Ultra EthernetがAIワークロードの未来をどのように形作るか

AIワークロードの規模と複雑さが増すにつれ、従来のデータセンターネットワークでは対応が難しくなっています。大規模モデルの学習に求められる超高帯域幅、超低遅延、確定的なネットワーク性能への極めて高い要求に応えるため、新しいネットワークのパラダイムとしてUltra Ethernet (UE) が登場しました。AIとハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) に特化して設計されたUltra Ethernetは、次世代データセンターの中核バックボーンとして急速に普及しつつある低レベルのネットワークアーキテクチャです。

Ultra EthernetとUECアライアンスのクイックガイド

Ultra Ethernetは、Ultra Ethernet Consortium (UEC) が主導する主要な技術イニシアチブです。このコンソーシアムには、AMD、Arista、Broadcom、Cisco、HPE、Intel、Meta、Microsoftなど、数多くの業界大手が参加しています。その中核となるビジョンは明確です。従来のEthernet技術を抜本的に進化させ、AI/MLワークロードの厳しい要件に完全に対応できるようにすること、そしてオープンで相互運用性の高いエコシステムを通じて、これまでInfiniBandのようなクローズドな独自ネットワークでしか実現できなかった極限の性能を提供することです。

UECは、基盤となる物理層からトランスポート層まで、ネットワークプロトコルスタック全体の再設計に取り組んでいます。その目標は、従来のEthernetが持つ“オープンなエコシステム”と“極めて高いコスト効率”という2つの中核的な利点を維持しながら、Ultra Ethernetでロスレス、低遅延、かつ拡張性の高いノード間通信を確実に実現することです。

AI時代にUltra Ethernetがこれほど重要な理由とは？

実際、Ethernetはスーパーコンピューティング革命の最前線に躍り出ています。2024年時点のデータによると、スーパーコンピューターの性能ランキングであるTOP500において、Ethernetは48.5%のシェアでInfiniBand (39.2%) を上回り、主要なスーパーコンピューティングクラスターでの採用も増えています。

しかし、現代のAIおよびHPCワークロードは、極めて多くの帯域幅を消費し、遅延に非常に敏感で、ネットワークトラフィックに極めて高い確定性を求めます。RoCE (RDMA over Converged Ethernet) プロトコルを備えた従来のEthernetでさえ、数万枚のカードを搭載したAIクラスターの極めて厳しい要求に直面すると、パケット損失、輻輳の増大、きめ細かなトラフィック制御の不足といった弱点が露呈しやすくなり—その結果、システム全体の演算性能が制限されます。

Ultra Ethernetは、まさにこうした課題を解決するために生まれました。まったく新しい輻輳制御メカニズム、インテリジェントなパケットスケジューリングアルゴリズム、そして真のロスレストランスポート層を導入しています。これらの基盤技術の革新が連携して、ロングテール遅延とネットワークジッターを最小限に抑えながらネットワークスループットを限界まで引き上げ、コンピューティングクラスターが数万基のGPUにわたって最も効率的に水平スケーリングできるようにします。

次世代AIネットワークの進化に積極的に参加するQSFPTEKは、UECエコシステムの進展を常に注視してきました。従来のEthernetからUltra Ethernetへの移行に伴う相互接続のニーズに応えるため、QSFPTEKは400G、800G、さらには 1.6T光モジュール およびケーブルの製品ポートフォリオを継続的に最適化しています。同社は、企業のデータセンターがオープンなEthernetエコシステムを採用し、極めて高いAI演算能力を支えられる低遅延ネットワーク基盤を構築できるよう支援することに取り組んでいます。

従来のEthernetからUltra Ethernetスイッチへの進化

AIデータセンターの台頭は、Ethernetスイッチ技術の継続的な進化と密接に結びついています。Ethernetは1973年5月の誕生以来、優れたアーキテクチャの柔軟性と適応性によってコンピューティングの需要の変化に対応し、世界の主要なネットワーク標準としての地位を徐々に確立してきました。

Ethernetスイッチは、次の5つの大きな進化を遂げてきました：

ローカルエリアネットワーク (LAN) スイッチ：コスト効率の高い高帯域幅接続を先駆けて実現し、キャンパスネットワークや企業ネットワークにおける事実上の標準としてEthernetを確立しました。

メトロポリタンエリアネットワーク (MAN) スイッチ：レイヤー3のルーティング機能を導入し、建物という物理的な障壁を取り払い、Ethernetのカバー範囲を都市全体へと拡大しました。

キャリアグレードスイッチ：リンクの信頼性、QoS (サービス品質)、セキュリティメカニズムを包括的に強化し、99.999%という厳格な高可用性基準を達成することで、世界中の通信事業者が大陸をまたいで膨大な量の音声、映像、データサービスを提供できるようにしました。

データセンタースイッチ：クラウドコンピューティングの爆発的な成長に伴い、これらのスイッチはEVPN、RDMA、高度に自動化されたネットワーク機能を取り込む形で進化し、クラウド環境における数百万台の仮想マシンとエクサバイト規模のストレージの大規模かつシームレスな拡張を容易に支えています。

Ultra Ethernetスイッチ：AIおよびHPCワークロードに最適化された次世代コンピューティングネットワーク基盤へとEthernetが本格的に転換したことを示し、スーパーコンピューティング分野への究極の飛躍を象徴しています。

Ultra Ethernetと既存のネットワークプロトコルにはどのような違いがあるのか？

TCP/IP、RoCE、InfiniBandなどの既存のプロトコルは、早期輻輳制御メカニズムなどの最適化によってトラフィックの急増を緩和しようとしていますが、その基盤アーキテクチャは依然として「汎用ネットワーク」向けに設計されています。

この汎用性のために、極めて厳しいAIおよびHPCの用途に対応する際には、堅牢な動的マルチパス、最小限の構成ロジック、大規模クラスターにおける高可用性と耐障害性といった、用途に特化した高度な機能が著しく不足します—企業がこれらの従来型プロトコルをAIワークロードに無理に適用すると、アーキテクチャ上の脆弱性や深刻な性能ボトルネックに直面することがよくあります。

これに対し、Ultra Ethernet Consortium (UEC) は、主要メンバーによるハイパースケール（例：10,000カード規模）のAIおよびHPC導入で得られた実践的な経験を直接活用し、エンドツーエンドのネットワークフレームワークを最適化して再構築しました。UECは、個別箇所の最適化による「根本原因ではなく症状に対処する」アプローチを超えています。ハードウェアとソフトウェアの協調的な革新を全体的な視点から捉えることで、従来のEthernetや単一のネットワーク技術の性能限界を完全に打ち破り、真に「AIのために構築された」高効率の相互接続ソリューションを実現しています。

Ultra Ethernetはどのように動作するのか？

アーキテクチャの観点では、Ultra Ethernetシステムはクラスターを中核的な構成要素として構築され、主にコンピュートノードと基盤となるファブリックネットワークインフラストラクチャを相互に結び付けています。コンピュートノードはファブリックインターフェース（高性能ネットワークカード）を介してネットワークに接続され、各物理インターフェースは複数の論理ファブリックエンドポイント（FEP）をネイティブにサポートします。ネットワーク全体は物理的にも論理的にも複数の独立したデータプレーンに分割されており、各プレーン内のFEP間の相互接続は、通常、マトリックスを通じて実装されます。その構成要素は 高性能スイッチ。

さまざまなビジネスシナリオの基盤となるトラフィック特性に的確に適応するため、Ultra Ethernetクラスターは主に次の2つの中核的な動作モードを提供します。

• 並列ジョブモード：ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）と分散AIトレーニング向けに設計されています。このモードは、膨大な数のノード間で高い同時実行性を持つ多対多通信をサポートし、効率的な同期と大規模な並列コンピューティングタスクのシームレスな実行を実現します。

• クライアント／サーバーモード：データ集約型のユースケースに重点を置いています。このモードは、クライアントと専用サーバーノード間で信頼性が高く持続的な“リクエスト・レスポンス”のやり取りをサポートし、分散ストレージへのアクセスやパラメーターサーバーの割り当てなど、高頻度で安定したリソース共有が求められるシナリオに最適です—。

まとめ

Ultra Ethernetは、単なる「より高速なEthernet」をはるかに超えるものです。AI時代のデータセンターネットワークの基盤となる動作の仕組みを、根本から再構想したものです。数多くの業界リーダーによる共同の支持と明確な技術ロードマップにより、Ultra Ethernetは次世代AIコンピューティングネットワークの礎となりつつあります。

ネットワークのパラダイムにおけるこの歴史的な転換に向け、QSFPTEKは万全の準備を整え、将来の厳しいAIワークロードに対応するために特別に設計された高性能800G Ultra Ethernetスイッチを発売しました。AIデータセンターのネットワークをさらに強化する準備はできていますか？今すぐQSFPTEKチームにお問い合わせいただき、HPC/AIシナリオ向けに徹底的に最適化された高性能スイッチの製品ラインアップ—およびフルスタックの高速相互接続ソリューションをご確認ください。