链接未来的总线 NVLINK深度分析

GTC2014上，NVIDIA带来了NVLINK这一新技术，它很可能成为NVIDIA扩大份额、争夺大数据、移动计算时代霸主的核心技术。

在之前的GTC 2014上，NVIDIA在惯常的产品发展路线图展示上似乎并没有给出太多具有震撼性的内容。和之前人们预计NVIDIA将带来全新的Maxwell系列产品大相径庭的是，NVIDIA在GTC 2014上仅对新的Pascal架构做出了简单介绍，在诸如移动计算、云计算方面倒是有很多的内容，可惜距离我们普通消费者还是太远。不过技术的进步和市场的爆发并不是一蹴而就的，NVIDIA在GTC 2014上带来了一个新东西——NVLINK，这个很多用户都忽略、没有关注的全新技术，很有可能成为NVIDIA未来发展、扩大份额甚至争夺大数据、移动计算时代霸主地位的核心技术。

GTC 2014上，NVIDIA带来了很多新技术和新产品的介绍，对普通消费者来说，这一届的GTC似乎没有太多的亮点，也没有什么革命性的产品发布。这次GTC上，黄仁勋展示了旗舰级的GeForce Titan Z，NVIDIA下一代GPU——Pascal也亮相了。但是Maxwell的其他产品仍不见踪影，云计算之类的产品更是与己无关，还是有很多用户认为GTC 2014是乏味而无聊的一届。那么情况真的如此吗？答案显然是否定的。NVIDIA并非是一个没有目的性、缺少执行力的公司，多做少说，往往酝酿着背后的巨变。在GTC 2014上，和Pascal一同亮相的NVLINK，似乎就是NVIDIA推开下一个五年甚至十年发展的大门的钥匙，唯有通过它，人们才能管中窥豹般猜测NVIDIA的下一步棋。那么，NVIDIA应该如何走？NVLINK是什么？它的诞生有什么意义呢？

NVIDIA的高速总线

NVLINK是NVIDIA在GTC2014上展示的一种全新总线。这种总线的优势在于速度快、带宽高。根据NVIDIA公布的数据，NVLINK的速度可以达到目前PCI-E总线速度的5～12倍。

不过NVIDIA没有公布这样的带宽对比是在什么情况下达成的。惯例上，应该用NVLINK的基础单位“block”对比PCI-E总线的通道——每一个NVLINK的block（块）拥有八个通道，每个通道的速度为20Gb/s，八个通道合起来就是NVLINK一个block的速度：20GB/s。相比之下，目前P CI-E 3.0的单个通道速度快也不过只有2GB/s，在NVLINK和PCI- E的比拼中，NVLINK在单位速度上轻松取胜。

和PCI-E的通道可以合并获取更高速度相同的是，NVLINK也可以通过多个块的组合，在设备间达到令人惊讶的速度。以目前常见的PCI-E 3.0x16作为对比， PCI-E 3.0x16总线的双向带宽可以达到32GB/s，堪称PC系统中第二快的设备间总线（排名第一的是内存总线）。但是在16个块的NVLINK高达320GB/s的巨大带宽面前，这样的速度差了整整十倍。320GB/s是一个什么概念呢？目前Core i7 4960X在DDR31866四通道内存的辅助下，其内存带宽为大约为60GB/s；顶级的显卡GeForce GTX Titan Black的内存位宽为384bit，带宽大约为340GB/s。换句话来说，16个区块的NVLINK能够带来相当于目前顶级显卡显存带宽的超高传输速度，这是非常令人震惊的。从另一个角度来看，显卡核心和显存之间的数据交换通道是非常快速的，达到了340GB/s，但是显卡和CPU之间的数据交换受到PCI-E总线的影响，成为了瓶颈。NVLINK的出现，则是NVIDIA想打破这个瓶颈的宣言。从NVIDIA的介绍来看，NVLINK不但可以实现GPU和CPU之间的互联，还可以实现GPU和GPU之间的互联，未来CPU之间也很有可能使用NVLINK。从这一点来看，NVLINK的野心着实不小。

除了极高的速度外，NVIDIA在GTC大会上并没有披露太多有关NVLINK技术实现方面的内容。仅仅从官方幻灯片上的消息来看，NVLINK能够获得如此高的传输速度主要原因可能是频率发生器方面的改进。在功能方面，NVLINK目前支持PCI-E的编程模式，支持统一内存架构，在第二代NVLINK中，还将提供对缓存一致性技术的支持。此外，在供电模式方面，NVLINK能够提供更高的供电效率，接口本身就基本上可以满足显卡供电需求。

当然，由于基础架构的改进，NVLINK的物理结构和软件结构上和PCI-E会有比较大的差别。目前的早期版本NVLINK将使用类似中间接口的方式，部分数据通讯和指令还需要PCI-E来进行操作。从技术底层来讲，NVLINK和PCI-E应该有很多的相同之处，比如都是点对点的串行数据，但两者的信号体系又完全不同，因此造就了差异如此巨大的传输性能。

在产品方面，目前的GPU自然是不能支持NVLINK的，NVIDIA宣称，下一代Pascal架构的G PU可以开始提供对NVLINK的支持。不过初代的NVLINK肯定不会达到太高的速度，应该在同期PCI-E接口的5～8倍左右比较正常。即使如此，NVLINK也会有将近150GB/s～200GB/s的带宽，依旧非常惊人。除了NVIDIA自家的产品外，NVIDIA和IBM组成的Open Power联盟，也将使用NVLINK总线作为主要的数据传输通道。

NVIDIA在GTC 2014上对NVLINK的介绍，其速度可以达到PCI-E的5～12倍

NVLINK支持CPU和GPU、GPU和GPU、CPU和CPU的互连。

采用NVLINK总线的下一代GPU——Pascal，还采用了3D Memory技术，尺寸非常小。