为数字孪生铺平道路 NVIDIA Spectrum-4平台不止是网络加速 原创

数字孪生作为一项新兴技术，已被美国知名咨询及分析机构Gartner连续三年列入十大战略性技术。

数字孪生在诸多行业都有广泛的应用前景，例如：医疗部门尝试采用数字孪生技术，为每个病人建立其数字孪生，借此可了解患者的健康状况并预测治疗方案的效果；航空公司在尝试应用数字孪生技术，提高飞机日常检修维护效率，避免大事故发生；在电力行业，发电企业、电网公司应用数字孪生技术于电网仿真、设备运维等方面，提高电力系统仿真准确度和运维效率。

NVIDIA网络技术专家崔岩告诉记者，虚拟世界对下一代人工智能起着至关重要的作用，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。

基于此，NVIDIA从工业和工程的角度重新审视虚拟世界，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的平台，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，等等新的应用领域。

崔岩表示，数字孪生实际上是一个实物世界的现实翻版，而Omniverse数字孪生是对工业资产、流程或环境的大规模精确模拟，具有多个与现实世界数据流完美同步的自治系统。

近日，NVIDIA和西门子宣布携手共同打造工业元宇宙，将西门子的Xcelerator开放数据业务平台和NVIDIA  Omniverse 3D设计和协作平台进行连接。

除了Omniverse，NVIDIA也推出了NVIDIA OVX计算系统，其是为支持数据中心规模、物理精确的工业数字孪生模拟而设计。

数字孪生对于网络提出了更高的要求，包括可扩展、低延时和精确时间。但是现有网络存在诸多挑战：庞杂的传统叶脊数据中心网络结构不适合数字孪生对扩展部署的需求，在网络性能、网络速度、网络延时方面不能满足实时性能数字孪生的要求，而且计时精度也无法满足数字孪生对精准时间运行的标准。

所以，在在第二代OVX SuperPOD中将采用Spectrum-4 400Gbps交换机，除了提供更高的吞吐量、更好的服务质量、更高的安全性和更低的功耗与成本外，还实现了纳秒级计时精度，将带来5至6个数量级的提升。而且，Spectrum-4网络平台将在云和边缘数据中心更全面的支持Omniverse数字孪生，成为Omniverse计算的骨干网络。

Spectrum-4网路平台都有哪些亮点？

数字孪生是一个与物理世界相连接的虚拟世界。真正的数字孪生必须满足如下四个特征：物理上的准确性与真实性，必须遵守物理定律；不间断的与物理世界进行同步；以精准的时间运行；包括多个自治系统。

崔岩说，数字孪生将充分利用NVIDIA加速计算的全部力量，保持在物理上的准确性，遵守物理定律，数据中心必须具备可扩展、低延迟和精确时间的特点。NVIDIA Spectrum-4端到端以太网平台除了在网络可扩展性、低延时和纳秒级计时精度方面可全面满足需求外，在安全性、低功耗方面也表现优异。

Spectrum-4网络平台是一个完整的体系，实现网络的加速、优化、创新与可靠，其以Spectrum-4以太网交换机为核心，可以通过ConnectX-7智能网卡、NVIDIA BlueField DPU和相关软件连接NVIDIA  DGX、EGX、HGX和OVX服务器构成一个计算系统。

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，实现大规模的高性能、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。

崔岩介绍说，Spectrum-4交换机具有自适应路由、高效网络大规模加速Omniverse、一流的加密功能等特点，与上一代的Spectrum交换机产品相比，网络带宽提升4倍，安全加密性能提升3倍，为大规模数据中心基础设施提供了超高网络性能和强大的安全性。

Spectrum-4整个大环境中的另外两个重要组件，一是ConnectX-7智能网卡，它是从10G到400G多种速率的以太网网卡，可以为云、电信应用、5G、人工智能、企业工作负载来提供数据中心规模的硬件加速，可以加速网络存储、管理、安全的服务。

另一个就是NVIDIA BlueField-3 DPU，它是第三代片上数据中心的基础设施，可以支持客户从云端到核心数据中心，再到边缘构建软件定义硬件加速的IT基础设施。新款DPU从应用程序负载去卸载、加速、隔离软件定义的网络、存储、安全和管理功能，从而显著提高数据中心的性能效率、可扩展性和安全性。

BlueField-3 DPU是业内首款400Gbps 数据处理器，与上一代产品比较它的带宽增加了2倍，Arm CPU核的算力提升4倍，IP Sec加密性能提升4倍，存储读写性能提升2倍。

除了硬件，NVIDIA收购了Mellanox和CUMULUS Networks之后，组成了NVIDIA网络的新平台。涵盖底层交换芯片、底层系统、网络操作系统、网络协议网络服务。另外，DOCA 专为BlueField DPU量身定做的软件平台，可以让开发者在一个灵活、开放的环境里开发基于BlueField DPU的应用程序和服务，更好地解锁BlueField DPU的硬件加速功能。

总之，Spectrum-4网络平台是一个首款400Gbps端到端以太网网络平台，由三大部分组成：加速云网络架构的Spectrum-4交换机、领先的网络适配器ConnectX-7智能网卡、可编程的数据中心基础设施BlueField-3 DPU。

在这三大硬件组件基础上，NVIDIA还提供了Cumulus  Linux或SONiC网络操作系统，一斤DOCA软件框架，这些硬件和软件共同组成了Spectrum-4端到端400Gbps以太网平台。

崔岩表示，数据中心基础设施需要提供极致的性能、高级安全、强大功能实现大规模的高性能、高级虚拟化仿真需求，Spectrum-4以太网网络平台的价值体现如下：

Spectrum-4以太网网络平台可以和NVIDIA推出的OVX、EGX、HGX计算系统形成很好的整体加速计算系统解决方案，通过高吞吐量、高端口密度、高交换速率、高安全性的以太网方式进行连接，提供现代数据中心工作负载所需的精确定时、强大的安全性、低延时、自适应路由和复杂的拥塞控制机制，满足相关的计算系统对网络的要求。

DOCA软件框架可为数据中心基础设施加速应用程序开发，让客户和合作伙伴在上面开发大规模云原生应用程序，进一步发挥BlueField DPU在数据中心基础设施上的巨大作用。