北京2023年9月21日 /美通社/ -- 随着生成式AI快速发展，人工智能在各行各业广泛应用，AI算力需求剧增，AI芯片多元化趋势凸显，带来了芯片开发成本高、多元芯片使用难等挑战。近日，浪潮信息面向全行业公布了《开放加速规范AI服务器设计指南》（以下简称《指南》）。《指南》基于浪潮信息在开放加速计算领域丰富的产品研发和工程实践经验，为AI加速卡和系统设计提供参考，大幅缩短AI加速卡与AI服务器的适配周期，促进生成式AI多元算力发展，助力用户把握生成式AI爆发带来的算力产业巨大机遇。
AI算力需求爆发，芯片多元化难题亟需破解
当前，生成式AI技术飞速发展，引领了新一轮AI创新浪潮。随之而来的是生成式AI算力需求猛增，推动算力产业转型升级。Henessy和Patterson在几年前的《计算机架构的新黄金时代》中就引入了特定领域体系架构（Domain Specific Architectures，DSAs）的概念，即随着通用算力技术的演进逐渐减缓，针对特定问题或领域定制计算架构变得愈发重要。基于DSAs思想设计的AI计算芯片，在特定人工智能工作负载下展现出超越通用芯片的处理能力，这极大地推动了多元化AI芯片的发展。
目前，全球已有上百家公司投入新型AI加速芯片的开发，但也带来了新的挑战。主要表现在，单机性能、功耗和扩展性更高，算力平台规模更大，对卡间互联、网络带宽和延迟提出了更高的要求。加速卡间通信的数据量越来越多，仅仅通过传统的PCIe P2P通信已经无法满足超大规模深度学习模型的要求。
为了解决这些问题，芯片公司相继推出了各自非标准PCIe CEM形态的AI加速卡，这些新形态的AI加速卡支持更高的功耗和更强大的卡间互联能力。但不同厂商采用不同技术路线，导致不同芯片需要定制化的系统硬件平台承载，系统平台研发通常大约需要6到12个月的时间。专有AI计算硬件系统开发周期长、研发成本高，严重阻碍了新型AI加速芯片的研发创新和应用推广。
OAI架构为超大规模深度神经网络模型而生
开放计算组织OCP在2019年发布了专门面向大模型训练的开放加速计算（OAI）系统架构。Mezz扣卡形态的加速器具备更高的散热和互联能力，可以承载具有更高算力的芯片。同时，它有非常强的跨节点扩展能力，可以很轻易地扩展到千卡、万卡级的平台，支撑大模型的训练。这个架构是天然适用于超大规模深度神经网络训练的计算架构。
但是，在产业落地过程中，很多厂商所开发的加速卡依然存在硬件接口不统一、互连协议不统一，同时软件生态互不兼容，带来了新型AI加速卡系统适配周期长、定制投入成本高的落地难题，导致算力供给和算力需求之间的剪刀差不断加大，行业亟需更加开放的算力平台，以及更加多元的算力支撑大模型的训练。
此外，由于各种类型AI芯片的连接接入标准不同，用户在使用多元AI芯片系统时还会遇到系统适配、芯片驱动、互联互通、功耗管理、安全传输、易用性等各类问题，使用户在部署多元AI芯片算力系统时面临巨大挑战。
从开放加速基板到千卡算力平台落地，浪潮信息的多元算力之路
芯片多元化、芯片生态割裂化是人工智能发展道路上必须要解决的挑战。基于这一洞察，浪潮信息从2018年就开始布局，持续推进开放加速规范（OAM）建立和产品技术创新，力图从系统架构层面帮助芯片厂商降低适配周期和研发成本，助力用户更快速、更方便地使用多元AI算力。
浪潮信息做的首要工作是打造一款通用加速器基板UBB，能够兼容多种OAM芯片，并在此基础上研发计算系统。2019年，浪潮信息开发出了首个开放加速计算系统MX1。MX1采用高带宽、双供电等技术，21英寸系统可支持多种符合OAM规范的AI加速器，芯片互联总带宽达到224Gbps，并提供全互联（Fully-connected）和混合立体互联HCM（Hybrid Cube Mesh）两种互联拓扑，方便用户针对不同神经网络模型，根据芯片通信的需求灵活设计芯片互联方案。
MX1推出后，市场需求表明，多元芯片大规模落地需要整机服务器的支持，因此浪潮信息又投入力量进行OAM服务器的研发。2021年，浪潮信息发布业界首款OAM服务器NF5498A5，在19英寸机箱中集成集成8颗OAM加速卡和2颗高性能CPU，卡间互连带宽448 GB/s。2022年，推出液冷OAM服务器"钱塘江"，实现8颗OAM加速器和两颗高功耗的CPU的液冷散热，液冷散热覆盖率超过90%，基于"钱塘江"构建的液冷OAM智算中心解决方案，千卡平台稳定运行状态下PUE值小于1.1。今年又发布了新一代开放加速AI服务器NF5698G7，支持8颗OAM高速互联的Gaudi2加速器，基于全PCIe Gen5链路，H2D互联能力提升4倍，提供强大的大模型训练和推理能力。
同时，针对多元芯片管理和调度难题，浪潮信息推出了AIStation人工智能平台，可高效调度30多款AI芯片。通过适配浪潮信息提供的AI芯片算力接入规范，AI芯片即可快速接入AIStation平台，帮助用户降低多元AI芯片的使用和管理难度。
浪潮信息的多元AI算力产品方案得到了众多用户的认可，已经在多个智算中心应用落地，成功支持GPT-2、源1.0及实验室自研蛋白质结构预测等多个超大规模巨量模型的高效训练，并部署了智能写诗助手应用，让人们亲身体验源1.0大模型的超强语言智能，加速生成式AI应用落地。
面向全行业公布《指南》，以开放规范应对生成式AI挑战
基于丰富的多元算力产品研发和工程实践经验，浪潮信息于近期面向全行业公布了《开放加速规范AI服务器设计指南》，希望帮助业界高效开发符合开放加速规范的AI加速卡，并大幅缩短与AI服务器的适配周期，为用户提供最佳匹配应用场景的AI算力产品方案。
《指南》指出，开放加速规范AI服务器设计应遵循四大设计原则，即应用导向、多元开放、绿色高效、统筹设计。在此基础上，应采用多维协同设计、全面系统测试和性能测评调优的设计方法。
具体而言，生成式AI计算系统是一体化高集成度算力集群。《指南》给出了从节点到集群的软硬全栈参考设计，指导系统厂商和芯片厂商在规划初期做好全方位、多维度的协同，最大化减少定制开发内容。
全面系统测试中，浪潮信息将在OAM领域创新实践中遇到的问题，细化放入《指南》之中，从而增强新研发系统的稳定性和可靠性。《指南》对结构、散热、压力、稳定性、软件兼容性等方面的测试要点进行了全面梳理，帮助用户进行更加全面、严苛的测试，最大程度降低系统生产、部署、运行过程中的故障风险，提高系统稳定性，减少断点对训练持续性的影响。
生成式AI对计算系统的性能要求更高。浪潮信息将在全球权威AI基准评测MLPerf等测试中问鼎冠军的实战测试优化经验，也呈现在了《指南》中。《指南》给出了基础性能、互连性能、模型性能测试的要点和指标，并指出了针对大模型训练和推理性能调优的要点，以确保开放加速规范AI服务器能够有效支撑当前主流大模型的创新应用。
面对生成式AI带来的算力挑战，浪潮信息将秉持开放、开源的理念，携手产业链上下游合作伙伴，加速推进多元AI算力产品方案落地，助力用户构建高效稳定的AI算力平台，照亮生成式AI的前路，推动更多行业加速智慧转型。
