NVIDIA发力数字孪生：站在虚拟和现实之间
【慧聪通信网】当前，全球数字经济蓬勃发展，互联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生等新技术与各行业加速融合，日益成为经济社会发展的强大“数字底座”。其中，数字孪生正在成为工业领域数字化转型与发展的重要力量。
今天，虚拟世界对下一代人工智能起着至关重要的作用。作为人工智能、数字孪生领域的重要代表，NVIDIA在虚拟世界中占有特定的位置。NVIDIA网络专家崔岩先生表示，NVIDIA从创建之初就致力于虚拟世界的模拟，包括游戏、计算机图形方面的技术。多年来，随着互联的虚拟世界持续推动下一代人工智能工作负载的发展，NVIDIA从工业和工程的角度来重新审视虚拟世界，从而构建了Omniverse，创建和模拟与现实世界无法区分的虚拟世界平台，为实现数字孪生模型铺平了道路，并广泛应用于机器人仿真、数据科学建模、5G应用、自动驾驶汽车、智能工厂和气候研究等新的应用领域。
NVIDIA网络专家崔岩
NVIDIA Omniverse：帮助企业赋能数字孪生
据介绍，NVIDIA Omniverse数字孪生是对工业资产、流程或环境的大规模精确模拟的平台，具有多个与现实世界数据流完美同步的自治系统。崔岩表示，真正的数字孪生实际上是一个实物世界的现实翻版，从更大规模的角度看，数字孪生是和物理世界相连接的虚拟世界，真正的数字孪生必须满足四大特征。一是物理上的准确性和真实性，必须遵循物理定律；二是不间断的与物理世界进行同步，基本上实现的是即见即所得的同步体验；三是精准的时间运行，在多个计算节点上实现同步；四是包括多个自制系统，多种的自治系统来支撑数字孪生技术。
崔岩特别以宝马集团借助 Omniverse 数字孪生构建未来工厂为例，介绍了NVIDIA Omniverse与宝马集团在数字孪生领域的合作情况。据介绍，宝马工厂平均每分钟生产一辆新车，要满足宝马不断改进和创新的需求，需要复杂的生产场景仿真，快速的输出，提高敏捷性，并从各方面优化效率。NVIDIA Omniverse 能够随时随地在宝马需要时推出新的仿真功能，以便做出重要决策并引入自动化。
为了实现宝马工厂的数字孪生应用场景，数字孪生需要利用 NVIDIA 加速计算的全部力量。在今年的 GTC 春季大会上，NVIDIA 对外发布了 OVX 服务器，可以更好的来保持物理上的准确性，遵循物理定律，让数据中心具备可扩展性、低延时和精准时间的特点，来满足数字孪生的四大特征，可以更好的支撑 Omniverse 数字孪生平台，更好的为客户提供一个专为 Omniverse 数字孪生需求而打造的基础设施。
NVIDIA OVX服务器
据了解，NVIDIA OVX 不仅仅是一台服务器，它旨在扩展以支持非常苛刻的数字孪生工作负载。据崔岩介绍，OVX 服务器由 8 颗 NVIDIA A40 RTX GPU、3 块 NVIDIA ConnectX-6 Dx 200Gbps 智能网卡、2颗至强CPU、1TB 系统内存和 16TB NVMe 存储组成。OVX 加速计算系统可以从由 8 台至 16 台 OVX 服务器组成的 OVX POD 扩展到 32 台 OVX 服务器组成的 OVX SuperPOD，并通过 NVIDIA Spectrum-3 交换网络架构进行连接，来加速大规模数字孪生模拟。
NVIDIA Spectrum-4为数字孪生赋能网络功能
据介绍，在 GTC 2022 春季大会上，NVIDIA 发布的全新Spectrum-4 端到端 400Gbps 以太网网络平台，除了能提供更高的吞吐量、更好的服务质量、更高安全性、更低功耗和成本外，还能实现纳秒级的计时精度，将带来5-6个数量级的提升。对于整个在OVX SuperPOD或多个SuperPOD组成的数字孪生计算系统架构来讲，它提供了一个更精准的、实时性更高的数字孪生基础设施。崔岩表示，Spectrum-4网络平台在云或边缘数据中心更好的支持Omniverse数字孪生，成为Omniverse计算系统的骨干网络。
崔岩进一步介绍说，Spectrum-4网络平台是一个首款400Gbps端到端以太网网络平台，它由四大部分组成，一是Spectrum-4交换机，可以加速云网络架构；二是ConnectX-7智能网卡，它是一个领先的网络适配器；三是BlueField-3 DPU，可以编程的数据中心基础设施；四是NVIDIA Cumulus Linux或SONiC网络操作系统和DOCA软件框架，这些硬件和软件共同组成了Spectrum-4端到端400Gbps以太网网络平台。
因此，Spectrum-4网络平台具备四大功能，一是加速，提供了很好的硬件性能和云规模的软件效率，能够给客户提供很好的加速网络平台；二是创新，在交换芯片设计上优化云、人工智能、存储工作负载，能够让网络的性能更加加速；三是优化，在整个成本和客户的投资回报上给客户优化的方案，让客户用相对少的钱得到更好的网络环境；四是可靠，实现公平性、可预测性和可见性的功能，让客户可以看到或预测到一些情况的发生，可以很好的运维网络。所以说，Spectrum-4网络平台可为大规模云计算、企业人工智能、模拟仿真提供性能更优化的端到端以太网网络平台，提供极致的性能，高级的安全性、强大的功能，实现大规模、高性能、虚拟化、模拟仿真功能，使现代数据中心具有更完美的能力来支持NVIDIA应用框架。
值得一提的是，在 Spectrum-4 交换机性能与创新方面，NVIDIA Spectrum-4 ASIC 基于 4N 制程工艺，包含千亿个晶体管以及经过简化的收发器设计，具有领先的能效和总拥有成本。凭借支持 128 个 400GbE 端口的 51.2Tbps 聚合 ASIC 带宽，以及自适应路由选择和增强拥塞控制机制，Spectrum-4 交换机优化了基于融合以太网的 RDMA（RoCE）网络架构，并显著提升了数据中心的应用速度。
众所周知，在数字孪生实现的过程中对网络要求非常高。这要求数据中心的网络必须具备可扩展、低延时和精准时间的特性。崔岩进一步解释说：“在数字孪生中需要这些能力，随着数字孪生的应用，数据中心可以随着这些应用负载增加做扩展，低延时就是要提供更高的网络性能来保证数字孪生的实时性。尤其是精准时间要更好的同步数字中心的时间标准节奏，使整个虚拟场景跟实际的物理场景保持一个很好的同步。还要支持数据中心一些算力弹性的需求，能够提供更好的数字孪生体验，NVIDIA Spectrum-4 400Gbps端到端以太网网络，可以在自动驾驶汽车、智能工厂、数字孪生方面提供极致的性能，高级的安全性和强大的功能，来实现大规模、高性能、虚拟化和模拟仿真的应用。”
据介绍，Spectrum-4网络平台，能够与NVIDIA DGX、HGX、OVX这些计算系统做连接和整合，给客户提供一整套加速的数据中心基础设施，来提供高吞吐量、高端口密度、高交换速率、高安全性开放的骨干网，让客户在这些人工智能或者数字孪生应用上有更好的网络平台。
崔岩最后表示，当前数据中心的数据流量呈现指数级增长，并且要求数据中心的基础设施要提供极致的性能、高级安全、强大功能来实现大规模的高性能、高级虚拟化仿真需求。NVIDIA可以为大规模的云计算、人工智能需求的部署模拟仿真、数字孪生等整体设计和服务，结合NVIDIA 计算系统来满足不同的应用场景需求，从而发挥NVIDIA在AI，元宇宙、数字孪生等方面的能力的优势，从而助力企业的数字化转型，和企业一起降本增效，助力企业成长和发展。
