9 款 GPU 横评，哪些适合大模型训练，哪些适合推理任务？

在 AI 领域，有两大场景对 GPU 的需求最大，一个是模型训练，另一个是 AI 推理任务。但是很多人多可能在最开始为自己的项目做 GPU 选型时，都很难判断哪些 GPU 适合做模型训练，哪些 GPU 更适合去做推理任务。所以我们通过这篇文章将基于 GPU 指标来帮助大家对比分析NVIDIA 的 H100、A100、A6000、A4000、V100、P6000、RTX 4000、L40s、L4 九款GPU，哪些更推荐用于模型训练，哪些则更推荐用于推理。

推理、训练对 GPU 的要求有什么不同

要想了解不同 GPU 更适合哪些业务，我们需要先从不同业务对 GPU 的要求来分析。大语言模型（LLM）的训练和 AI 推理任务对 GPU 的需求是有不同的侧重点的，以下是主要的区别：

1. 计算能力需求：

• 训练：训练过程涉及大量的矩阵运算和梯度计算，因此需要强大的计算能力，尤其是浮点数的运算性能。训练大模型（如GPT-3、GPT-4）需要多个GPU，并且要求GPU的计算能力越高越好，通常使用FP16或TF32等混合精度进行加速计算。
• 推理：推理时虽然也需要计算能力，但相较于训练时的计算负载要低得多。推理的重点在于高效地执行前向传播，而无需进行反向传播和梯度计算。单个GPU通常可以满足推理需求，除非是高并发或超大规模的部署。

2. 内存需求（显存）：

• 训练：训练过程需要大量显存，特别是对于大模型和大批量的训练数据。显存需要存储模型的参数、激活值、梯度、优化器状态等。显存不足时需要使用梯度累积、分布式训练或模型并行等技术来分摊显存压力。
• 推理：大型深度学习模型（如GPT、BERT等）通常需要较大的显存来加载和运行。一般来说，小批量推理任务一般只需要较少的显存，但如果是大批量推理或并发推理，显存需求也会很高。如果显存不足，可能需要频繁地将模型切换到CPU，这会显著降低推理速度。

3. 带宽需求：

• 训练：训练过程中，数据需要在GPU和主存之间频繁交换，特别是在多GPU分布式训练场景下，GPU之间的通信（如通过NVLink或PCIe）需要高带宽，以保持数据同步和梯度传输的效率。因此，带宽对训练影响较大。同时，NVLink 作为 NVIDIA 推出的技术，其数据交互效率要优于 PCIe，所以在选择 GPU 的时候，如果需要多卡并行，那么最好选择支持 NVLink 的 GPU，比如 H100、A100、V100 等。
• 推理：推理对带宽的要求相对较低，因为推理过程中数据主要在GPU内部处理，只有在输入输出数据时才需要与主存或其他GPU通信。

4. 功耗管理：

• 训练：训练大语言模型是一个长时间且高负载的过程，GPU需要长时间运行在高功率状态。因此，能耗和散热是训练阶段非常重要的考量因素。数据中心常常需要额外的冷却系统和电力供应来支持这种大规模训练。
• 推理：推理过程通常更短暂且负载较低，GPU通常不会长期处于满负荷运行，因此能耗和散热压力相对较小。

5. 模型并行与分布式计算：

• 训练：训练大模型通常会使用分布式训练或模型并行，将模型参数和数据分布到多个GPU上协同工作。因此，GPU之间的同步和通信变得至关重要。
• 推理：推理一般可以在单个GPU上完成，只有在非常大规模或高并发推理场景下才可能需要分布式推理，但这通常也是为了提高吞吐量或处理更大的输入数据。

总之，训练任务更侧重于GPU的计算能力、显存大小和带宽，通常需要多个GPU协同工作，并对功耗管理要求更严格；而推理任务则更关注响应速度和效率，对GPU的计算能力和显存要求较低，通常使用单GPU即可，但在高并发场景下仍对带宽和显存有一定需求。

主流几款 GPU 中哪些适合推理？哪些适合训练？

那么进行一下指标对比，在 NVIDIA H100、A100、A4000、A6000、V100、P6000、RTX 4000、L40s、L4，这几个GPU 中，分析哪些 GPU更适合 做模型训练任务，哪些 GPU 更适合做推理任务。

以下是NVIDIA H100、A100、A6000、A4000、V100、P6000、RTX 4000、L40s、L4的主要性能指标参数表：

这个表格总结了每个GPU的架构、FP16/FP32计算性能、Tensor Core性能、显存大小、显存类型以及内存带宽，便于比较各个GPU在不同任务场景中的适用性。按照架构来讲，越新的架构肯定性能相对更好，这些架构从旧到新依次是：

1. Pascal（2016年发布）
2. Volta（2017年发布）
3. Turing（2018年发布）
4. Ampere（2020年发布）
5. Ada Lovelace（2022年发布）
6. Hopper（2022年发布）

在选择用于大语言模型（LLM）训练和推理的GPU时，不同GPU有着各自的特性和适用场景。NVIDIA系列的多款GPU在AI计算领域表现出色，包括高性能的H100、A100、V100，以及更为主流的A6000、A4000等。以下将对这些GPU进行分析，探讨它们在模型训练和推理任务中的优劣势，帮助明确不同GPU的应用场景。

1. NVIDIA H100

适用场景：

• 模型训练：H100是目前NVIDIA已量产的最先进的GPU，设计专门用于大规模AI训练。它拥有超强的计算能力、超大的显存和极高的带宽，能够处理海量数据，特别适合训练GPT、BERT等大规模语言模型。其Tensor Core性能尤为出色，能够极大加速训练过程。
• 推理：H100的性能也能轻松应对推理任务，尤其在处理超大模型时表现优异。但由于其高能耗和成本，一般只在需要极高并发量或实时性要求下用于推理任务。

2. NVIDIA A100

适用场景：

• 模型训练：A100是数据中心AI训练的主力GPU，特别是在混合精度训练中具有极强的表现。其较高的显存和带宽使得它在处理大型模型和大批量训练任务时表现卓越。
• 推理：A100的高计算能力和显存也使其非常适合推理任务，特别是在需要处理复杂神经网络和大规模并发请求时表现优异。

3. NVIDIA A6000

适用场景：

• 模型训练：A6000在工作站环境中是非常合适的选择，特别是在需要大显存的情况下。虽然它的计算能力不如A100或H100，但对于中小型模型的训练已经足够。其显存也能支持较大模型的训练任务。
• 推理：A6000的显存和性能使其成为推理的理想选择，尤其是在需要处理较大的输入或高并发推理的场景中，能提供平衡的性能和显存支持。

4. NVIDIA A4000

适用场景：

• 模型训练：A4000虽然属于专业工作站GPU，但由于显存较小且带宽较低，不适合大规模模型的训练任务。它更适合中小型模型或在预算有限的情况下进行实验性训练。
• 推理：由于其计算性能尚可，A4000可以胜任许多推理任务，特别是在小规模模型或低并发推理需求下表现良好。

5. NVIDIA V100

适用场景：

• 模型训练：V100在引入Tensor Core后，成为了AI训练的革命性GPU，适合各种规模的AI模型训练。尽管已经被更新的A100和H100所超越，但其性能在中型模型的训练任务中依然非常出色。
• 推理：V100在推理任务中表现不如A100和H100，但对于中等规模的推理任务仍然是一个可靠的选择，尤其是在处理需要Tensor Core加速的任务时。

6. NVIDIA P6000

适用场景：

• 模型训练：P6000属于上一代GPU，虽然在其时代表现优异，但由于缺乏Tensor Core支持以及较低的计算性能，它不适合现代大语言模型的训练。
• 推理：对于一些基本的推理任务，P6000仍然可以使用，尤其是在较小模型的推理任务中表现尚可，但并不是理想的选择。

7. NVIDIA RTX 4000

适用场景：

• 模型训练：RTX 4000的计算能力和显存都相对较低，基本不适合用于训练大规模模型，但可以用于小型实验或原型开发阶段的训练任务。
• 推理：对于小型推理任务，RTX 4000仍然是经济实惠的选择。它的Tensor Core性能使其能够支持部分推理加速，适用于资源受限的环境。

8. NVIDIA L40s

适用场景：

• 模型训练：L40s为工作站设计，并且在计算能力和显存上有较大提升，适合中型到大型模型的训练，尤其是当需要较强的图形处理和AI训练能力结合时。
• 推理：L40s的强大性能和大显存使其非常适合高性能推理任务，尤其是在工作站环境下的复杂推理任务。

9.NVIDIA L4

适用场景：

• 模型训练: L4的设计更加偏向于推理任务，但也可以用于轻量的模型训练或中型模型的实验性训练。24GB的显存限制了其在大型模型训练中的应用范围。
• 推理: L4是一款高效推理GPU，特别适合需要能效比的场景。其Tensor Core性能使其在处理多样化AI推理任务时表现良好，尤其适合图像、视频处理及推理应用。虽然不是顶级性能GPU，但L4提供了平衡的成本和能效。

结论

• • H100 和 A100 是目前训练大规模模型（如GPT-3、GPT-4等）的最佳选择，拥有顶级的计算能力、显存和带宽。H100在性能上超越了A100，但A100仍然是当前大规模AI训练中的主力。
  • V100 仍然是中型模型训练的可靠选择，尤其适合在预算有限的情况下使用。
  • A6000 可以在工作站环境中进行中小型模型的训练。

• A6000 和 L40s 是推理任务的理想选择，提供了强大的性能和显存，能够高效处理大模型的推理。
• A100 和 H100 在超大规模并发或实时推理任务中表现优异，但由于其高成本，通常只在特定场景中使用。
• A4000 和 RTX 4000 则适合中小型推理任务，是经济实惠的选择。
• L4 非常适合高效推理场景，尤其是在图像、视频等应用中需要高效能推理的场景。它在性能和能效比之间达到了很好的平衡，成为性价比推理GPU的优秀选择。