¿Cuál es la diferencia entre InfiniBand y Ethernet?

En el mundo de la conectividad, InfiniBand y Ethernet tienen cada uno sus propias características, lo que dificulta decir cuál es mejor. Cada uno ha evolucionado en diferentes escenarios de aplicación, lo que los convierte en dos tecnologías indispensables para las redes.

InfiniBand y Ethernet: ¿Qué son?

Redes InfiniBand

InfiniBand y Ethernet son muy diferentes en su diseño: InfiniBand destaca en clústeres de supercomputadoras por su alta fiabilidad, baja latencia y gran ancho de banda, lo que la convierte en la tecnología de interconexión preferida para la mayoría de los servidores, especialmente los servidores GPU. Con una velocidad de datos de 10 Gbit/s, InfiniBand permite que cada canal transmita señales de velocidad de datos única (SDR) a una velocidad base de 2.5 Gbit/s. Los canales individuales pueden ampliarse a 5 Gbit/s y 10 Gbit/s, lo que da como resultado velocidades de datos de hasta 40 Gbit/s con cables 4X y 120 Gbit/s con cables 12X, y se admiten las señales de velocidad de datos 2x (DDR) y 4x (QDR) de InfiniBand.

Ethernet

Desde su lanzamiento el 30 de septiembre de 1980, Ethernet se ha convertido en el protocolo de comunicación más utilizado en las LAN. A diferencia de InfiniBand, Ethernet se diseñó con el objetivo de facilitar el flujo de información entre múltiples sistemas. Utiliza principalmente una arquitectura distribuida y se basa en la compatibilidad. Ethernet tradicional suele basarse en TCP/IP para construir una red, que hoy en día está evolucionando hacia RoCE (RDMA over Converged Ethernet). En general, Ethernet puede utilizarse para conectar computadoras y otros dispositivos en una LAN, por ejemplo, para establecer una conexión entre una computadora y una impresora, o un escáner de impresora o similares a una LAN. Las redes cableadas no solo pueden conectarse mediante fibra óptica, sino que también es posible la conectividad inalámbrica mediante tecnología inalámbrica. Los principales tipos de Ethernet incluyen Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, y Ethernet conmutado.

Diferencias entre InfiniBand y Ethernet

En el escenario de la informática de alto rendimiento, InfiniBand se diseñó originalmente para resolver el cuello de botella de la transmisión de datos en clústeres y adaptarse a las necesidades de la época. Por lo tanto, existen diferencias evidentes entre InfiniBand y Ethernet en términos de ancho de banda, latencia, fiabilidad de la red, tecnología y escenarios de aplicación.

Ancho de banda

Desde sus inicios, InfiniBand ha estado por delante de Ethernet. La razón principal de esto es que InfiniBand se utiliza principalmente para interconectar servidores en informática de alto rendimiento, mientras que Ethernet se centra más en la conectividad de dispositivos finales con requisitos de ancho de banda relativamente bajos. Como resultado, los estándares Ethernet suelen considerar únicamente cómo lograr la interoperabilidad, mientras que los estándares InfiniBand son más completos, ya que no solo se centran en la interoperabilidad, sino también en cómo reducir la carga sobre la CPU durante la transmisión de datos a alta velocidad, garantizar que el ancho de banda se utilice de manera eficiente y ocupar la menor cantidad posible de recursos de la CPU.

Cuando el tráfico de red supera los 10G, sería un desperdicio de recursos si toda la encapsulación y desencapsulación de paquetes dependiera del procesamiento de la CPU. Es como usar costosos recursos de CPU para manejar tareas simples de transmisión de red, lo cual no es rentable desde la perspectiva de la asignación de recursos.

Para hacer frente a este problema, la tasa SDR de primera generación de InfiniBand era de 10Gbps, por lo que tomó prestada la idea de la tecnología DMA y evitó la CPU, lo que no solo aumentó el ancho de banda de la transmisión de datos, sino que también alivió la presión sobre la CPU al proponer la tecnología RDMA, que resolvió perfectamente este desafío. Con RDMA, la CPU no tiene que consumir más recursos para procesar transacciones de red debido al aumento significativo del ancho de banda, por lo que no ralentiza la computación de alto rendimiento en general. Por eso InfiniBand ha evolucionado rápidamente desde los 10Gbps de SDR hasta los actuales HDR 200Gbps, 400Gbps e incluso 800Gbps XDR.

Latencia de red

InfiniBand y Ethernet son bastante diferentes en términos de latencia. Los switches Ethernet utilizan almacenamiento y reenvío, y búsqueda en la tabla de direcciones MAC, lo que da como resultado tiempos de procesamiento relativamente largos. Por el contrario, los switches InfiniBand solo necesitan un LID de 16 bits para buscar la ruta de reenvío y utilizan tecnología Cut-Through para reducir la latencia de reenvío a menos de 100ns, lo que es significativamente más rápido.

Fiabilidad de la red

Para la informática de alto rendimiento, la pérdida de paquetes y la retransmisión pueden afectar gravemente al rendimiento general, por lo que se requieren protocolos de red altamente fiables. InfiniBand utiliza un mecanismo de clase de servicio (CoS) implementado desde la capa 1 hasta la capa 4, por lo que siempre es descendente y jerárquico, con reenvío estático de paquetes sin pérdida. Sin embargo, Ethernet carece de un mecanismo de control de tráfico basado en la planificación para gestionar eficientemente la congestión de la red. Como resultado, los switches Ethernet consumen más recursos de caché en caso de tráfico elevado y aumentan los costes con el consumo de energía.

Enfoque de red

Desde una perspectiva de redes, InfiniBand es relativamente sencillo de gestionar. El concepto de SDN está incluido en su diseño, y cada administrador de subred en la red es responsable de configurar los ID de los nodos de red y de calcular uniformemente las rutas de reenvío. Las redes Ethernet, por otro lado, requieren enviar paquetes periódicamente para actualizar las entradas de la tabla MAC e implementar el mecanismo VLAN, lo que resulta relativamente más complejo.

Las topologías de estas dos redes también son diferentes; Ethernet admite una variedad de topologías, incluidas star-tree y otras topologías. El diseño puede adaptarse de forma flexible para ampliar la red según la demanda. InfiniBand, por otro lado, suele utilizar una topología dedicada (Fat Tree o Dragonfly, etc.) optimizada para un alto ancho de banda y baja latencia, pero requiere más consideraciones de diseño para la expansión a gran escala.

Escenarios de aplicación

InfiniBand se utiliza ampliamente en entornos de computación de alto rendimiento debido a su gran ancho de banda, baja latencia y buen soporte para la computación paralela. Ethernet, por otro lado, se utiliza comúnmente en redes empresariales, redes domésticas, etc., y aún ocupa un mercado importante debido a su bajo coste y sus amplias ventajas de estandarización. A medida que la demanda de potencia de cálculo sigue aumentando, el uso de InfiniBand en los 500 principales centros de supercomputación del mundo es especialmente crítico.

Al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta que los dos aspectos de compatibilidad de red son diferentes. Para Ethernet, casi todos los dispositivos de red admiten conectividad Ethernet. Es fácil utilizar productos de diferentes proveedores de equipos para aplicaciones de red. InfiniBand, por otro lado, aunque tiene una ventaja en términos de rendimiento, suele utilizar equipos especializados, lo que tiene muchas limitaciones en términos de compatibilidad y flexibilidad.

Introducción a los transceptores ópticos InfiniBand y Ethernet de QSFPTEK

QSFPTEK puede proporcionar módulo óptico 400G NDR InfiniBand y módulo óptico 800G NDR InfiniBand, El 800G OSFP PAM4 El transceptor óptico se utiliza ampliamente en centros de datos y aplicaciones 800G y 2x 400G. En cuanto a módulos Ethernet, se pueden proporcionar transceptores ópticos Ethernet de 1G a 800G. Además de los módulos habituales, también están disponibles transceptores WDM y transceptores coherentes en muchas velocidades. Cada dispositivo óptico QSFPTEK se prueba al 100% en equipos de conmutación de marca para garantizar un funcionamiento perfecto del producto.

Conclusión

InfiniBand y Ethernet son adecuados para distintos escenarios. InfiniBand puede aumentar significativamente la velocidad al tiempo que reduce la carga de la CPU, lo que se traduce en una mayor utilización de la red, razón por la cual es una de las principales soluciones en HPC. En el futuro, es probable que surjan productos InfiniBand de velocidad aún mayor. Si los requisitos de latencia entre centros de datos no son elevados y la flexibilidad y la escalabilidad son más importantes, Ethernet es sin duda una opción que vale la pena considerar.