【海通計(jì)算機(jī)】英偉達(dá)系列研究（二）：不得不看的英偉達(dá)GTC大會(huì)的猛料
2017-06-05 鄭宏達(dá)/謝春生 宏達(dá)說(shuō)
投資要點(diǎn)
2016年5月，我們發(fā)了英偉達(dá)系列研究（一）GPU——下一代高速計(jì)算的王者，英偉達(dá)股價(jià)自此漲了4倍。我們看到了英偉達(dá)收入結(jié)構(gòu)的改善，電腦顯卡業(yè)務(wù)占比逐漸降低，無(wú)人駕駛、數(shù)據(jù)中心等業(yè)務(wù)占比快速提高。這遠(yuǎn)不是英偉達(dá)的終點(diǎn)，其作為人工智能的核心，千億美元市值僅是起點(diǎn)。
基于GPU，英偉達(dá)布局人工智能產(chǎn)業(yè)。GPU由英偉達(dá)在1999年提出，隨后陸續(xù)推出GPU加速器、CUDA并行計(jì)算平臺(tái)，借助GPU進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，極大提高計(jì)算性能。由于高性能計(jì)算和低成本優(yōu)點(diǎn)，GPU在需要海量數(shù)據(jù)復(fù)雜運(yùn)算機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，GPU產(chǎn)業(yè)與機(jī)器學(xué)習(xí)相輔相成，迎來(lái)了快速發(fā)展。借助在GPU產(chǎn)業(yè)龍頭地位優(yōu)勢(shì)，英偉達(dá)布局人工智能領(lǐng)域，包括AR/VR交互平臺(tái)、云平臺(tái)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人等。本次GTC大會(huì)英偉達(dá)帶來(lái)Holodeck、TeslaV100、云平臺(tái)、車(chē)載AI平臺(tái)、ISAAC機(jī)器人模擬等五大產(chǎn)品。
英偉達(dá)發(fā)布結(jié)合VR、AR的社交工作平臺(tái)Holodeck。該平臺(tái)擁有照片級(jí)模型，不僅包含英偉達(dá)長(zhǎng)年積累的GameWorks，還有DesignWorks，畫(huà)面表現(xiàn)力成熟；從VR緯度，可以進(jìn)行模型構(gòu)建和分享；Holodeck不僅可以提供視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)共享，還能提供物理上的接觸模擬，因?yàn)槠渫耆裱F(xiàn)實(shí)物理法則。
Tesla V100GPU發(fā)布。Tesla芯片面積815平方毫米，達(dá)到光刻技術(shù)極限。搭載16GBHBM2顯存、帶寬達(dá)到900GB/S。單個(gè)計(jì)算單元比原架構(gòu)Pascal快了12倍，張量運(yùn)算能力達(dá)到120TFLOPS。Tesla基于新一代的VoltaGPU架構(gòu)，此次英偉達(dá)也推出了其他基于Volta的產(chǎn)品： DGX-1、DGX station。
深度學(xué)習(xí)云平臺(tái)協(xié)助快速設(shè)置開(kāi)發(fā)環(huán)境。提供一鍵配備深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目功能。英偉達(dá)優(yōu)化整合了一整套深度學(xué)習(xí)軟件包，支持全部深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)框架，基于云端強(qiáng)大的計(jì)算能力，用戶(hù)可在英偉達(dá)GPU云設(shè)施開(kāi)發(fā)環(huán)境，上傳工作進(jìn)度。
車(chē)載AI平臺(tái)版圖逐漸擴(kuò)張。英偉達(dá)宣布與豐田合作，為其提供DRIVEPX車(chē)載AI計(jì)算平臺(tái)。目前已有200個(gè)開(kāi)發(fā)者和企業(yè)正在使用該平臺(tái)。同時(shí)，英偉達(dá)宣布將開(kāi)源Xavier DLA。DLA是英偉達(dá)的自動(dòng)駕駛AI處理器，創(chuàng)新地整合了CPU、GPU及DLA三大處理器優(yōu)點(diǎn)。
ISAAC機(jī)器人模擬機(jī)將大幅提高機(jī)器訓(xùn)練效率。在真實(shí)世界訓(xùn)練機(jī)器有較大局限性，包括高昂的人力成本、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等。因此強(qiáng)化學(xué)習(xí)應(yīng)運(yùn)而生，ISAAC機(jī)器人模擬機(jī)就類(lèi)似于一種強(qiáng)化學(xué)習(xí)，在這個(gè)虛擬世界，完全遵循除時(shí)間外的物理定律，在時(shí)間上，機(jī)器人一秒內(nèi)可重復(fù)多次復(fù)雜動(dòng)作?；谶@種設(shè)定，機(jī)器人訓(xùn)練耗時(shí)將大幅減少，訓(xùn)練效率大幅上升。
英偉達(dá)的人工智能產(chǎn)業(yè)布局
GPU產(chǎn)業(yè)，作為下一代高速計(jì)算的核心，具備低成本、高性能的特點(diǎn)。GPU由英偉達(dá)在1999年首次提出，在近年火爆的深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的帶動(dòng)下，GPU產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了高速發(fā)展。
英偉達(dá)率先推出GPU加速器。GPU加速器利用GPU和COU，加快科學(xué)、分析、工程和企業(yè)應(yīng)用程序的運(yùn)行速度。GPU能夠使汽車(chē)、手機(jī)和平板電腦、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等平臺(tái)程序加速運(yùn)行。其原理是將程序計(jì)算密集部分工作轉(zhuǎn)移到GPUY，其余部分代碼仍由CPU運(yùn)行。
2006年，英偉達(dá)推出CUDA運(yùn)算平臺(tái)。CUDA是一種通用并行計(jì)算架構(gòu)，可利用GPU解決復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題，顯著提高計(jì)算性能。包含CUDA指令集架構(gòu)和GPU內(nèi)部并行計(jì)算引擎。
GPU能較好滿(mǎn)足機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算需求。由于GPU高性能低成本的特點(diǎn)，工業(yè)與學(xué)術(shù)界以將其應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)，包括圖像分類(lèi)、食品分析、語(yǔ)音識(shí)別以及自然語(yǔ)言處理等。與單純使用CPU相比，GPU具有數(shù)以千計(jì)的計(jì)算核心、可實(shí)現(xiàn)10-100 倍應(yīng)用吞吐量。優(yōu)勢(shì)十分明顯。
近年來(lái)，借由GPU，英偉達(dá)逐步進(jìn)行人工智能產(chǎn)業(yè)布局，包括VR/AR交互、云平臺(tái)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人等。
5月11日，GTC大會(huì)在美國(guó)圣何塞舉行，英偉達(dá)CEO黃仁勛發(fā)表主題演講，發(fā)布Project Holodeck、Volta、英偉達(dá)GPU 云、Xavier DLA、Isaac機(jī)器人模擬機(jī)五大新品。
1VR多人交互平臺(tái)Holodeck
先進(jìn)的VR社交工作平臺(tái)。本次發(fā)布的Holodeck平臺(tái)結(jié)合VR和AI技術(shù)，構(gòu)建社交和工作平臺(tái)。具有以下特點(diǎn)：
（1）照片級(jí)真實(shí)模型。在渲染圖像，如超級(jí)跑車(chē)時(shí)，汽車(chē)外殼與內(nèi)飾細(xì)節(jié)清晰，同時(shí)，車(chē)內(nèi)所有部件也被渲染出來(lái)。
（2）遵循現(xiàn)實(shí)物理法則。如駕駛場(chǎng)景中，手并不會(huì)穿過(guò)方向盤(pán)，而有類(lèi)似可以握住的感覺(jué)。
（3）適宜協(xié)作。多人之間可以進(jìn)行動(dòng)作交互。
2Volta架構(gòu)
新一代高性能GPU架構(gòu)。相比原架構(gòu)Pascal，Volta主要有以下特點(diǎn)：
（1）TensorCore：全新的張量運(yùn)算指令，同時(shí)，它也是數(shù)據(jù)格式，使Volta訓(xùn)練吞吐量達(dá)到Pascal的12倍，推理吞吐量達(dá)到6倍。
（2）TensorRT：高性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理引擎，即編譯器。可為推理運(yùn)算快速優(yōu)化、驗(yàn)證、部署神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
作為新一代GPU架構(gòu)，Volta的重要性不言而喻，此次英偉達(dá)也推出了多款基于Volta的產(chǎn)品：TeslaV100、DGX-1、DGX station。
2.1 Tesla V 100
性能全面提升的新一代芯片。
（1）Tesla芯片面積達(dá)到驚人的815平方毫米，達(dá)到光刻技術(shù)極限。
（2）搭載16GBHBM2顯存、帶寬達(dá)到900GB/S。
（3）基于Volta的全新張量運(yùn)算指令TensorCore，使得其單個(gè)計(jì)算單元比原架構(gòu)Pascal快了12倍，張量運(yùn)算能力達(dá)到120TFLOPS。
性能上，從Caffe2、MicrosoftCNTK、MXnet三大主流深度學(xué)習(xí)框架來(lái)看，與TeslaK80、P100相比，V100性能提高顯著，在Caffe2上，V10訓(xùn)練時(shí)間由K80的40小時(shí)大幅縮減到不足10小時(shí)。
2.2 大型超級(jí)電腦DGX-1V
內(nèi)置8塊Tesla V100，運(yùn)算能力達(dá)到960 TensorTFLOPS。同樣的訓(xùn)練效果，TitanX需要花費(fèi)8天，而DGX-1V只需要8小時(shí)。其性能相當(dāng)于把400個(gè)服務(wù)器裝到一起。
2.3 小型超級(jí)電腦DGX Station
針對(duì)小型企業(yè)、個(gè)人，推出的DGXStation，配備4塊Tesla V100顯卡，故運(yùn)算能力是DGS-1的一半，其功耗達(dá)到1500W，使用水冷。
2.4 云服務(wù)器HGX-1
HGX-1專(zhuān)門(mén)擁有GPU云服務(wù)，適用于公有云、深度學(xué)習(xí)、圖形渲染、CUDA等，與DGX-1相同，配備了8塊TeslaV100。
3英偉達(dá)云
深度學(xué)習(xí)云平臺(tái)協(xié)助快速設(shè)置開(kāi)發(fā)環(huán)境。與亞馬遜AWS云、微軟Azure云不同，英偉達(dá)云產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)針對(duì)于深度學(xué)習(xí)，同時(shí)，它能提供一鍵配備深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目功能?；谶@款云產(chǎn)品，用戶(hù)只需三步即可創(chuàng)建自己的深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目：
（1）選擇計(jì)算環(huán)境；
（2）接入數(shù)據(jù)庫(kù)；
（3）選擇深度學(xué)習(xí)框架
英偉達(dá)優(yōu)化整合了一整套深度學(xué)習(xí)軟件包，包含了開(kāi)發(fā)者所需要的庫(kù)和框架。它支持全部深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)框架，基于云端強(qiáng)大的計(jì)算能力，用戶(hù)可在英偉達(dá)GPU云設(shè)施開(kāi)發(fā)環(huán)境，上傳工作進(jìn)度。
4車(chē)載AI平臺(tái)DRIVE PX
AI平臺(tái)版圖逐漸擴(kuò)張。英偉達(dá)宣布與豐田合作，為其提供DRIVEPX車(chē)載AI計(jì)算平臺(tái)。目前已有200個(gè)開(kāi)發(fā)者和企業(yè)正在使用該平臺(tái)。此平臺(tái)主要有三大功能：
（1）地圖構(gòu)建。通過(guò)掃描、道路特征檢測(cè)，系統(tǒng)可以創(chuàng)建高精度地圖，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位、自動(dòng)駕駛。
（2）副駕輔助?；诖斯δ埽梢砸褬?gòu)建高精度地圖的特定路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。
（3）守護(hù)功能。即使未開(kāi)啟自動(dòng)駕駛，AI系統(tǒng)也會(huì)保持在線(xiàn)，時(shí)刻保障行車(chē)安全。
同時(shí)，英偉達(dá)宣布將開(kāi)源XavierDLA。DLA是英偉達(dá)的自動(dòng)駕駛AI處理器，創(chuàng)新地整合了CPU、GPU及DLA三大處理器優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備CPU的單線(xiàn)程功能、CUDA的并行加速能力、和DLA的計(jì)算機(jī)視覺(jué)特殊功能。
5ISAAC機(jī)器人模擬機(jī)
ISAAC黑科技將大幅提高機(jī)器訓(xùn)練效率。
在真實(shí)世界訓(xùn)練機(jī)器有較大局限性，包括高昂的人力成本、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等。因此機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域產(chǎn)生了一個(gè)分支：強(qiáng)化學(xué)習(xí)。即強(qiáng)調(diào)需要建立一個(gè)世界模擬器，模仿現(xiàn)實(shí)世界的邏輯。原理、物理定律，然后將機(jī)器放進(jìn)其中進(jìn)行訓(xùn)練。
英偉達(dá)推出的ISAAC機(jī)器人訓(xùn)練模擬世界就是一個(gè)類(lèi)似的世界模擬器。在這個(gè)虛擬世界，完全遵循除時(shí)間外的物理定律，如萬(wàn)有引力等。ISAAC直接連通OpenAIGym，借助其強(qiáng)化學(xué)習(xí)功能。
在時(shí)間上，機(jī)器人以多重分身在ISAAC中訓(xùn)練，一秒內(nèi)可重復(fù)多次復(fù)雜動(dòng)作，每輪訓(xùn)練中效果最好的，進(jìn)入下一輪訓(xùn)練，如此循環(huán)，最終訓(xùn)練出最智能的機(jī)器人?；谶@種設(shè)定，機(jī)器人訓(xùn)練耗時(shí)將大幅減少，訓(xùn)練效率大幅上升。
6風(fēng)險(xiǎn)提示
（1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展低于預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)；
（2）GPU應(yīng)用低于預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)；
（3）系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。
海通計(jì)算機(jī)研究團(tuán)隊(duì)：
鄭宏達(dá)（13918906471）
謝春生（13774410126）
魯立（13916253156）
黃競(jìng)晶（13764440139）
楊林（15221070365）
洪琳（18217472692）
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