Σύγκριση δικτύων υπερυπολογιστών: InfiniBand vs Ethernet

Περίληψη: Καθώς τα φορτία εργασίας υπολογιστικής υψηλής απόδοσης (HPC) γίνονται πιο σύνθετα και απαιτητικά σε δεδομένα, η επιλογή της τεχνολογίας διασύνδεσης είναι κρίσιμη. Αυτή η τεχνική ανάλυση συγκρίνει τα δύο κυρίαρχα παραδείγματα στο δικτύου HPC—το InfiniBand της Mellanox και το παραδοσιακό Ethernet—αξιολογώντας τα αρχιτεκτονικά τους πλεονεκτήματα για την επόμενη γενιά υπερυπολογιστών και ερευνητικών συστοιχιών AI.

Τα σημερινά περιβάλλοντα υπολογιστικής υψηλής απόδοσης επεκτείνονται πέρα από την παραδοσιακή επιστημονική προσομοίωση για να περιλαμβάνουν την εκπαίδευση τεχνητής νοημοσύνης, την ανάλυση μεγάλων δεδομένων και την επεξεργασία σε πραγματικό χρόνο. Αυτά τα φορτία εργασίας απαιτούν ένα ύφασμα διασύνδεσης που παρέχει όχι μόνο καθαρό εύρος ζώνης, αλλά και εξαιρετικά χαμηλή καθυστέρηση, ελάχιστο jitter και αποτελεσματική εκφόρτωση CPU. Το δίκτυο έχει μετατραπεί από έναν παθητικό αγωγό δεδομένων σε ένα ενεργό, έξυπνο συστατικό της αρχιτεκτονικής υπολογιστών, καθιστώντας την επιλογή μεταξύ InfiniBand έναντι Ethernet μια θεμελιώδη αρχιτεκτονική απόφαση που υπαγορεύει τη συνολική απόδοση και την αποδοτικότητα της συστοιχίας.

Η βασική διαφορά μεταξύ InfiniBand και Ethernet έγκειται στη φιλοσοφία του σχεδιασμού τους. Το InfiniBand σχεδιάστηκε από την αρχή για το περιβάλλον υψηλού ρίσκου του δικτύου HPC, ενώ το Ethernet έχει εξελιχθεί από ένα πρότυπο δικτύωσης γενικής χρήσης.

Με επικεφαλής την Mellanox (τώρα μέρος της NVIDIA), το InfiniBand προσφέρει ένα ύφασμα χωρίς απώλειες με χαρακτηριστικά αιχμής:

• Native RDMA: Παρέχει άμεση μεταφορά μνήμης σε μνήμη μεταξύ διακομιστών, παρακάμπτοντας το λειτουργικό σύστημα και την CPU, γεγονός που μειώνει την καθυστέρηση σε λιγότερο από 600 νανοδευτερόλεπτα.
• Υπολογισμός Εντός Δικτύου: Η τεχνολογία SHARP της Mellanox επιτρέπει την εκτέλεση λειτουργιών συγκέντρωσης (όπως all-reduce) εντός του υφάσματος του διακόπτη, μειώνοντας δραστικά τον όγκο των δεδομένων και επιταχύνοντας τις συλλογικές λειτουργίες.
• Υψηλό Εύρος Ζώνης: Αναπτύσσει 400Gb/s NDR InfiniBand, παρέχοντας σταθερή, χωρίς συμφόρηση απόδοση.

Το Σύγχρονο Ethernet Υψηλής Απόδοσης (με RoCE - RDMA over Converged Ethernet) έχει κάνει σημαντικά βήματα:

• Εξοικείωση και Κόστος: Αξιοποιεί την υπάρχουσα γνώση πληροφορικής και μπορεί να επωφεληθεί από οικονομίες κλίμακας.
• RoCEv2: Ενεργοποιεί τις δυνατότητες RDMA μέσω δικτύων Ethernet, αν και απαιτεί ένα διαμορφωμένο ύφασμα χωρίς απώλειες (DCB) για βέλτιστη απόδοση.
• Ταχύτητα: Προσφέρει συγκρίσιμα ρυθμούς καθαρού εύρους ζώνης, με 400Gb/s Ethernet διαθέσιμο.

Τα θεωρητικά πλεονεκτήματα του InfiniBand υλοποιούνται σε απτά κέρδη απόδοσης σε πραγματικά περιβάλλοντα HPC και AI. Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τις βασικές διαφοροποιήσεις απόδοσης:

Η απόφαση InfiniBand έναντι Ethernet δεν είναι απλώς τεχνική. φέρει σημαντικό στρατηγικό βάρος. Το InfiniBand, που τροφοδοτείται από την τεχνολογία Mellanox, παρέχει σταθερά ανώτερη και προβλέψιμη απόδοση για προσομοιώσεις στενής σύζευξης και εκπαίδευση AI μεγάλης κλίμακας, μεταφράζοντας άμεσα σε ταχύτερο χρόνο επίλυσης και υψηλότερη χρήση πόρων. Το Ethernet προσφέρει συναρπαστικά πλεονεκτήματα σε ετερογενή περιβάλλοντα και μικτά φορτία εργασίας όπου η ενσωμάτωση με ευρύτερα εταιρικά δίκτυα αποτελεί προτεραιότητα. Ωστόσο, η απόδοσή του εξαρτάται συχνά περισσότερο από σχολαστική διαμόρφωση για να πλησιάσει αυτήν ενός υφάσματος InfiniBand που κατασκευάστηκε για έναν σκοπό.

Δεν υπάρχει μια λύση που να ταιριάζει σε όλους στη συζήτηση δικτύου HPC. Για κρίσιμες για την αποστολή αναπτύξεις όπου η μέγιστη απόδοση εφαρμογής, η χαμηλότερη καθυστέρηση και η υψηλότερη απόδοση είναι μη διαπραγματεύσιμες—όπως σε κορυφαία κέντρα υπερυπολογιστών—το InfiniBand παραμένει ο αδιαμφισβήτητος ηγέτης. Για συστοιχίες που εκτελούν ποικίλα φορτία εργασίας ή όπου η λειτουργική εξοικείωση είναι υψίστης σημασίας, οι προηγμένες λύσεις Ethernet παρουσιάζουν μια βιώσιμη εναλλακτική λύση. Το κλειδί είναι να ευθυγραμμίσετε την αρχιτεκτονική του δικτύου με τις συγκεκριμένες υπολογιστικές και οικονομικές απαιτήσεις του φόρτου εργασίας.

Για να προσδιορίσετε τη βέλτιστη στρατηγική διασύνδεσης για τις υπολογιστικές σας ανάγκες, συνεργαστείτε με ειδικούς συνεργάτες για λεπτομερή ανάλυση φόρτου εργασίας και δοκιμές απόδειξης της ιδέας. Η αξιολόγηση των μοτίβων επικοινωνίας της εφαρμογής σας είναι το πρώτο βήμα προς την οικοδόμηση μιας ισορροπημένης και ισχυρής δικτύου HPC υποδομής.