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[分享]CPU 与 GPU 的 AI 性能对决:速度测试

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z3960 
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暂时放下算法和模型的话题,我们今天来聊聊 GPU(图形处理器)。上周末我有机会测试了多款 GPU,包括业界顶尖的英伟达 H100、RTX 5090、RTX 4090 等型号。这篇文章将重点总结它们在 AI 任务中的性能表现 —— 无论是大语言模型(LLM)推理还是微调,看看相比 CPU 能带来多少速度提升。
如果你刚接触 GPU(图形处理器)领域,下面简要对比了它们与 CPU(中央处理器)的差异:
H100是专为AI和数据中心设计的性能怪兽(performance monster),堪称超级计算机的大脑。这类设备通常由企业级用户持有。
RTX 4090 是目前顶级的游戏和创作显卡(GPU)。它代表了消费级显卡(consumer grade GPU)的最先进水平(SOTA)。
RTX 5090 预计将比 RTX 4090 更快更炫酷,采用全新的 Blackwell(布莱克威尔)架构。
T4是谷歌Colab提供的免费GPU,性能不如前面提到的那些型号。
在理想情况下,每块 GPU(图形处理器)相比 CPU(中央处理器)的预期性能提升
H100: 约100倍性能提升
5090(预期值):⚡ 约50倍
4090显卡: 性能提升约40倍
T4: 约10倍提升
CPU: 基准性能
那么,让我们开始吧。
但这是真的吗?让我们来验证一下!!


为了比较性能提升效果,我选择了两个测试任务:
为什么?因为有些大语言模型(LLM)更适合推理(inference),而另一些则更适合微调(fine-tuning)。因此,我选择了两种不同的任务来测试这些GPU与CPU的性能表现。

任务1:使用大语言模型(LLM)进行文本摘要


在这个任务中,我使用了谷歌的T5大语言模型(Large Language Model,约7亿参数)来总结100篇随机文章。重点不在于评估输出质量,而是测试不同硬件完成总结所需的时间。除了使用的硬件(CPU或GPU)外,其他所有配置都保持一致。

使用的代码如下所示。




以下是针对5种硬件资源进行的实验结果:CPU(Tesla T4)、RTX 1590、RTX 4090和Nvidia H100。



任务2:微调DistillBERT


我接手的第二个任务是用约7500条记录对DistillBert(蒸馏版BERT)进行微调(fine-tune)。与之前的实验类似,除了使用的硬件不同外,其他条件都保持一致。由于CPU训练速度极慢,我们只进行了1个训练周期(epoch),并通过估算得到5个周期所需的训练时间。而其他4种GPU设备都完整训练了5个周期。

使用的代码




以下是实验得出的结果。关于CPU部分,请注意数据是基于单个训练周期(epoch)的时间估算得出的,因为完整运行耗时过长。



关键洞见


通过上述实验,我总结出了一些关键发现,这些将帮助你更清晰地理解 CPU 和 GPU 的区别,以及如何选择适合自己的 GPU:

1. CPU(中央处理器)处理大语言模型(LLM)任务时慢得令人痛苦


说实话,用 CPU 做推理(inference)或微调(fine-tuning)就像骑自行车参加直线加速赛 —— 根本不可能赢。
关键点:即使是像T4这样的老款GPU,性能也远超CPU。如果你在2025年还在用CPU跑大语言模型(LLM)任务,要么你特别有耐心...要么就是被困在Kaggle内核里了。

2. T4是"基准GPU"——依然值得考虑


特斯拉 T4(因 Google Colab 而闻名)的表现毫无意外,但依然稳居前列。它的测试结果为:
用例:适合入门级GPU训练/推理(training/inferencing),是学习和轻量级工作负载的理想选择。但别指望它能创造奇迹。

3. RTX 4090 是性价比的最佳选择


这张卡片在微调(fine-tuning)方面表现尤为出色:
微调性能相比 CPU 提升高达 200 倍!如果你认真对待大语言模型(LLM),RTX 4090 就是"性价比之王"。
这个转折令人意外。RTX 5090(原文:5090)明明比4090更新,理论上应该碾压后者——但事实却相反:
为什么?
关键点:不要以为花钱升级显卡就能自动获得性能提升。一定要针对你的具体工作负载进行基准测试。

5. 英伟达H100:企业级性能猛兽,但尚未完全释放潜力


啊,没错,这就是AI界的雷神之锤——H100。这家伙简直是预训练(pre-training)的怪兽。但在实际测试中:
那么,为什么性能表现不尽如人意呢?
关键点在于:你需要合适的模型(model)和数据处理流程(pipeline)才能充分发挥H100的全部性能。否则就像在停车场里开F1赛车——空有强大引擎却无处施展。

6. 微调(Fine-Tuning)带来的性能提升远超推理(Inference)


千万别错过这个黄金法则:
为什么?微调(Fine-tuning)对 GPU 要求极高:反向传播(backward passes)、优化器步骤(optimizer steps)、内存缓存(memory caching)——它会榨干你能调用的每一颗 CUDA 核心。相比之下,推理(Inference)的计算负担要轻得多。

7. 硬件 ≠ 软件就绪


这正是贯穿始终的主题
"大多数情况下,硬件已经更新换代,但软件却停滞不前。"
这说到点子上了。你可以花1万美元买一块GPU,但如果你的Transformer库(transformer library)或CUDA驱动没有针对它优化,性能就会受限。对于5090这样的新显卡或H100这种企业级怪兽卡来说,这种情况尤其明显。

一些建议


通过这次实验,我学到了很多东西,特别是人工智能(AI)的硬件方面:

总结


如果你正在严肃地使用大语言模型(LLM),硬件选择比以往任何时候都更重要。CPU(中央处理器)根本不是为这类任务设计的——用它们就像拿着小刀参加激光战。即便是入门级的T4显卡也能轻松碾压CPU。而RTX 4090则达到了完美的平衡点:性能强劲、技术成熟,并且有完善的库支持。新款RTX 5090在纸面上看起来很棒,但软件生态尚未做好准备。至于H100?毫无疑问是个性能怪兽,但除非你在运行GPT级别的大模型并拥有优化流水线,否则就像用超级计算机来做加减法。
 
我不喜欢说话却每天说最多的话,我不喜欢笑却总笑个不停,身边的每个人都说我的生活好快乐,于是我也就认为自己真的快乐。可是为什么我会在一大群朋友中突然地就沉默,为什么在人群中看到个相似的背影就难过,看见秋天树木疯狂地掉叶子我就忘记了说话,看见天色渐晚路上暖黄色的灯火就忘记了自己原来的方向。
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