文／VR陀螺 小鉆風

元宇宙最扎實的落地，還數(shù)工業(yè)。之所以這么說，其重要原因在于工業(yè)元宇宙的形態(tài)多為當前可大規(guī)模落地的數(shù)字孿生。近幾年，新一代智能制造對數(shù)字孿生的應用加快步伐 ，其背后的構建平臺如NVIDIA Omniverse也在快速升級。

被冠以“工業(yè)元宇宙”之稱的Omniverse除了客戶的不斷增多，本身功能的不斷迭代之外，支持其更好運作的以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺也更新至Spectrum－4，這意味著Omniverse與其數(shù)字孿生的構建工作將獲得更好的支持。

“虛擬世界對下一代人工智能至關重要”

英偉達網(wǎng)絡技術專家崔巖在講解Spectrum－4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺前，先闡述了虛擬世界對下一代人工智能的重要性，同時也道出了英偉達對虛擬世界的重視，以及Omniverse的誕生原因。

“英偉達在虛擬世界中占有特定位置，虛擬世界對下一代人工智能起著至關重要的作用�！�

圖源：英偉達

崔巖表示，英偉達從創(chuàng)建之初便致力于虛擬世界的模擬，包括游戲與計算機圖形方面的技術。多年以來，隨著互聯(lián)的虛擬世界持續(xù)推動下一代人工智能工作負載的持續(xù)發(fā)展，英偉達從工業(yè)和工程的角度來重新審視虛擬世界，從而構建了Omniverse，創(chuàng)建和模擬與現(xiàn)實世界無法區(qū)分的虛擬世界平臺。

這一系列舉措為實現(xiàn)數(shù)字孿生模型鋪平了道路，并廣泛應用于機器人仿真、數(shù)據(jù)科學建模、5G應用、自動駕駛汽車、智能工廠和氣候研究等等新的應用領域。

我們從英偉達近幾屆的GTC大會的主題演講環(huán)節(jié)也可知其一二，除去新發(fā)布的軟、硬件內(nèi)容，非常多的展示均圍繞AI以及各種數(shù)字孿生應用案例，包括“常客”寶馬的數(shù)字孿生工廠，自動駕駛汽車等等。

這些數(shù)字孿生，包含了小到細胞級微觀生物場景模擬，大到工廠的復制，自然氣象的模擬，甚至是完整地球的復刻，豐富龐雜的同時對精細度、精準度要求非常之高，與此同時還要做到實時且符合現(xiàn)實世界的物理規(guī)律，其難度可見一斑。

現(xiàn)在5G與云計算時代的到來加速了這一實現(xiàn)過程，同時，也讓Omniverse等能對數(shù)據(jù)孿生進行構建的平臺不斷升級，以應對如迅速增長的數(shù)據(jù)中心等諸多挑戰(zhàn)。

鑒于此，英偉達也于今年3月進行了新的Spectrum －4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺、專為運行Omniverse中復雜數(shù)字孿生模型而設計的OVX計算系統(tǒng)等重要更新、發(fā)布。

Omniverse計算系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡

英偉達新一代網(wǎng)絡平臺Spectrum－4

“真正的數(shù)字孿生實際上是一個實物世界的現(xiàn)實翻版，從更大規(guī)模的角度看，數(shù)字孿生是和物理世界相連的一個虛擬世界”。崔巖表示，真正的數(shù)字孿生必須滿足四大特征：

物理的準確性和真實性，必須遵循物理的定律；

不間斷的與物理世界進行同步，基本上實現(xiàn)即見即所得的同步體驗；

精準的時間運行，在多個計算節(jié)點上實現(xiàn)同步；

包括多個自治系統(tǒng)，多種的自治系統(tǒng)來支撐數(shù)字孿生技術。

據(jù)崔巖介紹，要構建類似寶馬未來工廠較完美的數(shù)字孿生應用場景，數(shù)字孿生需要利用英偉達加速計算的全部力量，因此英偉達于今年的GTC春季大會發(fā)布了專為運行Omniverse中復雜數(shù)字孿生模型而設計的OVX計算系統(tǒng)。

圖源：英偉達

OVX計算系統(tǒng)能更好地保持數(shù)據(jù)上的準確性，遵循物理的定律，讓數(shù)據(jù)中心具備可擴展性、低延時和精準時間的特點，來滿足前面講數(shù)字孿生的四大特征，也包括去支撐Omniverse數(shù)字孿生平臺，能夠更好的為客戶提供一個數(shù)字孿生的基礎設施。

第一代OVX服務器由8顆NVIDIA A40 RTX GPU和3塊 ConnectX－6 Dx 200Gbps網(wǎng)卡組成，且包含兩顆至強CPU、1TB系統(tǒng)內(nèi)存和16TB NVMe存儲。這使得NVIDIA OVX的SuperPOD能夠在工廠、城市、世界范圍構建實時性能的數(shù)字孿生系統(tǒng)。

而為了更好地支撐數(shù)據(jù)中心規(guī)模的應用，英偉達提供了OVX POD與OVX SuperPOD，并引入NVIDIA Spectrum－3交換機，提供200Gbps網(wǎng)絡架構，可以將32臺OVX服務器與高速網(wǎng)絡和高速存儲進行連接，提供低延時和精準定時，以同步物理世界和虛擬世界，滿足大規(guī)模行業(yè)數(shù)字孿生的實時仿真需求。

升級后的新一代Spectrum－4則能夠在整個在OVX  SuperPOD或多個SuperPOD組成的數(shù)字孿生計算系統(tǒng)架構上，提供一個更精準的、實時性更高的數(shù)字孿生基礎設施。Spectrum－4網(wǎng)絡平臺會在云或邊緣數(shù)字中心更全面、更好的支持Omniverse數(shù)字孿生，成為Omniverse計算系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡。

據(jù)介紹，Spectrum－4網(wǎng)絡平臺是一個400Gbps端到端的以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺，由三大硬件組件以及一系列軟件組成。

硬件組成主要包含：Spectrum－4以太網(wǎng)交換機，用以加速云網(wǎng)絡架構；領先的網(wǎng)絡適配器ConnectX－7智能網(wǎng)卡，以及可以編程的數(shù)據(jù)中心基礎設施BlueField－3 DPU。

圖源：英偉達

硬件之上則還有NVIDIA Cumulus Linux或SONIC網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、以及DOCA軟件框架。這一系列軟、硬件共同構成了Spectrum－4網(wǎng)絡平臺。

Spectrum－4網(wǎng)絡平臺作為一個完整的體系以400Gbps Spectrum－4以太網(wǎng)交換機為核心。

從參數(shù)提升角度來看，Spectrum－4交換機可以提供51．2Tpbs交換帶寬，12．8Tbps線速加密，在整個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳遞過程中數(shù)據(jù)始終保持加密狀態(tài)，并能以極高的網(wǎng)絡傳輸速度進行傳輸。其包轉發(fā)速率則可達37．6Bpps。

Spectrum－4以太網(wǎng)交換機采用了先進的交換ASIC芯片，集成有千億晶體管，由臺積電4N制程做芯片，在性能與功耗上都得到非常好的優(yōu)化。此外，它還提供最高128個400Gbps端口。

圖源：英偉達

與上一代Spectrum交換機產(chǎn)品相比，網(wǎng)絡帶寬有4倍提升，安全加密性能也會提升3倍，網(wǎng)絡性能與安全性均大大加強。

除去Spectrum交換機，崔巖還重點介紹了Spectrum－4另外兩個重要組件：NVIDIA ConnectX－7智能網(wǎng)卡與NVIDIA BlueeField－3 DPU：

ConnectX－7智能網(wǎng)卡，是從10Gbps到400Gbps多種速率的以太網(wǎng)網(wǎng)卡，可以為云、電信應用、人工智能、企業(yè)工作負載來提供數(shù)據(jù)中心規(guī)模的硬件加速，可以加速網(wǎng)絡、存儲、安全和管理服務。

BlueField－3 DPU，則是在Spectrum－4  端到端以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺中非常重要的組成部分，是第三代片上數(shù)據(jù)中心基礎設施，可以支持客戶從云端到核心數(shù)據(jù)中心，再到邊緣構建軟件定義、硬件加速IT基礎設施。

據(jù)介紹，“BlueField－3 DPU是業(yè)內(nèi)首款400Gbps DPU，與上一代產(chǎn)品比較帶寬增加了2倍，ARM CPU核的算力提升4倍，IPsec加密性能提升4倍，存儲讀寫性能提升2倍。所以是一套很完善的片上數(shù)據(jù)中心基礎設施，集成了最新的ConnectX－7智能網(wǎng)卡和一個16核的ARM  A78內(nèi)核CPU�！�

“同時，在這顆芯片里還集成DDR5內(nèi)存控制器和第五代PCIe交換機，有L2到L4網(wǎng)絡加密以及專用的加速引擎。所以，這些專用的加速引擎可以用于網(wǎng)絡、存儲、安全服務、機器學習、人工智能工作負載的硬件加速。有了DPU之后，更多是體現(xiàn)在硬件加速上，可以用一些硬件加速引擎來支撐一些數(shù)據(jù)中心基礎設施的功能，因此，在性能上會有大幅度的提升，同時，能夠釋放主機CPU原來在基礎設施方面的算力損耗。”

從軟件層面看，據(jù)崔巖介紹，英偉達在收購Mellanox與CUMULUS Networks之后，組成了英偉達網(wǎng)絡的新平臺，從底層芯片到底層系統(tǒng)、到網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、再到協(xié)議均有創(chuàng)新，并基于此為用戶提供網(wǎng)絡服務，使英偉達能夠提供開放的標準，賦能用戶快速構建開源網(wǎng)絡應用程序和協(xié)議。

此外，相當于網(wǎng)絡數(shù)字孿生的NVIDIA Air，可以在沒有設備、沒有搭建具體網(wǎng)絡的情況下，通過NVIDIA Air輔助網(wǎng)絡管理員做一個孿生網(wǎng)絡，簡化整個網(wǎng)絡部署，也可以給交換機部署節(jié)省95％時間。

崔巖在講到三個最重要的交換機特性時提到了：自適應路由、一流的加密功能，以及高效網(wǎng)絡大規(guī)模加速Omniverse。

圖源：英偉達

據(jù)介紹，Spectrum－4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺支持Omniverse數(shù)據(jù)孿生，讓其在應用數(shù)量、管理上都會有較大的提升。Spectrum－4作為高密度端口的交換機，性能非常強，對傳統(tǒng)的圖左側的葉脊架構的網(wǎng)絡有替代作用，用一臺Spectrum－4實現(xiàn)了相當于過去12臺交換機的網(wǎng)絡可簡化128節(jié)點的 OVX SuperPOD網(wǎng)絡連接。

這樣一個部署架構，對于網(wǎng)絡運維人員來講，從整個機柜空間到管理節(jié)點數(shù)都會有大幅度的改善，還會帶來10倍節(jié)能。由于其本身變成1臺交換機，所有的性能都在ASIC芯片內(nèi)做數(shù)據(jù)交換處理，以支持更大更多數(shù)據(jù)的服務，其延時性能也會有更大的提升。

最后，崔巖在回答Spectrum－4哪些功能將使其更好地成為Omniverse計算的骨干網(wǎng)絡時表示：

“從Spectrum－4網(wǎng)絡平臺的架構特性來看，Spectrum－4以太網(wǎng)交換機是業(yè)內(nèi)比較領先的交換機平臺，有51．2Gbps交換帶寬，12．8Tbps線速加密，37．6Bpps的包轉化速率，這幾個指標目前在以太網(wǎng)交換機里都是屈指可數(shù)的產(chǎn)品交換平臺，此外，還有前面介紹的自適應路由、數(shù)據(jù)中心間加密功能，能夠更好的滿足客戶在Omniverse計算上面的一些需求，能夠提升相應的性能。”

“另外一塊是Spectrum－4網(wǎng)絡平臺，能夠去跟NVIDIA  DGX、HGX、OVX這些計算系統(tǒng)做連接跟整合，給客戶提供一整套數(shù)據(jù)中心的基礎設施，來提供高吞吐量、高端口密度、高交換速率、高安全性開放的骨干網(wǎng)絡，讓客戶在這些人工智能或者數(shù)字孿生應用上有更好的網(wǎng)絡平臺。

當前，Spectrum－4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺的目標客戶為：大規(guī)模云計算客戶、有人工智能應用部署的企業(yè)客戶，以及對模擬仿真、數(shù)字孿生有需求的這三類客戶，在這些客戶手中，Spectrum－4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺會發(fā)揮巨大作用。

市場規(guī)模未來或破千億

數(shù)字孿生加速向多領域滲透

從NVIDIA Omniverse合作案例來看，當前合作的眾多前沿企業(yè)客戶，如亞馬遜、寶馬、愛立信、WPP、Hogarth等等都在利用Omniverse構建數(shù)字孿生應用場景。

而往正處數(shù)智化轉型的國內(nèi)看，應用案例也并不少。比如一汽紅旗車間的數(shù)字孿生生產(chǎn)線，從更宏觀的流水線狀況到細致入微的擰螺絲力度都被復刻記錄。

再比如疫情期間，武漢雷神山10天建成的奇跡便是借助了數(shù)字孿生模擬現(xiàn)場工序；上海浦東花木街道借助數(shù)字孿生快速響應防疫抗疫．．．．．．類似案例已俯拾皆是。

據(jù)覓國咨詢數(shù)據(jù)，到2025年，預計全球數(shù)字孿生市場規(guī)模將達1684億元人民幣。

圖源：立方知造局

據(jù)了解，國內(nèi)對數(shù)字孿生的應用更多地體現(xiàn)在智慧城市。《數(shù)字孿生應用白皮書》預估，數(shù)字孿生在中國多場景當中的應用預測潛力不可小覷，中國新型智慧城市規(guī)模預計2023年超1．3萬億，智慧醫(yī)療2022年將達1500億元，智慧出行2025年則有望達7000億元。

隨著全球數(shù)智化進程的推進，除去智慧城市，作為制造業(yè)強國，借助數(shù)字孿生進行制造業(yè)轉型也將是國內(nèi)諸多廠商必經(jīng)之路。

工欲善其事，必先利其器。在這個過程當中，Omniverse等構建數(shù)字孿生的平臺及其Spectrum－4以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺等的升級助力將會扮演重要角色。

       原文標題 : 英偉達Omniverse還在變強？英偉達新一代以太網(wǎng)助力