Wie Ultra Ethernet die Zukunft von KI-Workloads prägt

Da KI-Workloads immer umfangreicher und komplexer werden, haben herkömmliche Rechenzentrumsnetzwerke zunehmend Schwierigkeiten, Schritt zu halten. Als Antwort auf den enormen Bedarf an ultrahoher Bandbreite, ultraniedriger Latenz und deterministischer Netzwerkleistung für das Training großer Modelle ist ein neues Netzwerkparadigma entstanden: Ultra Ethernet (UE). Ultra Ethernet ist eine speziell auf KI und High Performance Computing (HPC) zugeschnittene Netzwerkarchitektur auf niedriger Ebene, die sich rasch zum zentralen Rückgrat der nächsten Rechenzentrumsgeneration entwickelt.

Ein kurzer Leitfaden zu Ultra Ethernet und der UEC-Allianz

Ultra Ethernet ist eine bedeutende Technologieinitiative unter der Führung des Ultra Ethernet Consortium (UEC). Das Konsortium vereint zahlreiche Branchenriesen, darunter AMD, Arista, Broadcom, Cisco, HPE, Intel, Meta und Microsoft. Ihre zentrale Vision ist klar: die tiefgreifende Weiterentwicklung der herkömmlichen Ethernet-Technologie voranzutreiben, damit sie die anspruchsvollen Anforderungen von KI/ML-Workloads optimal erfüllen kann; und über ein offenes, hochgradig interoperables Ökosystem jene extreme Leistung bereitzustellen, die bislang nur mit geschlossenen, proprietären Netzwerken wie InfiniBand erreichbar war.

UEC hat sich der Neugestaltung eines vollständigen Netzwerkprotokollstapels verschrieben—von der zugrunde liegenden Bitübertragungsschicht bis hin zur Transportschicht. Ziel ist es, sicherzustellen, dass Ultra Ethernet eine tatsächlich verlustfreie, latenzarme und hochgradig skalierbare Kommunikation zwischen Knoten ermöglicht und dabei die beiden zentralen Vorteile des herkömmlichen Ethernet beibehält: ein “offenes Ökosystem” und “extreme Kosteneffizienz.”

Warum ist Ultra Ethernet im KI-Zeitalter so entscheidend?

Tatsächlich ist Ethernet an die Spitze der Supercomputing-Revolution gerückt. Daten aus dem Jahr 2024 zeigen, dass Ethernet in der TOP500-Leistungsrangliste der Supercomputer mit einem Anteil von 48.5% InfiniBand (39.2%) erfolgreich überholt hat und in großen Supercomputing-Clustern immer häufiger vertreten ist.

Moderne KI- und HPC-Workloads benötigen jedoch extrem viel Bandbreite, reagieren äußerst empfindlich auf Latenz und erfordern einen extrem hohen Determinismus im Netzwerkverkehr. Selbst herkömmliches Ethernet mit dem Protokoll RoCE (RDMA over Converged Ethernet) neigt dazu, Schwächen zu offenbaren—etwa Paketverluste, zunehmende Überlastung und eine unzureichende feingranulare Verkehrssteuerung—wenn es mit den extremen Anforderungen von KI-Clustern mit Zehntausenden von Karten konfrontiert wird, wodurch die Rechenleistung des gesamten Systems beeinträchtigt wird.

Ultra Ethernet wurde genau dafür entwickelt, diese Probleme zu lösen. Es führt einen völlig neuen Mechanismus zur Überlastungssteuerung, intelligente Algorithmen zur Paketplanung und eine tatsächlich verlustfreie Transportschicht ein. Diese grundlegenden Innovationen wirken zusammen, um den Netzwerkdurchsatz bis an seine Grenzen zu steigern und zugleich die Latenz am oberen Ende der Verteilung sowie den Netzwerk-Jitter zu minimieren. Dadurch können Rechencluster über Zehntausende von GPUs hinweg möglichst effizient horizontal skaliert werden.

Als aktiver Teilnehmer an der Weiterentwicklung von KI-Netzwerken der nächsten Generation verfolgt QSFPTEK die Fortschritte des UEC-Ökosystems kontinuierlich aufmerksam. Als Reaktion auf den Verbindungsbedarf, der beim Übergang von herkömmlichem Ethernet zu Ultra Ethernet entsteht, optimiert QSFPTEK fortlaufend sein Produktportfolio mit 400G, 800G und sogar optischen 1.6T-Modulen und Kabeln. Das Unternehmen setzt sich dafür ein, Unternehmensrechenzentren bei der Einführung des offenen Ethernet-Ökosystems zu unterstützen und zugleich eine latenzarme Netzwerkgrundlage zu schaffen, die extreme KI-Rechenleistung unterstützen kann.

Die Entwicklung von herkömmlichem Ethernet zu Ultra Ethernet-Switches

Der Aufstieg von KI-Rechenzentren ist untrennbar mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Ethernet-Switch-Technologie verbunden. Seit seiner Entstehung im Mai 1973 hat Ethernet dank seiner außergewöhnlichen architektonischen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit mit den sich wandelnden Anforderungen der Datenverarbeitung Schritt gehalten und sich nach und nach als weltweit dominierender Netzwerkstandard etabliert.

Ethernet-Switches haben fünf bedeutende Entwicklungsschritte durchlaufen:

Local Area Network (LAN)-Switches: Diese Switches leisteten Pionierarbeit bei kostengünstigen Verbindungen mit hoher Bandbreite und etablierten Ethernet als De-facto-Standard für Campus- und Unternehmensnetzwerke.

Metropolitan Area Network (MAN)-Switches: Sie führten Routing-Funktionen auf Layer 3 ein, überwanden erfolgreich die Grenzen einzelner Gebäude und erweiterten die Ethernet-Abdeckung auf das gesamte Stadtgebiet.

Switches für Netzbetreiber: Sie verbessern umfassend die Verbindungszuverlässigkeit, QoS (Quality of Service) und Sicherheitsmechanismen, erreichen den strengen Hochverfügbarkeitsstandard von 99.999% und ermöglichen es globalen Netzbetreibern, enorme Mengen an Sprach-, Video- und Datendiensten über Kontinente hinweg bereitzustellen.

Rechenzentrums-Switches: Mit dem explosionsartigen Wachstum des Cloud-Computings wurden diese Switches um EVPN, RDMA und hochautomatisierte Netzwerkfunktionen erweitert. So unterstützen sie mühelos die umfassende, nahtlose Skalierung von Millionen virtueller Maschinen und Speicher im Exabyte-Bereich in Cloud-Umgebungen.

Ultra Ethernet-Switches: Sie stehen für die offizielle Transformation von Ethernet zur Netzwerkgrundlage der nächsten Generation für Rechenanwendungen, sind für KI- und HPC-Workloads optimiert und markieren den entscheidenden Sprung in den Bereich des Supercomputings.

Welche Unterschiede bestehen zwischen Ultra Ethernet und bestehenden Netzwerkprotokollen?

Obwohl aktuelle Protokolle wie TCP/IP, RoCE und InfiniBand versuchen, hohe Verkehrsspitzen durch Optimierungen (etwa frühzeitig eingreifende Mechanismen zur Überlastungssteuerung) abzufangen, ist ihre zugrunde liegende Architektur weiterhin für 'Allzwecknetzwerke' ausgelegt.

Diese universelle Ausrichtung führt in extremen KI- und HPC-Szenarien zu einem gravierenden Mangel an gezielten fortschrittlichen Funktionen—etwa robustem dynamischem Multipathing, minimalistischer Konfigurationslogik sowie hoher Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit in großen Clustern. Wenn Unternehmen diese herkömmlichen Protokolle für KI-Workloads einsetzen, stoßen sie häufig auf architektonische Schwachstellen und erhebliche Leistungsengpässe.

Im Gegensatz dazu hat das Ultra Ethernet Consortium (UEC) direkt auf die praktischen Erfahrungen seiner führenden Mitglieder mit KI- und HPC-Implementierungen im Hyperscale-Maßstab (z. B. mit 10,000 Karten) zurückgegriffen, um ein durchgängiges Netzwerkframework maßzuschneidern und neu aufzubauen. Das UEC hat den Ansatz der punktuellen Optimierung, bei dem „Symptome statt Ursachen behandelt werden“, hinter sich gelassen. Mit einer ganzheitlichen Perspektive auf koordinierte Innovationen bei Hardware und Software hat es die Leistungsgrenzen von herkömmlichem Ethernet oder jeder einzelnen Netzwerktechnologie vollständig durchbrochen und liefert damit eine hocheffiziente Verbindungslösung, die tatsächlich „für KI entwickelt“ wurde.

Wie funktioniert Ultra Ethernet?

Auf Architekturebene basiert das Ultra Ethernet-System auf Clustern als zentralen Bausteinen und verknüpft dabei hauptsächlich Rechenknoten mit der zugrunde liegenden Fabric-Netzwerkinfrastruktur. Rechenknoten sind über Fabric-Schnittstellen (d. h. Hochleistungsnetzwerkkarten) mit dem Netzwerk verbunden, und jede physische Schnittstelle unterstützt nativ mehrere logische Fabric-Endpunkte (FEPs). Das gesamte Netzwerk ist physisch und logisch in mehrere unabhängige Datenebenen unterteilt, wobei die Verbindungen zwischen FEPs innerhalb jeder Ebene üblicherweise über eine Matrix aus Hochleistungs-Switches.

Um sich präzise an die zugrunde liegenden Datenverkehrseigenschaften unterschiedlicher Geschäftsszenarien anzupassen, bietet der Ultra Ethernet-Cluster hauptsächlich zwei zentrale Betriebsmodi:

• Modus für parallele Jobs:Zugeschnitten auf Hochleistungsrechnen (HPC) und verteiltes KI-Training. Dieser Modus unterstützt hochgradig gleichzeitige Viele-zu-viele-Kommunikation zwischen einer enormen Anzahl von Knoten und gewährleistet so eine effiziente Synchronisierung und die nahtlose Ausführung umfangreicher paralleler Rechenaufgaben.

• Client/Server-Modus:Konzentriert sich auf datenintensive Anwendungsfälle. Dieser Modus unterstützt einen hochzuverlässigen, persistenten “Anfrage-Antwort”-Interaktionsmechanismus zwischen Clients und dedizierten Serverknoten und ist damit die ideale Wahl für Szenarien, die eine häufige, stabile gemeinsame Ressourcennutzung erfordern—etwa den Zugriff auf verteilte Speicher und die Zuweisung von Parameterservern.

Zusammenfassung

Ultra Ethernet ist weit mehr als nur "schnelleres Ethernet". Es ist eine vollständige Neugestaltung der Funktionslogik, die Rechenzentrumsnetzwerken im KI-Zeitalter zugrunde liegt. Mit der gemeinsamen Unterstützung zahlreicher Branchenführer und einer klaren technischen Roadmap entwickelt sich Ultra Ethernet rasch zum Grundpfeiler der KI-Rechennetzwerke der nächsten Generation.

Angesichts dieses historischen Wandels der Netzwerkparadigmen ist QSFPTEK bestens vorbereitet und hat leistungsstarke 800G Ultra Ethernet-Switches auf den Markt gebracht, die speziell für die anspruchsvollen KI-Workloads der Zukunft entwickelt wurden. Sind Sie bereit, Ihrem KI-Rechenzentrum mehr Netzwerkleistung zu verleihen? Kontaktieren Sie noch heute das QSFPTEK-Team und entdecken Sie unser Portfolio an Hochleistungs-Switches—umfassend für HPC/AI-Szenarien optimiert—sowie unsere Full-Stack-Lösungen für Hochgeschwindigkeitsverbindungen.