Die wichtigsten Vorteile von InfiniBand

Die drahtlose Breitbandtechnologie (IB) ist ein Kommunikationsstandard für Hochleistungsrechnernetzwerke, der für seinen hohen Durchsatz und seine geringe Latenz bekannt ist. Mit der Weiterentwicklung der Netzwerktechnologie steigt der Bedarf an Bandbreite und geringer Latenz, und auch die Nachfrage nach InfiniBand wächst. Dieser Artikel vermittelt Ihnen einen detaillierten Überblick über die Vorteile des InfiniBand-Netzwerks.

Was ist InfiniBand?

Bevor wir mit dem Artikel beginnen, möchten wir kurz InfiniBand vorstellen. Es handelt sich um ein Netzwerkkommunikationsprotokoll und einen Schnittstellenstandard mit hoher Geschwindigkeit, hoher Bandbreite und geringer Latenz. Es wurde ursprünglich für die Verbindung von Rechenclustern und Speichersystemen, insbesondere in Hochleistungsrechnerumgebungen, entwickelt. InfiniBand eignet sich generell für Anwendungsszenarien, die große Datenübertragungsmengen und geringe Latenz erfordern, wie z. B. KI-Modelltraining oder autonomes Fahren.

Vorteile von InfiniBand

Warum ist InfiniBand in modernen Netzwerken so beliebt? Ich glaube, Sie werden die Antwort nach der Lektüre des folgenden Inhalts kennen.

InfiniBand unterstützt vereinfachtes Netzwerkmanagement

InfiniBand wurde ursprünglich für SDN entwickelt und ist eine Netzwerkarchitektur, die von einem Subnetzmanager verwaltet wird. Dieser kann den kontinuierlichen Betrieb des lokalen Subnetzes konfigurieren und sicherstellen. Alle Kanaladapter und Switches müssen einen Subnetzverwaltungsagenten (SMA) implementieren, um mit dem Subnetzmanager kommunizieren zu können. Jedes Subnetz benötigt mindestens einen Subnetzmanager, der beim Herstellen oder Trennen der Verbindung die Initialisierung und Neukonfiguration durchführt. Ein Subnetzmanager wird durch ein Arbitrierungsverfahren als primärer Manager ausgewählt, während die anderen Subnetzmanager im Standby-Modus bleiben. Fällt der primäre Manager aus, übernimmt der Standby-Manager, um den kontinuierlichen Betrieb des Netzwerks sicherzustellen.

CPU-Entlastung

Die CPU-Entlastung ist ein wichtiges Mittel zur Beschleunigung der Rechenleistung. InfiniBand-Netzwerke können die geringsten CPU-Ressourcen für die Datenübertragung nutzen, und zwar wie folgt:

Die Hardware entlastet den gesamten Protokollstapel der Transportschicht.

Umgehen des Kernels für Zero-Copy.

Schreiben Sie Daten über RDMA direkt aus dem Speicher eines Servers in den Speicher eines anderen Servers, ohne die CPU zu verwenden.

Grosse Bandbreite

Mit der Weiterentwicklung der Netzwerktechnologie steigt auch die Bandbreite von InfiniBand. Dies liegt vor allem daran, dass InfiniBand für Serververbindungen im Hochleistungsrechnen verwendet wird, wodurch die Bandbreitenanforderungen immer höher und strenger werden. Die InfiniBand-Bandbreite hat sich seit der Entwicklung der InfiniBand-Technologie von 10 Gbit/s auf aktuell 800 Gbit/s deutlich verbessert.

QSFPTEK bietet Ihnen InfiniBand-Module, DAC und AOC mit unterschiedlichen Raten. Weitere Informationen zu unseren InfiniBand-Produkten finden Sie in der folgenden Tabelle:

Geringe Latenz

Ethernet-Switches verwenden üblicherweise MAC-Tabellen-Lookup-Adressierung und Store-and-Forward, was eine lange Verarbeitungszeit erfordert. InfiniBand-Switches prüfen lediglich den Weiterleitungspfad anhand der 16-Bit-LID und nutzen Cut-Through-Technologie, um die Weiterleitungszeit auf unter 100 ns zu verkürzen. Auf Netzwerkkartenebene kann RDMA-Technologie zudem eingesetzt werden, um die Latenzzeit bei der Ein- und Auskapselung von Datenpaketen deutlich zu verkürzen.

Skalierbarkeit und Flexibilität

Ein großer Vorteil des InfiniBand-Netzwerks besteht darin, dass ein einzelnes Subnetz bis zu 48,000 Knoten bereitstellen kann. Seine Skalierbarkeit und Flexibilität sind selbstverständlich. Darüber hinaus ist das IB-Netzwerk nicht auf ARP oder andere Broadcast-Mechanismen angewiesen, wodurch Broadcast-Stürme und andere Bandbreitenverschwendung vermieden werden. Mehrere InfiniBand-Subnetze können zudem über Router und Switches miteinander verbunden werden. InfiniBand unterstützt folgende Netzwerktopologien:

QoS-Unterstützung für die InfiniBand-Architektur

QoS umfasst eine Reihe von Technologien und Mechanismen zur Verwaltung und Optimierung des Netzwerkverkehrs. Es wird üblicherweise verwendet, um die Priorität wichtiger Anwendungen und Dienste im Netzwerk sicherzustellen und deren Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Erstens nutzt InfiniBand virtuelle Kanäle zur Implementierung von QoS. Virtuelle Kanäle sind unabhängige logische Kommunikationsverbindungen, die eine physische Verbindung gemeinsam nutzen. Jede physische Verbindung kann bis zu 15 virtuelle Standardkanäle und einen Verwaltungskanal unterstützen.

Zweitens verwendet InfiniBand die Service-Level-Markierung, um das SL-Feld im Paketheader zu markieren, indem es von 0 bis 15 unterteilt wird, wobei jede Ebene einer anderen Priorität entspricht.

InfiniBand unterstützt außerdem die durch IETF RFC 2474 und 2475 definierte differenzierte Servicearchitektur, um QoS-Funktionen ähnlich wie DiffServ zu implementieren.

Schließlich kann InfiniBand die Parameter jedes Kommunikationsflusses steuern, indem es auf Pfaddatensätze oder Abfragen von Mehrpfaddatensätzen reagiert. Administratoren können ihre Pfade optimieren, um sicherzustellen, dass Verkehr mit hoher Priorität über den besten Pfad übertragen wird. QSFPTEK bietet Rechenzentrumsschalter die QoS-Funktionen unterstützen.

Netzwerkstabilität und -ausfallsicherheit

InfiniBand-Netzwerke verfügen über einen Self-Healing-Networking-Mechanismus auf Basis von InfiniBand-Switches. Tritt im Langzeitbetrieb ein Netzwerkausfall auf, kann dieser Mechanismus die Verbindungswiederherstellungszeit auf eine Millisekunde reduzieren.

Load Balancing

InfiniBand unterstützt Multipath-Routing, wodurch Datenpakete mehrere Pfade im Netzwerk wählen können. Diese Funktion ermöglicht es dem Netzwerk, Pfade basierend auf dem Echtzeitverkehr auszuwählen und Datenübertragungspfade anzupassen, um einen Lastausgleich zu erreichen. Multipath-Routing kann Überlastungen auf einem einzelnen Pfad effektiv vermeiden und die Netzwerkeffizienz und -zuverlässigkeit verbessern.

SHARP-Unterstützung

InfiniBand unterstützt das SHARP-Protokoll, ein Protokoll für HPC-Systeme. Es implementiert Datenaggregations- und -reduktionsvorgänge auf Netzwerkebene, reduziert Datenübertragungsvolumen und Latenz und verbessert so die Netzwerkeffizienz und -leistung. Es kann die gemeinsame Kommunikation optimieren und wiederholte Datenübertragungen zwischen Knoten vermeiden. Es spielt eine wichtige Rolle im Big Data Computing und in der künstlichen Intelligenz.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einführung der InfiniBand-Technologie einen entscheidenden Wandel in Rechenzentren und Hochleistungsrechneranwendungen mit sich gebracht hat. Sie bietet nicht nur hohe Bandbreite und geringe Latenz, sondern auch erhebliche Skalierbarkeit und Flexibilität. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wächst auch die verfügbare Bandbreite. Der Einsatz eines InfiniBand-Netzwerks kann die Leistung deutlich verbessern und die Probleme bei späteren Erweiterungen lösen. Bei Fragen zu InfiniBand wenden Sie sich bitte an die CCIE/HCIE-Ingenieure von QSFPTEK unter [email protected].