و ابری که نیاز به ارائه خدمات هوش مصنوعی به چندین کاربر دارند، بسیار مناسب است. این GPU هزینه‌های زیرساختی را کاهش داده و توان عملیاتی را افزایش می‌دهد.

مثال ۱: خدمات ابری هوش مصنوعی

ارائه‌دهندگان ابری مانند ابررایانه سیمرغ، AWS یا Google Cloud از H200 برای ارائه خدمات استنتاج LLM به مشتریان استفاده می‌کنند. با فناوری MIG، یک H200 می‌تواند به چندین نمونه مجزا تقسیم شود، به طوری که هر نمونه یک وظیفه خاص (مانند ترجمه زبان، تولید متن، یا تحلیل تصویر) را برای یک مشتری متفاوت انجام دهد. این قابلیت برای استارتاپ‌هایی که به خدمات ابری وابسته‌اند، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. برای مثال، یک شرکت ترجمه آنلاین می‌تواند از H200 برای ارائه ترجمه بلادرنگ به هزاران کاربر استفاده کند.

مثال ۲: سیستم‌های توصیه‌گر سازمانی

شرکت‌های پخش آنلاین مانند Netflix یا آپارات از سیستم‌های توصیه‌گر برای پیشنهاد محتوا به کاربران استفاده می‌کنند. H200 می‌تواند داده‌های کاربر (مانند تاریخچه تماشا) را به سرعت پردازش کند و پیشنهادات شخصی‌سازی‌شده را با تأخیر کم ارائه دهد. موتور ترنسفورمر و پهنای باند بالای H200 این فرآیند را تسریع می‌کند، که تجربه کاربری را بهبود می‌بخشد.

مثال ۳: خودکارسازی فرآیندهای سازمانی

در صنایع تولیدی، H200 می‌تواند برای تحلیل داده‌های حسگرهای صنعتی (مانند داده‌های خط تولید خودرو) و خودکارسازی فرآیندها استفاده شود. برای مثال، یک کارخانه خودروسازی مانند ایران‌خودرو می‌تواند از H200 برای پردازش داده‌های بلادرنگ حسگرها و بهینه‌سازی تولید (مانند تشخیص نقص در قطعات) استفاده کند. NVLink 4.0 و مقیاس‌پذیری H200 امکان ادغام در سیستم‌های بزرگ صنعتی را فراهم می‌کند.

۵. پردازش چندوجهی و برنامه‌های نوظهور

NVIDIA H200 برای برنامه‌های چندوجهی که داده‌های متنوع (متن، تصویر، صدا) را ترکیب می‌کنند و همچنین برای فناوری‌های نوظهور مانند متاورس و رباتیک مناسب است.

مثال ۱: مدل‌های چندوجهی مانند CLIP

مدل‌هایی مانند CLIP (برای تحلیل همزمان متن و تصویر) نیاز به پردازش داده‌های چندوجهی دارند. H200 می‌تواند داده‌های متنی و تصویری را به طور همزمان در حافظه ۱۴۱ گیگابایتی خود پردازش کند، که برای برنامه‌هایی مانند جستجوی تصویری (مانند Google Lens) یا تولید محتوای چندرسانه‌ای مفید است.

مثال ۲: رباتیک و رانندگی خودکار

در رباتیک، H200 می‌تواند داده‌های حسگرهای LIDAR، دوربین و رادار را برای آموزش سیستم‌های رانندگی خودکار پردازش کند. برای مثال، شرکت‌هایی مانند Tesla از GPUهای مشابه برای شبیه‌سازی سناریوهای رانندگی و بهبود الگوریتم‌های خودران استفاده می‌کنند. پهنای باند ۴.۸ ترابایت بر ثانیه و هسته‌های تنسور H200 پردازش بلادرنگ این داده‌ها را ممکن می‌سازد.

مثال ۳: متاورس و واقعیت افزوده

در پلتفرم‌های متاورس (مانند Horizon Worlds)، H200 می‌تواند رندر گرافیک‌های سه‌بعدی، پردازش تعاملات کاربر، و تحلیل داده‌های بلادرنگ را انجام دهد. حافظه بالا و NVLink 4.0 امکان پردازش همزمان داده‌های گرافیکی و هوش مصنوعی را در محیط‌های مجازی فراهم می‌کند.

مقایسه با NVIDIA A100

آموزش و استنتاج LLM: H200 برای آموزش و استنتاج مدل‌های زبانی بزرگ ۳–۴ برابر سریع‌تر از A100 عمل می‌کند، که عمدتاً به دلیل موتور ترنسفورمر و پهنای باند حافظه بالاتر آن است.

هزینه و دسترسی

A100 با قیمت تقریبی ۱۰,۰۰۰ دلار مقرون‌به‌صرفه‌تر است، در حالی که H200 با قیمت تخمینی ۳۲,۰۰۰ دلار عرضه می‌شود. با این حال، پردازش سریع‌تر H200 می‌تواند هزینه‌ها را در بارهای کاری حساس به زمان جبران کند. A100 به طور گسترده در دسترس است، در حالی که H200، که در سه‌ماهه دوم ۲۰۲۴ عرضه شد، با تقاضای بالا و محدودیت‌های احتمالی عرضه مواجه است.

ولی آیا می‌دانستید ابررایانه سیمرغ خدمات اجاره پردازنده گرافیکی NVIDIA H200 را نیز ارائه می‌کند؟

مناسب بودن برای بارهای کاری

A100: برای استقرارهای قدیمی، محیط‌های چندمنظوره و پروژه‌های با بودجه محدود که نیاز به عملکرد قابل اعتماد در هوش مصنوعی و HPC دارند، ایده‌آل است. در حالیکه H200 برای تحقیقات پیشرفته هوش مصنوعی، مدل‌های زبانی بزرگ و وظایف HPC با نیاز به حافظه بالا که عملکرد و کارایی حیاتی هستند، مناسب است.

A100 vs H200

هزینه و دسترسی

ولی آیا می‌دانستید ابررایانه سیمرغ خدمات پردازنده گرافیکی NVIDIA H200 را نیز ارائه می‌کند؟

مناسب بودن برای بارهای کاری

جمع‌بندی

پردازنده گرافیکی NVIDIA H200 Tensor Core یک نیروی محرک برای هوش مصنوعی و HPC است که ظرفیت حافظه، پهنای باند و عملکرد بی‌نظیری ارائه می‌دهد. پیشرفت‌های آن در معماری Hopper، به‌ویژه حافظه HBM3e و موتور ترنسفورمر، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای وظایف هوش مصنوعی و محاسبات علمی نسل بعدی تبدیل می‌کند. در مقایسه با A100، H200 عملکرد برتری ارائه می‌دهد اما با هزینه بالاتر، که سازمان‌ها باید نیازهای خاص خود را برای انتخاب مناسب ارزیابی کنند. با افزایش تقاضای هوش مصنوعی و HPC، H200 آماده است تا نوآوری را در صنایع مختلف هدایت کند.

ابررایانه سیمرغ مفتخر است که به عنوان اولین ارائه کننده خدمات A100 و H200، گامی بزرگ در جهت پیشرفت روزافزون صنعت هوش مصنوعی در کشور عزیز ایران بردارد.