史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

引子

市场上用于深度学习训练计算机大致情况如下：

（1）服务器/工作站（支持2、4、8块GPU架构）：普遍存在噪音大，无法放置于办公环境，必须放到专门的机房，维护成本高，另外数据存储带宽、延迟、容量也不尽如意。

（2）分布式集群架构：性能强大，但是开发成本太高（太贵），是大多数科研单位及个人无法承受。

（3）组装电脑：这类特点是价格便宜，但是在散热和功率方面依然是普通家用/游戏电脑标准，稳定性巨差。

（4）大部分GPU计算机(服务器/工作站）：重点都放在GPU卡数量上，似乎只要配上足够GPU卡，就可以了。

然而，机器硬件配置还需要整体均衡，不同的学习框架更需要不同GPU卡去适配。

史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

上图是不同的DL框架加速效能（NVIDIA GP100为例），不同的框架并不是GPU越多效能就越高。

深度学习计算密集，所以需要一个快速多核CPU，对吧？！史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

听说深度学习有很多显卡就可以了，一个高速CPU可能是种浪费？！史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

搭建一个深度学习系统时，最糟糕的事情之一就是把钱浪费在并非必需的硬件上。史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

一个高性能且经济的深度学习系统所需的硬件到底要如何配置？！

一还是先从深度学习计算特点与硬件配置分析：

史上最新最全的深度学习计算机硬件配置方案

1 数据存储要求

在一些深度学习案例中，数据存储会成为明显的瓶颈。做深度学习首先需要一个好的存储系统，将历史资料保存起来。

主要任务：历史数据存储，如：文字、图像、声音、视频、数据库等。

数据容量：提供足够高的存储能力。

读写带宽：多硬盘并行读写架构提高数据读写带宽。

接口：高带宽，同时延迟低。

传统解决方式：专门的存储服务器，借助万兆端口访问。

缺点：带宽不高，对深度学习的数据读取过程时间长(延迟大，两台机器之间数据交换)，成本还巨高。

UltraLA解决方案：

将并行存储直接通过PCIe接口，提供最大16个硬盘的并行读取，数据量大并行读取要求高，无论是总线还是硬盘并行带宽，都得到加大提升，满足海量数据密集I/O请求和计算需要。

2 CPU要求

如今深度学习CPU似乎不那么重要了，因为我们都在用GPU，为了能够明智地选择CPU我们首先需要理解CPU，以及它是如何与深度学习相关联的，CPU能为深度学习做什么呢？当你在GPU上跑深度网络时，CPU进行的计算很少，但是CPU仍然需要处理以下事情：

（1）数据从存储系统调入到内存的解压计算。

（2）GPU计算前的数据预处理。

（3）在代码中写入并读取变量，执行指令如函数调用，创建小批量数据，启动到GPU的数据传输。

（4）GPU多卡并行计算前，每个核负责一块卡的所需要的数据并行切分处理和控制。

（5）增值几个变量、评估几个布尔表达式、在GPU或在编程里面调用几个函数——所有这些会取决于CPU核的频率，此时唯有提升CPU频率。

传统解决方式：CPU规格很随意，核数和频率没有任何要求。

UltraLA解决方案：

CPU频率尽量高

CPU三级缓存尽量大（有必要科普一下CPU缓存）

“这是个经常被忽视的问题，但是通常来说，它在整个性能问题中是非常重要的一部分。CPU缓存是容量非常小的直接位于CPU芯片上的存储，物理位置非常接近CPU，能够用来进行高速计算和操作。CPU通常有缓存分级，从小型高速缓存（L1，L2）到低速大型缓存（L3，L4）。作为一个程序员，你可以将它想成一个哈希表，每条数据都是一个键值对（key-value-pair），可以高速的基于特定键进行查找：如果找到，就可以在缓存得值中进行快速读取和写入操作；如果没有找到（被称为缓存未命中），CPU需要等待RAM赶上，之后再从内存进行读值——一个非常缓慢的过程。重复的缓存未命中会导致性能的大幅下降。有效的CPU缓存方案与架构对于CPU性能来说非常关键。深度学习代码部分——如变量与函数调用会从缓存中直接受益。”

CPU核数：比GPU卡数量大（原则：1核对应1卡，核数要有至少2个冗余）。

3 GPU要求

如果你正在构建或升级你的深度学习系统，你最关心的应该也是GPU。GPU正是深度学习应用的核心要素——计算性能提升上，收获巨大。

主要任务：承担深度学习的数据建模计算、运行复杂算法。

传统架构：提供1~8块GPU。

UltraLA解决方案：

数据带宽：PCIe8x 3.0以上。

数据容量：显存大小很关键。

深度学习框架匹配：CPU核-GPU卡 1对1。

GPU卡加速：多卡提升并行处理效率。

4 内存要求

至少要和你的GPU显存存大小相同的内存。当然你也能用更小的内存工作，但是，你或许需要一步步转移数据。总而言之，如果钱够而且需要做很多预处理，就不必在内存瓶颈上兜转，浪费时间。