NVIDIA NVLink 是一种高速、高带宽的互连技术，主要用于在多个 NVIDIA GPU（图形处理器）之间建立直接、快速的通信桥梁。
您可以把它想象成 GPU 之间的“超级高速公路”，而传统的多GPU方案（如 SLI）则像是“普通国道”，这条“超级高速公路”极大地提升了 GPU 协同工作的效率，是当前高性能计算、AI训练和顶级专业图形工作的核心技术之一。
NVLink 的核心优势与价值
在 NVLink 出现之前，多 GPU 系统主要依赖 PCIe（PCI Express）总线进行通信，虽然 PCIe 也在不断升级（如 PCIe 4.0, 5.0），但它本质上是为连接 CPU 和各种外设设计的，GPU 之间通过它通信效率并不高，存在延迟高、带宽瓶颈等问题。
NVLink 的出现解决了这些痛点,其核心优势体现在：
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极高的带宽
（图片来源网络，侵删）- 这是 NVLink 最核心的优势，它提供了远超 PCIe 的数据传输速率。
- 例如：在最新的 NVIDIA H100 GPU 中，NVLink 带宽高达 900 GB/s，而同为 PCIe 5.0 的 x16 带宽仅为约 128 GB/s，这意味着 NVLink 的带宽是 PCIe 5.0 的 7倍以上！
- 高带宽意味着什么？ 在 AI 训练中，巨大的神经网络模型需要在多个 GPU 之间频繁地交换参数和梯度，带宽越高，数据交换就越快,训练时间就越短。
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极低的延迟
- NVLink 提供了 GPU 之间的点对点直接通信，数据无需绕道 CPU,大大缩短了通信延迟。
- 低延迟意味着什么？ 在实时渲染或需要即时响应的计算任务中，更短的延迟意味着更快的同步速度,提升了整体系统的响应能力和效率。
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统一内存空间
- 在支持 NVLink 的系统中，多个 GPU 可以像使用一个巨大的内存池一样，直接访问彼此的显存，一个 GPU 可以读写另一个 GPU 的显存,而无需先将数据复制到系统内存中。
- 统一内存意味着什么？ 这极大地简化了编程模型，开发者可以更容易地编写利用多 GPU 并行能力的代码，而无需手动处理复杂的数据搬移，从而释放 GPU 的全部潜能。
NVLink 的工作原理
- 物理连接：通过专用的 NVLink Bridge（桥接器）将两块或多块 NVIDIA GPU 物理连接起来,这些桥接器通常位于显卡的顶部边缘。
- 数据传输：GPU 通过这些专用的高速通道直接交换数据，绕过了传统的 PCIe 总线。
- 系统协同：在操作系统和驱动程序的支持下，系统识别为一个拥有巨大统一内存空间的计算集群，而不是多个独立的 GPU。
支持 NVLink 的 GPU 产品线
NVLink 技术并非所有 NVIDIA GPU 都支持，它主要面向高端、专业和数据中心市场。
消费级/游戏级 GPU
- RTX 30 系列：RTX 3090 / 3090 Ti 是消费级中唯二支持 NVLink 的显卡，它们通过一个 NVLink Bridge 可以实现双卡互联，带宽约为 112.5 GB/s，虽然其初衷更多是为专业内容创作（如 3D 渲染、科学计算）提供巨大显存和带宽，但普通用户也可以尝试用于游戏,不过效果提升有限且兼容性是个问题。
- RTX 20 系列：RTX 2080 / 2080 Ti / Titan RTX 也支持 NVLink。
- RTX 40 系列：非常遗憾，RTX 4090 及其整个 RTX 40 系列均移除了对 NVLink 的硬件支持。 NVIDIA 认为对于大多数游戏玩家来说，性能提升有限，且增加了成本和复杂性,因此决定砍掉此功能。
专业级/数据中心 GPU
- Hopper 架构：NVIDIA H100 (SXM5 和 PCIe 版本)，拥有目前最强的 NVLink 能力。
- Ampere 架构：NVIDIA A100 (SXM 版本)，是 AI 训练领域的主力。
- Volta 架构：NVIDIA V100 (SXM 版本),是上一代的数据中心旗舰。
- 其他：如 RTX 6000 Ada Generation 等专业显卡也支持 NVLink。
主要应用场景
NVLink 技术的价值在以下场景中体现得淋漓尽致：
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人工智能 与深度学习
- 大规模模型训练：训练像 GPT-4、PaLM 这样拥有数千亿甚至上万亿参数的巨型语言模型，需要将模型切分到数十甚至上百个 GPU 上进行并行训练，NVLink 的高带宽和低延迟是保证训练效率和可行性的关键。
- 数据并行与模型并行：NVLink 使得不同 GPU 之间高效同步梯度和模型参数成为可能。
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高性能计算
在科学模拟、气象预测、基因测序、流体力学等领域，需要处理海量的数据集和复杂的计算任务，NVLink 可以将多个 GPU 集群化，形成一个强大的超级计算节点,加速计算过程。
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专业图形与视觉计算
- 电影特效渲染：渲染一部电影的一个高分辨率镜头可能需要数天甚至数周的时间，使用 NVLink 连接的多 GPU 工作站可以显著缩短渲染时间。
- CAD/CAM 和 3D 建模：处理极其复杂的模型和场景时，NVLink 可以提供流畅的实时预览和更快的模拟计算速度。
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高性能数据科学
处理和分析 PB 级别的数据集时，利用 NVLink 连接的 GPU 可以加速数据清洗、转换和机器学习模型训练等环节。
与 SLI 的区别
很多人会将 NVLink 与 NVIDIA 旧的 SLI (Scalable Link Interface) 技术混淆，它们虽然都使用桥接器,但目的和原理完全不同：
| 特性 | NVIDIA NVLink | NVIDIA SLI (已废弃) |
|---|---|---|
| 主要目的 | GPU 间数据通信 (用于 AI、HPC、渲染) | 帧渲染分工 (用于提升游戏帧率) |
| 工作模式 | 交换模型参数、梯度、数据块 | 交替渲染一帧画面的不同部分 (AFR) 或不同区域 (SFR) |
| 核心优势 | 高带宽、低延迟 | 在特定游戏中提升帧率 |
| 应用领域 | 专业计算、数据中心、高端创作 | 游戏 |
| 当前状态 | 活跃发展，是未来计算的核心 | 已完全废弃，新一代显卡不再支持 |
NVIDIA NVLink 是一项革命性的技术，它通过为 GPU 间通信打造一条“超级高速公路”，彻底改变了多 GPU 协作的方式。
- 对于普通用户：除了少数几代旗舰游戏显卡（如 RTX 3090）外，你基本接触不到它，对于游戏玩家来说，RTX 40 系列取消 NVLink 影响不大,因为单卡性能已足够强大。
- 对于专业人士和企业：NVLink 是不可或缺的利器，它是训练 AI 大模型、进行科学研究和专业内容创作的基石，能够将多 GPU 的性能潜力发挥到极致，极大地缩短计算时间,降低成本。
随着 AI 和 HPC 需求的爆炸式增长，NVLink 技术的重要性只会越来越高,是衡量顶级计算平台能力的关键指标之一。
