Что такое NVLink: объясняем технологию от Nvidia за 30 секунд

NVLink — это разработанный компанией NVIDIA высокоскоростной интерфейс для прямого соединения графических процессоров (GPU). Если стандартная шина PCIe — это городская улица с пробками, где данные от одного GPU к другому едут через центральный процессор (CPU), то технология NVLink — это прямая скоростная магистраль между двумя GPU. Такое решение позволяет им обмениваться данными без посредников и задержек, что критически важно для задач искусственного интеллекта и научных вычислений.

Зачем нужен NVLink: проблема «бутылочного горлышка», которую он решает

Современным задачам в сфере искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений (HPC) требуется обработка огромных массивов данных. Один GPU, даже мощный, часто не справляется. Когда в систему устанавливают несколько графических процессоров, возникает проблема их взаимодействия.

Почему обычной связи между GPU и CPU через PCIe недостаточно?

Стандартный интерфейс PCIe, через который GPU подключается к материнской плате, становится «бутылочным горлышком». Чтобы два GPU обменялись данными, информация должна пройти от первого GPU через шину PCIe к центральному процессору (CPU), а затем от CPU ко второму GPU. Этот путь создает задержки и ограничивает пропускную способность. У PCIe 5.0 она составляет около 128 ГБ/с, чего для обучения гигантских нейросетей катастрофически мало. В итоге GPU простаивают в ожидании данных, и вся система работает неэффективно.

Принцип работы NVLink: прямое соединение между GPU

Технология NVLink решает проблему «бутылочного горлышка» радикально: она создает прямые соединения GPU, минуя CPU и системную шину PCIe. Физически это реализуется с помощью специального моста — NVLink Bridge, который устанавливается непосредственно на видеокарты.

Этот прямой канал связи позволяет графическим процессорам обращаться к видеопамяти друг друга так, будто она является их собственной. Такая архитектура обеспечивает объединение памяти (memory pooling) через программные интерфейсы. В результате два GPU могут работать как единый, более мощный ускоритель с общим адресным пространством памяти. Это позволяет загружать модели, которые не поместились бы на один чип, и кардинально ускоряет их обучение.

NVLink против SLI и PCIe: ключевые отличия

Пользователи часто путают NVLink с технологией SLI, которая также использовалась для объединения видеокарт. Однако их цели и принципы работы кардинально различаются. SLI была создана для геймеров, чтобы повысить частоту кадров в играх за счет параллельного рендеринга. NVLink же — это инструмент для профессиональных вычислений.

Эволюция технологии: от первого до пятого поколения NVLink

Технология NVLink постоянно развивается, и с каждым поколением NVLink ее пропускная способность растет экспоненциально. Этот рост напрямую связан с усложнением нейросетей и увеличением объемов данных в научных расчетах.

Первое поколение, представленное в 2016 году с архитектурой Pascal, обеспечивало скорость до 160 ГБ/с. Уже в 2024 году с выходом архитектуры Blackwell пятое поколение NVLink достигло пропускной способности в 1,8 ТБ/с на один GPU. Это более чем в 14 раз быстрее современного стандарта PCIe 5.0. Такой скачок производительности позволяет обучать языковые модели с триллионами параметров. Как отмечает сама NVIDIA в материалах к архитектуре Blackwell, «пятое поколение NVIDIA NVLink™ суперзаряжает ИИ и ускоряет производительность для моделей с триллионными параметрами». (Источник: NVIDIA NVLink Technology, 2024).

Для подтверждения этих данных можно обратиться к официальным техническим документам NVIDIA, таким как "NVIDIA H100 Tensor Core GPU Architecture" для архитектуры Hopper или анонсам по архитектуре Blackwell.

NVLink Switch, C2C и Fusion: расширяя границы возможного

Развитие технологии NVLink не ограничивается простым увеличением скорости. NVIDIA создала целую экосистему для масштабирования вычислений:

• NVLink Switch. Это специальный коммутатор, который позволяет объединять до 256 GPU в единый вычислительный кластер. Он работает как гигантская телефонная станция, обеспечивая полносвязную топологию «каждый с каждым» на полной скорости.
• NVLink-C2C. Технология шагнула дальше простого соединения GPU. NVLink Chip-to-Chip позволяет напрямую связывать центральные процессоры (CPU) с графическими, как это реализовано в суперчипах NVIDIA Grace Hopper.
• NVLink Fusion. Платформа, которая позволяет нескольким процессорам (CPU и GPU, в том числе от сторонних производителей) работать с общим пулом памяти, как если бы это был один гигантский чип.

Сферы использования NVLink: от серверов до нейросетей

Высокая стоимость и узкая специализация делают использование NVLink оправданным только в тех областях, где производительность межпроцессорного соединения напрямую влияет на результат.

• Искусственный интеллект и машинное обучение (AI/ML). Обучение гигантских языковых моделей (LLM) и трансформеров, которым требуется больше видеопамяти, чем есть в одной карте. NVLink позволяет эффективно распараллеливать вычисления и сокращать время обучения.
• Высокопроизводительные вычисления (HPC). Научные симуляции в физике, химии, климатологии, а также геномные исследования. В этих задачах узлы постоянно обмениваются огромными объемами данных. Здесь же решаются задачи обработки сверхбольших массивов данных, включая обезличенные персональные данные для медицинских или финансовых исследований, где безопасность и скорость передачи критически важны.
• Профессиональная визуализация и рендеринг. Работа с масштабными 3D-сценами, которые не помещаются в память одной видеокарты. Технология используется в кинопроизводстве и архитектурном проектировании для фотореалистичного рендеринга.
• Data-центры и облачные вычисления. Провайдеры предоставляют клиентам доступ к мощным многопроцессорным серверам для решения ресурсоемких задач. Системы на базе NVLink лежат в основе многих облачных AI-сервисов.

NVLink для игр и потребительских ПК: почему NVIDIA отказалась от этой идеи

Несмотря на успех в профессиональном сегменте, NVIDIA отказалась от поддержки NVLink в потребительских видеокартах серии GeForce, начиная с 40-й серии. Причина проста: для игр эта технология избыточна и неэффективна.

Игровые движки редко оптимизированы под работу с несколькими GPU. Преимущества NVLink, такие как объединение памяти, в играх практически не востребованы. В то же время физический интерфейс NVLink занимает ценное место на кристалле GPU, которое инженеры предпочли отдать под дополнительные вычислительные блоки и ядра для трассировки лучей и AI (DLSS).

Практическое руководство: выбор и совместимость оборудования

Какие GPU поддерживают NVLink?

На 2025 год технология NVLink доступна исключительно в профессиональных и серверных линейках ускорителей NVIDIA. Потребительские карты GeForce её не поддерживают (за исключением устаревшей RTX 3090).

Список актуальных серий с поддержкой NVLink:

• NVIDIA Blackwell: B200, B100
• NVIDIA Hopper: H200, H100
• NVIDIA Ampere: RTX A6000, A5500, A5000, A4500; серверные A100, A800
• NVIDIA Turing: профессиональные карты Quadro RTX 8000, RTX 6000

NVLink Bridge vs NVLink Switch: что, где и когда использовать

Для физического соединения GPU используются два типа устройств: NVLink Bridge и NVLink Switch. Выбор зависит от масштаба задачи.

Таблица совместимости: подбираем правильный NVLink Bridge

Если вы собираете рабочую станцию с двумя профессиональными видеокартами, правильный выбор моста NVLink Bridge критически важен. Мосты различаются по совместимости с моделями GPU, пропускной способности и физическому размеру.

NVLink в контексте рынка: стратегия NVIDIA и альтернативы

Роль NVLink в доминировании NVIDIA на рынке AI

NVLink, наряду с программной платформой CUDA, стал ключевым элементом технологического «рва», который обеспечивает доминирование NVIDIA на рынке искусственного интеллекта. Создав закрытую, но эффективную экосистему, NVIDIA предлагает рынку не просто «железо», а готовое решение «под ключ». Конкурентам сложно предложить сопоставимый по производительности и удобству программно-аппаратный комплекс.

Сравнение с альтернативными технологиями: CXL, InfiniBand, AMD Infinity Fabric

Несмотря на доминирование NVIDIA, на рынке существуют и развиваются альтернативные технологии межсоединений.

Выводы: кому сегодня действительно необходим NVLink

NVLink — незаменимый инструмент для узкого круга профессионалов, решающих амбициозные задачи в области искусственного интеллекта, научных исследований и графики. Если вы работаете с мульти-GPU системами, обучаете модели с миллиардами параметров или создаете фотореалистичную графику — NVLink кардинально повысит производительность вашей системы.

Для геймеров, стримеров и большинства пользователей ПК эта технология неактуальна. NVIDIA сделала четкий выбор, оставив NVLink для профессионального и серверного сегментов, где его преимущества раскрываются в полной мере.

FAQ: Часто задаваемые вопросы

Миф: NVLink удваивает объем видеопамяти. Правда?

Ответ: Не совсем. NVLink не удваивает память, а позволяет ее объединять (memory pooling). Каждая карта по-прежнему имеет свой объем VRAM, но благодаря NVLink один GPU может быстро обращаться к памяти другого. Это позволяет работать с наборами данных, которые превышают объем одной карты.

Можно ли использовать NVLink на потребительских картах GeForce (RTX 3090, 4090)?

Ответ: На RTX 3090 — да, это была последняя потребительская карта с поддержкой NVLink. Начиная с серии RTX 40, NVIDIA убрала поддержку NVLink из всех карт GeForce. Технология доступна только в профессиональных и серверных GPU.

Что дает большая пропускная способность NVLink на практике?

Ответ: Она кардинально сокращает время обучения AI-моделей и выполнения научных расчетов, так как GPU не тратят время на ожидание данных друг от друга. На практике это разница между днями и часами вычислений. Для моделей с триллионами параметров это единственная возможность провести обучение за разумное время.

Где купить NVLink Bridge или решения на базе NVLink Switch?

Ответ: NVLink Bridge для профессиональных карт можно найти у специализированных поставщиков компьютерного оборудования и партнеров NVIDIA. Системы на базе NVLink Switch — это серверные решения корпоративного уровня. Они поставляются системными интеграторами или доступны в виде облачных сервисов. Например, наша компания Kvantech как системный интегратор специализируется на проектировании и поставке таких корпоративных решений.