Qual è la differenza tra InfiniBand ed Ethernet?

Nel mondo della connettività, InfiniBand ed Ethernet hanno ciascuno le proprie caratteristiche, rendendo difficile dire quale sia migliore. Ciascuno si è evoluto in diversi scenari applicativi, rendendoli due tecnologie indispensabili per il networking.

InfiniBand ed Ethernet: cosa sono?

Reti InfiniBand

InfiniBand ed Ethernet sono molto diversi nella progettazione: InfiniBand eccelle nei cluster di supercomputer grazie alla sua elevata affidabilità, bassa latenza e ampia larghezza di banda, rendendola la tecnologia di interconnessione preferita per la maggior parte dei server, in particolare i server GPU. Velocità dati di 10 Gbit/s, InfiniBand consente a ciascun canale di trasmettere segnali a velocità dati singola (SDR) a una velocità di base di 2.5 Gbit/s. I singoli canali possono essere espansi a 5 Gbit/s e 10 Gbit/s, con velocità dati fino a 40 Gbit/s con cavi 4X e 120 Gbit/s con cavi 12X, e possono essere supportati i segnali di velocità dati 2x (DDR) e 4x (QDR) di InfiniBand.

Ethernet

Dalla sua introduzione il 30 settembre 1980, Ethernet è diventato il protocollo di comunicazione più comunemente utilizzato nelle LAN. A differenza di InfiniBand, Ethernet è stato progettato con l'obiettivo di facilitare il flusso di informazioni tra più sistemi. Utilizza principalmente un'architettura distribuita e si basa sulla compatibilità. L'Ethernet tradizionale si basa solitamente su TCP/IP per costruire una rete, che oggi si sta evolvendo in RoCE (RDMA over Converged Ethernet). In generale, Ethernet può essere utilizzato per collegare computer e altri dispositivi su una LAN, ad esempio per stabilire una connessione tra un computer e una stampante, oppure tra uno scanner per stampante o simili e una LAN. Non solo le reti cablate possono essere connesse tramite fibra ottica, ma è possibile anche la connettività wireless tramite tecnologia wireless. I principali tipi di Ethernet includono Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, e Ethernet commutata.

Differenze tra InfiniBand ed Ethernet

Nello scenario del calcolo ad alte prestazioni, InfiniBand è stato originariamente progettato per risolvere il collo di bottiglia della trasmissione dei dati nei cluster e adattarsi alle esigenze dei tempi. Pertanto, esistono differenze evidenti tra InfiniBand ed Ethernet in termini di larghezza di banda, latenza, affidabilità della rete, tecnologia e scenari applicativi.

Larghezza di banda

Fin dalla sua introduzione, InfiniBand è stata in anticipo rispetto a Ethernet. Il motivo principale è che InfiniBand viene utilizzata soprattutto per interconnettere server nel calcolo ad alte prestazioni, mentre Ethernet si concentra maggiormente sulla connettività dei dispositivi terminali con requisiti di larghezza di banda relativamente bassi. Di conseguenza, gli standard Ethernet di solito considerano solo come ottenere l'interoperabilità, mentre gli standard InfiniBand sono più completi, concentrandosi non solo sull'interoperabilità, ma anche su come ridurre il carico sulla CPU durante la trasmissione di dati ad alta velocità, per garantire che la larghezza di banda sia utilizzata in modo efficiente e occupare il minor numero possibile di risorse della CPU.

Quando il traffico di rete supera i 10G, sarebbe uno spreco di risorse se tutto l'incapsulamento e il disincapsulamento dei pacchetti dipendessero dall'elaborazione della CPU. È come utilizzare costose risorse della CPU per gestire semplici attività di trasmissione di rete, il che non è conveniente dal punto di vista dell'allocazione delle risorse.

Per far fronte a questo problema, la velocità SDR di prima generazione di InfiniBand era di 10Gbps, quindi ha preso in prestito l'idea della tecnologia DMA e ha bypassato la CPU, il che non solo ha aumentato la larghezza di banda della trasmissione dei dati, ma ha anche alleviato la pressione sulla CPU proponendo la tecnologia RDMA, risolvendo perfettamente questa sfida. Con RDMA, la CPU non deve consumare più risorse per elaborare le transazioni di rete a causa del significativo aumento della larghezza di banda, evitando così di rallentare l'elaborazione complessiva ad alte prestazioni. Questo è il motivo per cui InfiniBand si è evoluta rapidamente dai 10Gbps di SDR agli attuali HDR 200Gbps, 400Gbps e persino 800Gbps XDR.

Latenza di rete

InfiniBand ed Ethernet sono piuttosto diversi in termini di latenza. Gli switch Ethernet utilizzano store-and-forward e la ricerca nella tabella degli indirizzi MAC, il che comporta tempi di elaborazione relativamente lunghi. Al contrario, gli switch InfiniBand necessitano solo di un LID a 16 bit per cercare il percorso di inoltro e utilizzano la tecnologia Cut-Through per ridurre la latenza di inoltro a meno di 100ns, il che è significativamente più veloce.

Affidabilità della rete

Per il calcolo ad alte prestazioni, la perdita di pacchetti e la ritrasmissione possono influire seriamente sulle prestazioni complessive, quindi sono necessari protocolli di rete altamente affidabili. InfiniBand utilizza un meccanismo di classe di servizio (CoS) implementato dal Layer 1 fino al Layer 4, quindi è sempre top-down e gerarchico con inoltro statico dei pacchetti senza perdita. Tuttavia, Ethernet manca di un meccanismo di controllo del traffico basato sulla pianificazione per gestire in modo efficiente la congestione della rete. Di conseguenza, gli switch Ethernet consumano più risorse di cache in caso di traffico elevato e aumentano i costi legati al consumo energetico.

Approccio di rete

Dal punto di vista del networking, InfiniBand è relativamente semplice da gestire. Il concetto di SDN è incluso nella sua progettazione e ogni gestore di sottorete nella rete è responsabile della configurazione degli ID dei nodi di rete e del calcolo uniforme dei percorsi di inoltro. Il networking Ethernet, invece, richiede l'invio periodico di pacchetti per aggiornare le voci della tabella MAC e l'implementazione del meccanismo VLAN, il che è relativamente più complesso.

Anche le topologie di queste due reti sono diverse; Ethernet supporta una varietà di topologie, incluse topologie star-tree e altre topologie. Il progetto può essere adattato in modo flessibile per espandere la rete in base alla domanda. InfiniBand, d'altra parte, utilizza solitamente una topologia dedicata (Fat Tree o Dragonfly, ecc.) ottimizzata per alta larghezza di banda e bassa latenza, ma richiede maggiori considerazioni progettuali per l'espansione su larga scala.

Scenari applicativi

InfiniBand è ampiamente utilizzato negli ambienti di calcolo ad alte prestazioni grazie alla sua elevata larghezza di banda, alla bassa latenza e al buon supporto per il calcolo parallelo. Ethernet, d'altra parte, è comunemente utilizzato nelle reti aziendali, nelle reti domestiche, ecc., e occupa ancora un mercato importante grazie al suo basso costo e ai vantaggi di un'ampia standardizzazione. Poiché la domanda di potenza di calcolo continua ad aumentare, l'uso di InfiniBand nei primi 500 centri di supercalcolo al mondo è particolarmente critico.

Allo stesso tempo, è necessario tenere conto del fatto che i due aspetti della compatibilità di rete sono diversi. Per Ethernet, quasi tutti i dispositivi di rete supportano la connettività Ethernet. È facile utilizzare prodotti di diversi fornitori di apparecchiature per applicazioni di rete. InfiniBand, d'altra parte, sebbene abbia un vantaggio in termini di prestazioni, di solito utilizza apparecchiature specializzate, che presentano molte limitazioni in termini di compatibilità e flessibilità.

Introduzione ai transceiver ottici InfiniBand ed Ethernet QSFPTEK

QSFPTEK può fornire il modulo ottico InfiniBand 400G NDR e il modulo ottico InfiniBand 800G NDR, Il 800G OSFP PAM4 Il ricetrasmettitore ottico è ampiamente utilizzato nei data center e nelle applicazioni 800G e 2x 400G. Per quanto riguarda i moduli Ethernet, possono essere forniti ricetrasmettitori ottici Ethernet da 1G a 800G. Oltre ai moduli standard, sono disponibili anche ricetrasmettitori WDM e ricetrasmettitori coerenti a molte velocità. Ogni dispositivo ottico QSFPTEK è testato al 100% in apparecchiature switch di marca per garantire un funzionamento perfetto del prodotto.

Conclusione

InfiniBand ed Ethernet sono ciascuno adatti a scenari diversi. InfiniBand può aumentare significativamente la velocità riducendo al contempo il carico sulla CPU, con conseguente maggiore utilizzo della rete, motivo per cui è una delle principali soluzioni nell'HPC. In futuro, è probabile che emergano prodotti InfiniBand con velocità ancora più elevate. Se i requisiti di latenza tra i data center non sono elevati e flessibilità e scalabilità sono più importanti, Ethernet è certamente un'opzione da prendere in considerazione.