当下，工业物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术迅速发展，对推动制造业数字化、网络化、智能化进程起到关键作用，尤其是信息技术对于数据的强大计算和分析能力为制造业发展开辟崭新的发展空间，IT和OT的融合越来越受到制造企业的重视。而随着相关技术的持续迭代，数字孪生的内涵也不断丰富，无论是工业制造，还是城市管理，数字孪生基于实时客观数据的动态进程，通过数据分析模拟现实中的情境和决策，以改进现实或更好适应现实，最终实现自动控制或自主决策控制。

为了支撑数字孪生应用，针对大规模应用场景提供高性能、低延时以及高级的虚拟化和模拟仿真支持的以太网平台，是一个必不可少的解决方案。在基于Omniverse平台的研发工具协同，到面向工程师的各项智能化应用拓展之外，NVIDIA还推出了包括Spectrum-4以太网网络平台以及NVIDIA OVX 计算系统等，为数字孪生应用提供高效的计算性能和稳定的网络基础，使数字孪生能更高效、更快速、更安全的落地，为客户带来实际价值跃迁，实现数字化转型升级的目标。

NVIDIA SPECTRUM-4平台架构及特点

数字孪生内涵不断丰富

“数字孪生”的是由Michael Grieves教授在2002年的一次演讲中提出，他认为通过物理设备的数据，可以在虚拟（信息）空间构建一个可以表征该物理设备的虚拟实体和子系统，并且这种联系不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。此后，数字孪生的概念逐步扩展到了模拟仿真、虚拟装配和3D打印等领域。

在NVIDIA网络技术专家崔岩看来，数字孪生是以数字世界严格、精确映射真实世界和事件过程为框架和基础，通过构建物理实体所对应的数字孪生模型，并通过人工智能等手段对数字模型进行可视化、调试、体验、分析与优化，从而提升物理实体性能和运行绩效的综合性技术策略。企业通过搭建整合制造流程的生产系统数字孪生模型，能实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化，是企业推进数字化转型的核心战略举措之一。

崔岩表示在创建数字孪生的过程中，其开发难点在于它是一个融合多技术、多学科的复杂工程。由于任何物理实体都可以创建其数字孪生模型，小到一个零件、一个部件、一个产品；大到一台设备、一个车间甚至一座工厂、一座城市，不同物理实体的数字孪生应用重点差别很大，但都应包含以下四个特点：

 · 物理级的准确程度和逼真感；

· 持续与现实孪生保持同步状态；

· 按精准时间运行，不存在时间延迟；

· 包含多个自主系统。

对此，NVIDIA将自身所擅长的GPU数据处理、CUDA运算、实时光线追踪RTX技术等软硬件能力，以及长期深耕的图形、AI、仿真生态系统经验进行集中，以更高效和兼容的方式推出了Omniverse平台。在崔岩看来，NVIDIA Omniverse在制造领域数字孪生应用中扮演的角色，是对工业资产、流程或环境的大型仿真，具有物理级准确性，并且采用多个与现实数据流完美同步的自治系统，而其底层NVIDIA提供了面向复杂工业场景的NVIDIA OVX参考架构，在高性能GPU加速计算的同时适配高速存储访问、低延迟网络、精确计时等优势，例如新推出的下一代以太网平台NVIDIA Spectrum-4，为企业数字孪生战略落地提供全方位算力支持。

奠定数字孪生的计算和网络基础

为了提升大规模云计算、企业人工智能和模拟仿真性能，同时降低功耗和成本，崔岩介绍NVIDIA分别提供了OVX POD和OVX SuperPOD计算平台，旨在扩展以支持更为苛刻的数字孪生工作负载，为这些工作负载提供最优的性能支持。在OVX SuperPOD和OVX POD多服务器计算系统中，NVIDIA引入了Spectrum-3交换机可提供200Gbps网络架构。通过将32台OVX服务器与高速网络、高速存储进行连接，提供包括低延时和精准定时，使物理世界和虚拟世界能够实时同步，满足大规模数字孪生的实时仿真需求。为大规模云计算、企业人工智能和模拟仿真进行性能优化，提供极致的性能、高级的安全性和强大的功能，同时降低功耗和成本。

在此基础上，NVIDIA在今年GTC大会推出了全新Spectrum-4以太网网络平台。在崔岩看来，Spectrum-4不仅仅是一款交换机产品，它由四大部分构成：

1.Spectrum-4以太网交换机，加速整个云网络架构；

2.ConnectX-7智能网卡，加速服务器节点中网络性能适配器；

3.BlueField-3 DPU，可编程数据中心基础架构；

4.以及这些硬件平台上的相关软件。

这四大组合部分共同构成了端到端的400Gbps超大规模网络平台——Spectrum-4。也促使NVIDIA Spectrum-4作为全球首个400Gbps端到端以太网网络平台，交换吞吐量比前代产品高出4倍，达到51.2Tbps，能够大幅加速大规模云原生应用。

在Spectrum-4交换机性能与创新方面，NVIDIA Spectrum-4 ASIC基于4N制程工艺，包含千亿个晶体管以及经过简化的收发器设计，具有领先的能效和总拥有成本。凭借支持128个400GbE端口的51.2Tbps聚合ASIC带宽，以及自适应路由选择和增强拥塞控制机制，Spectrum-4优化了基于融合以太网的RDMA（RoCE）网络架构，并显著提升了数据中心的应用速度。

ConnectX-7智能网卡则具有四个方面的优势：加速软件定义的网络、提供从边缘到核心的安全性、存储性能上的提升，以及精准计时为数据中心应用程序和时间敏感型基础设施提供更精准的时间同步。

NVIDIA BlueField-3 DPU和DOCA软件框架能够大幅加速大规模云原生应用。此外，BlueField-3 DPU还可以实现零信任安全，把应用程序域和基础设施域进行隔离，保障客户端的应用和基础设施端的数据安全。

持续创新为用户带来价值跃迁

自从发布以后，凭借其速度、安全性和功能，Spectrum网络平台已成为建立先进数据中心的理想选择，包括Akamai、百度、Canonical、Criteo、DDN、F5、快手、NetApp、Nutanix、OVHcloud、Pure Storage、Pluribus Networks、Red Hat、StackPath、VAST Data、VMware、WEKA等，都选择基于Spectrum网络平台打造大规模数字孪生的应用，而Spectrum-4网络平台的大幅度性能提升，无疑将数字孪生应用带上了新的高度。

以宝马集团为例，作为宝马集团的未来2.0智能工厂，是2021年春季 GTC上公布的虚拟工厂的扩展，该工厂从设计、仿真、运营到维护完全在 NVIDIA Omniverse 中完成。该工厂拥有遵守物理定律的数字人和自主机器人，是实现工厂数字孪生的出色代表。

随着数字孪生、工业物联网等技术的广泛应用，将实时或准实时的动态运行数据记录叠加传统工业模型，工业技术的显性化、模型化、软件化将进一步加速，用户对于算力和网络传输性能的要求也水涨船高。在此趋势之下，NVIDIA Spectrum-4网络平台能够帮助企业构建更加精准、丰富、完整的数字孪生应用，让更多企业能够源源不断驶向数字化转型的价值新蓝海。

 （作者：e-works王聪）