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AI智算发展趋势
在数字化时代,AI大模型以前所未有的速度推动电信智算业务发展,技术进步使 AI大模型训练的算力需求爆发式增长,给电信行业带来机遇与挑战。AI大模型训练需海量计算和存储资源,如GPT系列,GPT-3有1750亿参数,GPT-4 有超 1.7 万亿参数。2013 至2024年,算力需求增长数十万倍,远超单卡算力和显存增速,业界用分布式训练 Scale Out 网络连 GPU,模型常需上万
甚至十万张 GPU 集群提供算力。近年来,人工智能在多领域成就显著,2023年 ChatGPT爆火,至 2024年,AI大模型训练对网络需求有新变化,Scale Out 网络通常为Spine-Leaf 组网,提供大规模、无阻塞、高带宽、低时延环境,实现 GPU 与 GPU、GPU 与存储高效连接。
AI大模型发展为电信智算业务带来前景,也对算力和网络提出更高要求IDC 发布的 2024年V1版《全球人工智能和生成式人工智能支出指南》显示,2027 年全球 AIIT 总投资规模有望增至 5124.2 亿美元,年复合增长率 31.1%,全球生成式 AI市场年复合增长率或达 85.7%,规模将接近 1500亿美元。如何满足AI业务快速发展的诉求,已经成为当前智算网络面临的重点问题。
智算业务对网络的核心要求
随着 AI技术的飞速发展,AI模型的规模不断扩大,AI业务的参数量呈现指数级增长的趋势,千亿、万亿的参数规模的大模型对网络提出了更高的要求
(1)超大规模组网需求
AI模型的参数量以每年 10倍的速度增长。在之前的AI应用里,大多数训练的任务都是基于单卡或者单机完成的,但在大模型时代,需要千卡、万卡协同完成同一个任务。
当前 ChatGPT 在参数规模上已经达到了千亿级别,这意味着训练超大 AI模型需要数千/万卡 GPU 组成的集群高速互联。以 ChatGPT 为例,共投入近 10000块 GPU 训练了约 30 天,使用了超 4STB、共 3000 亿单词的海量数据集,目前仍在快速持续增长。此外,按照现有ChatGPT的规模来计算,如果用一张A100卡训练,需要32年;从存储来看,大模型具有350G的存储空间,运行时也会产生大量的参数存储,最终可能生成几个T的数据量,而GPU单卡的显存容量为80G,如果要训练这样的大模型,意味着需要上千张甚至上万张卡同时运行。
(2)超高带宽组网需求
AI大模型训练是一种带宽敏感的计算业务。传统的中小模型训练往往只需要少量 GPU 服务器参与,跨服务器的通信需求相对较少,其互连网络带宽可以沿用数据中心通用的 100Gbps 带宽接入。但在千亿甚至万亿参数级的 AI 大模型训练过程中,需要在不同的 GPU 网卡之问传输大量参数、梯度信息,对数据中心网络的传输带宽有着更高的要求。以千亿参数规模的 AI模型为例,服务器内和服务器问的部分集合通信会产生百GB量级的通信数据量,因此服务器内和服务器间GPU都需要支持高速互联,目前,各厂商纷纷将接入带宽升级到800Gbps、1.6Tbps 来加速训练性能。腾讯星脉网络为每个计算节点提供 1.6T 的超高通信带宽,带来10倍以上的通信性能提升。
(3)超低时延组网需求
在 AI大模型的大规模训练集群中,如何满足低时延、高吞吐的机间通信,提高 GPU 有效计算时间占比,对于 AI分布式训练集群的效率提升至关重要。为保障 AI大模型训练的高频计算和数据传输的效率,网络的传输延迟需要从ms提至 us等级,避免 GPU 计算等待数据传输导致算力效率的下降。
时延由静态时延和动态时延两种类型组成。静态时延包括数据串行时延、设备转发时延和光/电传输时延。静态时延取决于转发芯片的能力和数据传输的距离,通常为固定值且很容易预测,目前业界普遍为ns级或者亚us级,在网络总时延占比小于 1%。动态时延包括重传排队时延和主机处理时延。动态时延由网络拥塞和丢包引起,对网络性能影响较大。降低动态时延,相当于减少计算芯片和存储介质的等待时问,提高计算和存储的效率。因此降低网络时延的关键是解决动态时延问题。
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