Wie InfiniBand-Netzwerke HPC-Rechenzentren stärken

InfiniBand-Netzwerke machen Rechenzentren für High-Performance Computing leistungsstark. Anwendungen mit hohem Durchsatz, die Datenanalyse und maschinelles Lernen erfordern, wachsen rasant, und die Nachfrage nach schnellen Netzwerken mit geringer Latenz steigt stark an, da immer mehr Bereiche beginnen, diese Netzwerke zu nutzen. InfiniBand ist eine neue Technologie, die für Hochgeschwindigkeitskonnektivität entwickelt wurde und in den letzten Jahren weltweit in großen High-Performance-Computing-Zentren weit verbreitet eingesetzt wird. Im folgenden Teil erhalten Sie einen detaillierten Überblick darüber, was ein InfiniBand-Netzwerk ist und welche Produktfamilie dazugehört.

Einführung in InfiniBand-Netzwerke

Vielleicht haben Sie schon von InfiniBand gehört, aber was genau ist das? Es handelt sich um eine offene Standardtechnologie für Hochgeschwindigkeits-Netzwerkverbindungen mit hoher Bandbreite, geringer Latenz und hoher Zuverlässigkeit, die häufig in Supercomputer-Clustern eingesetzt wird. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Datenswitches zu verbinden und gleichzeitig effiziente Datenübertragungskanäle innerhalb des Rechenzentrums und zwischen Speichersystemen bereitzustellen.

Ein vollständiges InfiniBand-System besteht in der Regel aus Channel Adapters (CAs), Switches, Routern, Kabeln und Steckverbindern. Dabei lassen sich Channel Adapters in Host Channel Adapters (HCAs) und Target Channel Adapters (TCAs) unterteilen.

InfiniBand-Switches ähneln normalen Netzwerk-Switches, müssen jedoch die Anforderungen von InfiniBand an hohe Leistung und niedrige Kosten erfüllen. InfiniBand-Router sind anders. Sie teilen große Netzwerke in kleinere auf und verbinden sie mit Routern, um die Datenübertragung effizienter zu gestalten.

HCAs werden verwendet, um Server oder Speichergeräte mit einem InfiniBand-Netzwerk zu verbinden. TCAs sind spezialisierte Channel-Adapter, die typischerweise in eingebetteten Umgebungen wie Speichergeräten eingesetzt werden, um stabile und effiziente Dateninteraktionen sicherzustellen.

Was ist ein InfiniBand Switch?

InfiniBand-Switches (IB-Switches) können als Geräte betrachtet werden, die Netzwerk-Switch-Hardware InfiniBand-Funktionen hinzufügen, ähnlich wie PoE-Switches, SDN-Switches und NVGRE/VXLAN-Switches. Zu den wichtigsten Anbietern von IB-Switches auf dem heutigen Markt gehören NVIDIA (Mellanox), Intel und Oracle. Die Preisgestaltung hängt vom Anbieter und von der spezifischen Konfiguration des Switches ab.

IB-Switches sind mit unterschiedlichen Portzahlen, Steckertypen und InfiniBand-Versionen erhältlich. Beispielsweise verfügen die InfiniBand-Switches von NVIDIA über QSFP56/OSFP HDR/NDR-Ports mit 8 bis 64 Ports. Die HDR- und NDR-Versionen der Switches unterstützen Datenraten von 200Gb/s bzw. 400Gb/s und bieten fortschrittliche Technologien wie Remote Direct Memory Access (RDMA), Adaptive Routing und NVIDIA Scalable Split-Routing. und NVIDIA Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol (SHARP™).

InfiniBand-Transceiver: Eine Schlüsselkomponente für High-Performance Computing

InfiniBand-Transceiver spielen eine Schlüsselrolle im Hochleistungsrechnen. QSFPTEK bietet 200G HDR InfiniBand-Transceiver, 400G NDR und 800G NDR InfiniBand-Transceiver an, jeweils mit unterschiedlichen Funktionen, um den Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden.

Aufdeckung von InfiniBand-Netzwerken in HPC-Rechenzentren

Im Bereich des High-Performance Computing (HPC) stellen Rechenzentren hohe Anforderungen an das Netzwerk, und InfiniBand ist als eine speziell für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung entwickelte Architektur in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen. Einfach ausgedrückt ermöglicht InfiniBand verschiedenen Gerätetypen, über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung miteinander zu interagieren, was es aufgrund seiner hervorragenden Bandbreite und niedrigen Latenz zur bevorzugten Wahl für viele HPC-Rechenzentren macht.

Wenn Sie mit InfiniBand nicht vertraut sind, stellen Sie es sich als die "Autobahn" des Rechenzentrums vor, auf der verschiedene Rechenknoten, Speichergeräte und Analysesysteme effizient Daten austauschen. Je nach Portgeschwindigkeit sind InfiniBand-Switches in Versionen wie QDR, FDR, NDR und XDR erhältlich, die jeweils eine andere Leistungsstufe bieten, damit Aufgaben im Rechenzentrum reibungslos ausgeführt werden.

In großen Rechenumgebungen kann InfiniBand Hosts auch mit verschiedenen Peripheriegeräten verbinden, wie Speichersystemen, Grafikprozessoren (GPUs) und mehr. Es unterstützt 4K-Pakete und bietet serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in beide Richtungen, die zu 4X- oder 12X-Verbindungen kombiniert werden, um einen Datendurchsatz von bis zu 300Gbps bereitzustellen. Diese Übertragungskapazität ist ein großer Vorteil für HPC-Systeme, die enorme Datenmengen verarbeiten müssen.

In den letzten Jahren haben große Technologieunternehmen angesichts der wachsenden Nachfrage nach Hochleistungsrechnen Produkte auf Basis der InfiniBand-Technologie auf den Markt gebracht, um die Entwicklung der HPC-Branche weiter voranzutreiben. QSFPTEK bietet 200G QSFP56 SR4 und FR4 HDR InfiniBand-Transceiver an, 400G OSFP SR4 und DR4 NDR InfiniBand-Transceiver sowie 800G OSFP 2xFR4 NDR InfiniBand-Transceiver als eine der Optionen in HPC-Rechenzentren.

Warum ist InfiniBand für HPC-Rechenzentren wichtig?

Die heutigen Internetarchitekturen sind groß und komplex, und viele Organisationen verlassen sich auf Hochleistungsrechnen, um enorme Datenmengen zu verarbeiten. HPC-Rechenzentren sind darauf ausgelegt, diesen Rechenbedarf zu erfüllen. Netzwerkbandbreite und Latenz sind zwei der kritischsten Kennzahlen für HPC. InfiniBand wird im HPC-Bereich bevorzugt, weil es extrem hohe Bandbreite und ultraniedrige Latenz bietet und so eine reibungslosere Kommunikation zwischen Rechenknoten, Speichersystemen und Analyseplattformen ermöglicht.

Einfach ausgedrückt entscheiden sich HPC-Rechenzentren für InfiniBand, weil es Daten mit sehr hoher Geschwindigkeit verarbeiten und gleichzeitig eine geringe Latenz aufrechterhalten kann, wodurch verhindert wird, dass Rechenaufgaben durch Netzwerkengpässe behindert werden. Eine solche Eigenschaft wird besonders wichtig, da der Umfang der Datenverarbeitung weiter zunimmt.

Da die Nachfrage nach Hochleistungsrechnen in Bereichen wie künstlicher Intelligenz, Big-Data-Analytik und Cloud Computing in Zukunft weiter steigt, wird InfiniBand weiterhin ein zentraler Bestandteil von Rechenzentren sein.

Die einzigartigen Vorteile von InfiniBand-Netzwerken in High-Performance-Computing-Rechenzentren

Heutzutage ist es angesichts all der neuen Technologien in der Datenübertragung, im Internet und in der visuellen Darstellung entscheidend, die Rechenleistung zu steigern, die Speicherkapazität zu erweitern und ein effizienteres Netzwerk zu unterstützen. In diesen Bereichen optimiert das InfiniBand-Netzwerk durch seine Eigenschaften hoher Bandbreite und niedriger Latenz die Netzwerkarchitektur von High-Performance-Computing-(HPC)-Rechenzentren und macht die Nutzung von Rechenressourcen effizienter.

Verbesserte Netzwerkeffizienz

InfiniBand (IB)-Netzwerke ermöglichen es, Protokollverarbeitung und Datenübertragungsaufgaben von der CPU auf die Netzwerkhardware zu verlagern, wodurch CPU-Ressourcen freigesetzt werden, die sich auf rechenintensive Aufgaben konzentrieren können, wie Simulationen mit ultrahoher Auflösung, groß angelegte Datenanalysen und paralleles Rechnen. InfiniBand bietet höhere Übertragungsraten als herkömmliches 10Gbps Ethernet, bis zu 168Gbps (12xFDR) in der neuesten Version, und liegt damit deutlich vor 10Gbps- und 100Gbps-Ethernet-Verbindungen. Für Branchen, die auf Hochgeschwindigkeitsrechnen angewiesen sind, wie Web 2.0, Cloud Computing, Big-Data-Verarbeitung, Finanzmodellierung, virtualisierte Rechenzentren und Speicheranwendungen, liefert InfiniBand Leistungsverbesserungen, die nicht nur die Ausführungszeiten von Aufgaben verkürzen, sondern auch Betriebs- und Wartungskosten senken.

Unterstützung höherer Bandbreiten

Während Ethernet in der 100G-Ära dominierte, entwickelt sich InfiniBand mit der Einführung von Switches mit 100G/200G-Übertragungsraten weiter, um die hohen Bandbreitenanforderungen von HPC-Computing-Architekturen zu erfüllen. Aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und niedrigen Latenz sind InfiniBand-Switches ideal für HPC-Rechenzentren, da sie Servern einen effizienten Betrieb ermöglichen und die Gesamtleistung von Anwendungen erheblich verbessern.

Hervorragende Skalierbarkeit

InfiniBand-Netzwerke können bis zu 48.000 Knoten in einem einzigen Subnetz unterstützen, und da sie keine herkömmlichen Broadcasting-Mechanismen wie ARP verwenden, gibt es keine Broadcast-Stürme oder andere Fehler, die zusätzliche Netzwerkbandbreite verschwenden können. Darüber hinaus können verschiedene IB-Subnetze über Switches effizient miteinander verbunden werden, um eine flexiblere Netzwerkerweiterung zu ermöglichen.

Fazit

Mit seiner hervorragenden technischen Architektur hat das InfiniBand-Netzwerk in HPC-Rechenzentren einen hohen Anwendungswert bewiesen. Es vereinfacht die Netzwerkarchitektur, reduziert die Latenz mehrstufiger Netzwerkschichten und bietet einen reibungsloseren Pfad für Bandbreiten-Upgrades für zentrale Rechenknoten. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden sich die Anwendungsszenarien des InfiniBand-Netzwerks weiter ausweiten und nach und nach zu einem wichtigen Grundpfeiler des HPC-Bereichs werden.