英伟达GPU显卡性能对比

本文介绍了GPU系列的不同类型,如Quadro、GeForce和Tesla,着重讲解了CUDACore、TensorCore和RTCore的功能与应用,特别是它们在深度学习和光线追踪中的优势,并提到了A100和H100等高端芯片。同时,还涉及了如何搭建深度学习所需的硬件和软件环境。
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GPU系列介绍

  • Quadro类型: Quadro系列显卡一般用于特定行业,比如设计、建筑等,图像处理专业显卡,比如CAD、Maya等软件。

  • GeForce类型: 这个系列显卡官方定位是消费级,常用来打游戏。但是它在深度学习上的表现也非常不错,很多人用来做推理、训练,单张卡的性能跟深度学习专业卡Tesla系列比起来其实差不太多,但是性价比却高很多。

  • Tesla类型: Tesla系列显卡定位并行计算,一般用于数据中心,具体点,比如用于深度学习,做训练、推理等。Tesla系列显卡针对GPU集群做了优化,像那种4卡、8卡、甚至16卡服务器,Tesla多块显卡合起来的性能不会受>很大影响,但是Geforce这种游戏卡性能损失严重,这也是Tesla主推并行计算的优势之一。

Quadro类型分为如下几个常见系列:

  • NVIDIA RTX Series系列: RTX A2000、RTX A4000、RTX A4500、RTX A5000、RTX A6000
  • Quadro RTX Series系列: RTX 3000、RTX 4000、RTX 5000、RTX 6000、RTX 8000

GeForce类型分为如下几个常见系列:

  • Geforce 10系列: GTX 1050、GTX 1050Ti、GTX 1060、GTX 1070、GTX 1070Ti、GTX 1080、GTX 1080Ti
  • Geforce 16系列:GTX 1650、GTX 1650 Super、GTX 1660、GTX 1660 Super、GTX 1660Ti
  • Geforce 20系列:RTX 2060、RTX 2060 Super、RTX 2070、RTX 2070 Super、RTX 2080、RTX 2080 Super、RTX 2080Ti
  • Geforce 30系列: RTX 3050、RTX 3060、RTX 3060Ti、RTX 3070、RTX 3070Ti、RTX 3080、RTX 3080Ti、RTX 3090 RTX 3090Ti

Tesla类型分为如下几个常见系列:

  • A-Series系列: A10、A16、A30、A40、A100
  • T-Series系列: T4
  • V-Series系列: V100
  • P-Series系列: P4、P6、P40、P100
  • K-Series系列: K8、K10、K20c、K20s、K20m、K20Xm、K40t、K40st、K40s、K40m、K40c、K520、K80

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CUDA Core、Tensor Core 和 RT Core

通用的 GPU 中包含三种核心,分别是 CUDA Core、Tensor Core 和 RT Core,这三种核心各自具有不同的特性和功能。

  • CUDA Core:CUDA Core 是用于通用并行计算任务的计算核心,可以执行单精度和双精度浮点运算,以及整数运算。它在处理广泛的并行计算任务方面非常高效。
  • Tensor Core:Tensor Core 是针对深度学习和 AI 工作负载而设计的专用核心,可以实现混合精度计算并加速矩阵运算,尤其擅长处理半精度(FP16)和全精度(FP32)的矩阵乘法和累加操作。Tensor Core 在加速深度学习训练和推理中发挥着重要作用。
  • RT Core:RT Core 是专门用于光线追踪处理的核心,能够高速进行光线和声音的渲染,对于图形渲染和光线追踪等任务具有重要意义。

其它(TODO)

少数公司从英伟达那里获得了2万多颗A100或H100 GPU。H100是英伟达最新旗舰AI芯片,价值4万美元。它的前一代是A100芯片,价值1万美元。

  • RTX 3080
  • RTX 2080Ti
    RTX 3080,两倍于RTX 2080Ti

搭建深度学习

硬件:Intel Core i9-12900KF + 64GB + 512GB NvME + Nvidia 3080Ti显卡
操作系统:Microsoft Windows 11 Pro X64 简体中文版
针对Nvidia 3080Ti,需要安装配置 Nvidia 的机器学习环境:显卡驱动 + CUDA +cuDNN。具体

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### 性能对比分析:国产显卡 vs NVIDIA 显卡 国产显卡近年来在多个领域取得了显著进展,尤其在人工智能、高性能计算和数据中心等场景中逐渐崭露头角。然而,与NVIDIA的主流显卡相比,国产显卡性能、生态系统和市场占有率方面仍存在一定差距。 #### 推理性能对比 在推理任务中,国产显卡如摩尔线程的自研全功能GPU表现出令人瞩目的性能。2024年5月与智谱AI的测试结果显示,其GPU在全部测试用例中优于NVIDIA RTX 3090,并在多batch场景下超越了RTX 4090[^3]。这表明国产显卡在某些特定场景下的推理性能已经接近甚至超过NVIDIA的高端消费级产品。 #### 训练性能对比 在训练任务中,国产显卡性能也在逐步追赶。摩尔线程的夸娥千卡智算集群在训练精度上与NVIDIA A100集群的误差控制在1%以内,集群性能扩展系数超过90%,模型算力利用率(MFU)与A100集群相当[^3]。这说明国产显卡在大规模并行计算和集群部署方面已经具备一定的竞争力。 #### 游戏与图形渲染性能对比 在游戏和图形渲染领域,国产显卡的整体表现仍与NVIDIA存在明显差距。以龙芯的9A1000为例,其性能对标AMD RX 550,定位为入门级显卡。而9A2000的性能预计是9A1000的8-10倍,对标NVIDIA RTX 2080,但仍需进一步验证其在实际应用中的表现[^2]。相比之下,NVIDIA的RTX 30系列和RTX 40系列显卡在光线追踪、DLSS等技术的支持下,提供了更流畅的游戏体验和更高质量的图形渲染能力。 #### 能效与生态支持对比 NVIDIA在能效比和生态系统支持方面具有显著优势。其CUDA平台已成为深度学习和高性能计算的标准工具链,拥有庞大的开发者社区和丰富的软件资源。国产显卡虽然在硬件性能上有所突破,但在软件生态、兼容性和开发者支持方面仍处于追赶阶段。例如,天数智芯的“智铠”系列芯片虽然可兼容CUDA生态,平均迁移时间相较市场主流产品下降50%以上,但整体生态的成熟度仍有待提升[^3]。 #### 代码示例:在国产显卡上运行Stable Diffusion 以下是一个简单的Stable Diffusion代码示例,展示了如何在天数智芯的BI-V100 GPU上运行: ```python from diffusers import StableDiffusionPipeline import torch # 加载预训练模型 pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained("runwayml/stable-diffusion-v1-5", torch_dtype=torch.float16) pipe = pipe.to("cuda") # 生成图像 prompt = "a photo of an astronaut riding a horse on Mars" image = pipe(prompt).images[0] # 保存图像 image.save("astronaut_rides_horse.png") ``` 这段代码展示了如何利用国产显卡进行AI绘画任务,尽管性能可能不如NVIDIA的高端显卡,但在某些轻量级或中等复杂度的任务中已经能够胜任。 ###
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