InfiniBand

InfiniBandは、CPU使用率の向上、レイテンシーの低減、データセンター管理に関する問題の簡素化を実現できる、高速、高帯域幅、低レイテンシーのネットワーク通信プロトコルおよびインターフェース規格です。InfiniBandは、サーバー間のレプリケーションおよび分散処理、サーバーとストレージデバイス間のSANおよびDAS、ならびにサーバーとネットワーク間のLAN、WAN、Internet通信で広く使用されています。

InfiniBandはどのように動作しますか

InfiniBandは通常、ネットワーク層を物理層およびデータリンク層から分離する2層アーキテクチャを採用しています。各層には固有の役割があります。物理層は高帯域幅のシリアルリンクを介してデバイス間を直接ポイントツーポイント接続し、データリンク層はデバイス間のパケットの送受信を管理します。ネットワーク層は、QoS、仮想化、RDMAなどのInfiniBandの主要機能を提供します。各層の相乗効果により、InfiniBandは低遅延かつ高帯域幅のハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）ワークロードを支える強力なツールとなっています。

InfiniBandの利点

InfiniBandにはいくつかの利点があり、その一部を次に取り上げます。

RDMA対応

InfiniBandは、メモリへのリモート直接アクセスであるRDMAをサポートしています。データをCPUに通すことなくリモートからメモリに直接アクセスできるため、メモリ内でデータを転送できます。これにより、伝送遅延を効果的に低減できるだけでなく、特にHPCアプリケーション環境においてCPUリソースの使用効率も向上し、システム全体の効率を高めることができます。

CPU オフローディング

CPUオフロードはコンピューティングを高速化する重要な手段であり、InfiniBandネットワークは最小限のCPUリソースでデータを伝送できます。両者は機能的に互換性があります。InfiniBandはRDMA機能をサポートしており、処理のためにCPUを経由することなく、あるサーバーのメモリから別のサーバーのメモリへデータを直接書き込むことができます。カーネルを介さないゼロコピーを実現できます。

InfiniBandはQoSをサポートします

まず、InfiniBandは仮想チャネルを通じてQoSを実装します。仮想チャネルは、単一の物理リンクを共有する独立した論理通信パスです。各物理リンクは、最大15個の標準仮想チャネルと1個の管理チャネルをサポートできます。

次に、InfiniBandはサービスレベルマーキング（SL）を使用してパケットヘッダーのSLフィールドをマークし、0から15までのレベルに分けます。各レベルは異なる優先度に対応します。

さらに、InfiniBandはIETF RFC 2474および2475で定義された差別化サービスアーキテクチャをサポートしており、これによりDiffServと同様のQoS機能を実現します。

最後に、InfiniBandはパスレコードまたはマルチパスレコードのクエリに応答することで、各通信フローのパラメーターを制御することもできます。管理者はこれらのパスを最適化し、優先度の高いトラフィックが最適なパスを通じて伝送されるようにすることができます。

SHARPサポート

SHARPは、HPCクラスターの通信効率向上を目的としたHPCシステム向けのプロトコルです。すべてのデータを中央ノードに送り返して処理する代わりに、ネットワークデバイス内でデータの集約およびリダクション処理を実行します。これにより、集合通信を最適化し、ノード間でのデータの反復送信を回避できます。その結果、大量のデータを処理し、複雑な集合演算を実行する必要があるアプリケーションにおいて、コンピューティング処理を大幅に高速化できます。

InfiniBandの応用

InfiniBandは今日の産業において不可欠な役割を果たしており、その特性により、複数の業界にとって重要なソリューションとなっています。

HPC環境

HPC環境では、InfiniBandは高帯域幅と低遅延を提供して大量のデータを迅速に処理できるようにし、RDMAやSHARPなどのプロトコルを通じてデータを迅速に伝送し、繰り返しのデータ伝送を回避できるようにすることで、効率を高めます。

ストレージネットワーク

InfiniBandは、ストレージネットワークにおいても非常に重要な役割を果たします。CPUをバイパスし、アプリケーションメモリ内のデータを直接伝送できるため、効率的なデータアクセスと伝送が実現し、ストレージシステムの性能が向上します。

結論

現代のネットワークに不可欠な要素であるInfiniBandは、大量のデータを同時に処理する必要があるデータセンターやハイパフォーマンスコンピューティングなどのアプリケーションに重要な変革をもたらしました。これらのアプリケーションに低遅延と高帯域幅をもたらすだけでなく、その拡張性と柔軟性も誰の目にも明らかです。また、技術の発展に伴って性能が絶えず向上しており、増大するビジネスニーズに対応できます。InfiniBandについてご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。