你见过这个版本的龙生九子吗？

在《这届超算大会展示了哪些黑科技？》一文中，提到过专门用于GPU/协处理器（下文中简称GPU或者加速器）计算的DellPowerEdge C4130服务器平台。戴尔C4130可以保证在1U空间内支持4块全尺寸GPU卡，大大提升了系统的计算密度比。中国有句话叫做，龙生九子，各有不同，这句话放在C4130身上特别的贴切。这款产品拥有九种形态，可以适应不同的应用需求。

同样我也提到过C4130中可选96 lane PCIe 3.0Switch，引入它之后该平台的GPU/协处理器卡连接方案达到9种之多。这样设计的目的，或者说对用户的价值是什么呢？

我们先列出一些值得关注的方面，下文中将围绕它们进行衡量：

1、CPU to GPU/协处理器带宽；

2、GPU to GPU直连访问（GPUDirect），

池化or拆分；

3、网络I/O带宽限制；

4、散热、功耗和成本。

Xeon CPU PCIe

通道限制及解决方案

蓝色标注部分包括“GPU switchboard”和电源功率，注意只有1600W和2000W电源模块可以支持4个GPU/协处理器卡。

上图引用自《Dell PowerEdge C4130 Owner's Manual》，里面明确标出了CPU、GPU等组件在机箱中的位置，以及从A到I共9种连接方案，除了CPU和GPU的数量、有没有PCIe Switch板之外，还有一点受影响的就是服务器PCIe扩展槽。

这个示意图是GPU卡的安装。用于高密度服务器的GPU都是被动散热方案，系统风扇和风道设计就很重要了。

GPU switch board

6个插槽的作用我会在后面讲

这个转接板的金手指不是标准的PCIe定义，下面我们来看看它的连接示意：

PowerEdge C4130主板上有4个PCIe x16连接器，它们都不是直接插设备的。中间2个可以选择选向后连接其它PCIe扩展卡，位于两侧的我在这个示意图里用蓝色标出。

我们知道每颗Xeon E5 CPU提供40 lane PCIe 3.0通道，如果提供2个x16用于全速连接GPU，不做专门设计的话，位于PCIe扩展卡的位置只能提供x8的带宽。由于C4130的HPC用途和计算密度，有时需要配置双端口56Gb/s Infiniband，以及100Gb/s EDR IB和Intel Omni-Path高速网卡。因此才会有上面的连接选项。

在这种情况下CPU自身的PCIe控制器信道数开始不够用，PCIe Switch被引入，同时GPU之间的直接通信效率更高。

配置A&B;：GPU点对点，重加速器轻I/O

如上图，配置A是将单Xeon E5 CPU的一个PCIe x16连接到GPU switch board，然后再用后者连接4个GPU，同时CPU 1的另一个PCIe x16插槽用于提升其它扩展卡的带宽。在同等密度下经济性最好，每个GPU/协处理器到CPU之间的平均带宽虽然不算高，但GPU之间可以通过GPUDIRECT技术直接高效通信。

配置B是在这个基础上增加了一颗CPU，保持PCIe Switch和GPU的池化连接方式，与配置A相比提高了CPU计算能力和内存支持。

这张示意图是PowerEdge C4130的GPU供电连接，四条线缆都是从电源与主板连接的位置附近引出。如果是没有GPU switch board的配置，那条浅绿色的就不需要了。

配置C：最大加速器&CPU;密度，高度均衡架构

配置C也是一种比较常用的方案。不需要增加GPU switch board，而且CPU与GPU之间还都是PCIe x16全速连接。它对4个GPU的支持为拆分（split）模式，如果说尚有缺憾之处，就是必须配2颗CPU，并且后面2个常规PCIe扩展槽位都只有x8带宽。正是因为每种方案各有取舍而非十全十美，所以C4130才提供了这么多选择。

配置D：平衡加速器密度和高性能I/O

配置D只安装了2个GPU/协处理器卡，所以每CPU都剩下1个PCIe x16，这样在不用GPU switch board的情况下后面的2个扩展卡就都可以跑到全速。能够充分发挥InfiniBand EDR高速网卡的带宽。

配置E/F：低密度Scale-out电源散热需求放松

配置E针对入门级GPU密度环境，单一CPU不用switch board PCIe x16直连两块GPU卡。因为没有插第二个CPU，这时PCIe扩展卡只能支持1块x8带宽的。该配置以相对较低的功耗换来了良好的Scale-out能力，因为每台PowerEdge C4130的供电和散热需求降低了，单位机架空间内就可以多放几台。

配置F是在配置E基础上增加第二颗CPU，除了前面提到过的好处之外，就是第二个x8 PCIe扩展槽也可以使用了。这里CPU2上的PCIe也没有使用x16宽度连线，估计是为了保持其入门级定位。

配置G：最大计算密度均衡I/O方案

配置G一方面将96 lane PCIe Switch交换板充分利用（拆分成2个池），共2个上行to CPU + 4个下行to GPU，同时常规PCIe扩展槽位还能提供2个x16支持。是一种最大化加速器和CPU密度的高度均衡方案。

配置H&I;：重VDI（图形）工作负载方案

配置H和I是用一颗CPU的2个PCIe x16直连2块GPU卡，另一颗CPU连接另1块GPU，同时提供2个或者1个常规PCIe x8扩展槽位。该方案的GPU/CPU核心配比为图形密集型VDI应用进行了优化，专门针对NVIDIA Grid K1 GPU设计。

从灵活性到HPC的进一步咨询

大家知道GPU服务器面向一些特定应用领域，不如常规服务器那样标准化。起初我以为只需要考虑密度和PCIe连接带宽，而通过对Dell PowerEdge C4130的学习之后，却发现里面还有这么多门道。

对异构HPC有需求的用户，如果还不确定什么样的配置最适合自己，可以找HPC方面的专家顾问进一步咨询。他们可能会有不少同行业应用的经验分享给您哦 (￣︶￣)