Quelle est la différence entre InfiniBand et Ethernet ?

Dans le monde de la connectivité, InfiniBand et Ethernet ont chacun leurs propres caractéristiques, ce qui rend difficile de dire lequel est le meilleur. Chacun a évolué dans différents scénarios d’application, ce qui en fait deux technologies indispensables pour la mise en réseau.

InfiniBand et Ethernet : de quoi s’agit-il ?

Réseaux InfiniBand

InfiniBand et Ethernet sont très différents dans leur conception : InfiniBand excelle dans les clusters de supercalculateurs grâce à sa haute fiabilité, sa faible latence et sa grande bande passante, ce qui en fait la technologie d’interconnexion privilégiée pour la plupart des serveurs, en particulier les serveurs GPU. Débit de données de 10 Gbit/s, InfiniBand permet à chaque canal de transmettre des signaux à débit de données simple (SDR) à un débit de base de 2.5 Gbit/s. Les canaux simples peuvent être étendus à 5 Gbit/s et 10 Gbit/s, ce qui donne des débits de données allant jusqu’à 40 Gbit/s avec des câbles 4X et 120 Gbit/s avec des câbles 12X, et les signaux de débit de données 2x (DDR) et 4x (QDR) d’InfiniBand peuvent être pris en charge.

Ethernet

Depuis sa sortie le 30 septembre 1980, Ethernet est devenu le protocole de communication le plus couramment utilisé dans les LAN. Contrairement à InfiniBand, Ethernet a été conçu dans le but de faciliter la circulation des informations entre plusieurs systèmes. Il utilise principalement une architecture distribuée et repose sur la compatibilité. L’Ethernet traditionnel s’appuie généralement sur TCP/IP pour construire un réseau, qui évolue aujourd’hui vers RoCE (RDMA over Converged Ethernet). En général, Ethernet peut être utilisé pour connecter des ordinateurs et d’autres appareils sur un LAN, par exemple pour établir une connexion entre un ordinateur et une imprimante, ou entre un scanner d’imprimante ou un dispositif similaire et un LAN. Non seulement les réseaux câblés peuvent être connectés via la fibre optique, mais la connectivité sans fil est également possible via la technologie sans fil. Les principaux types d’Ethernet comprennent Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Ethernet 10 Gigabit, et Switched Ethernet.

Différences entre InfiniBand et Ethernet

Dans le scénario du calcul haute performance, InfiniBand a été initialement conçu pour résoudre le goulot d’étranglement de la transmission des données en cluster et répondre aux besoins de son époque. Il existe donc des différences évidentes entre InfiniBand et Ethernet en termes de bande passante, de latence, de fiabilité du réseau, de technologie et de scénarios d’application.

Bande passante

Depuis sa création, InfiniBand a devancé Ethernet. La raison principale est qu’InfiniBand est principalement utilisé pour l’interconnexion de serveurs dans le calcul haute performance, tandis qu’Ethernet se concentre davantage sur la connectivité des terminaux, avec des exigences de bande passante relativement faibles. Par conséquent, les normes Ethernet ne prennent généralement en compte que la manière d’assurer l’interopérabilité, tandis que les normes InfiniBand sont plus complètes : elles se concentrent non seulement sur l’interopérabilité, mais aussi sur la manière de réduire la charge pesant sur le CPU lors de la transmission de données à haut débit, afin de garantir une utilisation efficace de la bande passante et de consommer le moins possible de ressources CPU.

Lorsque le trafic réseau dépasse 10G, ce serait un gaspillage de ressources si toute l’encapsulation et la désencapsulation des paquets reposaient sur le traitement par le CPU. C’est comme utiliser des ressources CPU coûteuses pour gérer de simples tâches de transmission réseau, ce qui n’est pas rentable du point de vue de l’allocation des ressources.

Afin de faire face à ce problème, le débit SDR de première génération d’InfiniBand était de 10Gbps ; il a donc repris l’idée de la technologie DMA et contourné le CPU, ce qui a non seulement augmenté la bande passante de la transmission des données, mais aussi réduit la pression sur le CPU en proposant la technologie RDMA, qui a parfaitement résolu ce défi. Avec RDMA, le CPU n’a pas à consommer davantage de ressources pour traiter les transactions réseau en raison de l’augmentation significative de la bande passante, ce qui évite de ralentir le calcul haute performance global. C’est pourquoi InfiniBand a rapidement évolué du SDR à 10Gbps vers le HDR actuel à 200Gbps, 400Gbps, et même le XDR à 800Gbps.

Latence réseau

InfiniBand et Ethernet sont très différents en termes de latence. Les commutateurs Ethernet utilisent le stockage et retransmission et la recherche dans la table d’adresses MAC, ce qui entraîne des temps de traitement relativement longs. À l’inverse, les commutateurs InfiniBand n’ont besoin que d’un LID de 16 bits pour rechercher le chemin de transfert et utilisent la technologie Cut-Through afin de réduire la latence de transfert à moins de 100ns, ce qui est nettement plus rapide.

Fiabilité du réseau

Pour le calcul haute performance, la perte de paquets et la retransmission peuvent sérieusement affecter les performances globales ; des protocoles réseau très fiables sont donc nécessaires. InfiniBand utilise un mécanisme de classe de service (CoS) mis en œuvre de la couche 1 à la couche 4 ; il est donc toujours descendant et hiérarchique, avec un transfert statique de paquets sans perte. Cependant, Ethernet ne dispose pas d’un mécanisme de contrôle du trafic basé sur l’ordonnancement pour gérer efficacement la congestion du réseau. Par conséquent, les commutateurs Ethernet consomment davantage de ressources de cache en cas de trafic élevé et augmentent les coûts liés à la consommation d’énergie.

Approche de mise en réseau

Du point de vue du réseau, InfiniBand est relativement simple à gérer. Le concept de SDN est intégré à sa conception, et chaque gestionnaire de sous-réseau du réseau est chargé de configurer les identifiants des nœuds du réseau et de calculer uniformément les chemins de transfert. Le réseau Ethernet, en revanche, nécessite l’envoi périodique de paquets pour mettre à jour les entrées de la table MAC et la mise en œuvre du mécanisme VLAN, ce qui est relativement plus complexe.

Les topologies de ces deux réseaux sont également différentes ; Ethernet prend en charge diverses topologies, notamment l’arborescence en étoile et d’autres topologies. La conception peut être adaptée de manière flexible afin d’étendre le réseau selon les besoins. InfiniBand, en revanche, utilise généralement une topologie dédiée (Fat Tree ou Dragonfly, etc.) optimisée pour une bande passante élevée et une faible latence, mais qui nécessite davantage de considérations de conception pour une extension à grande échelle.

Scénarios d’application

InfiniBand est largement utilisé dans les environnements de calcul haute performance en raison de sa bande passante élevée, de sa faible latence et de sa bonne prise en charge du calcul parallèle. Ethernet, en revanche, est couramment utilisé dans les réseaux d’entreprise, les réseaux domestiques, etc., et occupe toujours une place importante sur le marché grâce à son faible coût et à ses avantages de normalisation étendue. À mesure que la demande de puissance de calcul continue d’augmenter, l’utilisation d’InfiniBand dans les 500 plus grands centres de supercalcul au monde est particulièrement critique.

Dans le même temps, il est nécessaire de tenir compte du fait que les deux aspects de compatibilité réseau sont différents. Pour Ethernet, presque tous les périphériques réseau prennent en charge la connectivité Ethernet. Il est facile d’utiliser des produits de différents fournisseurs d’équipements pour les applications réseau. InfiniBand, en revanche, bien qu’il présente un avantage en termes de performances, utilise généralement des équipements spécialisés, ce qui entraîne de nombreuses limitations en matière de compatibilité et de flexibilité.

Présentation des émetteurs-récepteurs optiques QSFPTEK InfiniBand et Ethernet

QSFPTEK peut fournir un module optique InfiniBand 400G NDR et un module optique InfiniBand 800G NDR, The 800G OSFP PAM4 L’émetteur-récepteur optique est largement utilisé dans les centres de données et les applications 800G et 2x 400G. En ce qui concerne les modules Ethernet, des émetteurs-récepteurs optiques Ethernet de 1G à 800G peuvent être fournis. Outre les modules classiques, des émetteurs-récepteurs WDM et des émetteurs-récepteurs cohérents sont également disponibles à de nombreux débits. Chaque dispositif optique QSFPTEK est testé à 100 % dans des équipements de commutation de marque afin de garantir un fonctionnement parfait du produit.

Conclusion

InfiniBand et Ethernet conviennent chacun à différents scénarios. InfiniBand peut augmenter considérablement le débit tout en réduisant la charge du CPU, ce qui se traduit par une meilleure utilisation du réseau ; c’est pourquoi il constitue l’une des principales solutions dans le HPC. À l’avenir, des produits InfiniBand à des vitesses encore plus élevées verront probablement le jour. Si les exigences de latence entre centres de données ne sont pas élevées et que la flexibilité et l’évolutivité sont plus importantes, Ethernet est certainement une option à envisager.