InfiniBandの主な利点
著者 Leslie
日付 07/24/2024
ワイヤレスブロードバンド技術、またはIBは、高スループットと低遅延で知られる高性能コンピューティングネットワーク通信規格です。ネットワーク技術の発展に伴い、帯域幅と低遅延への需要が高まっており、InfiniBandへの需要も増加しています。この記事では、InfiniBandネットワークの利点について詳しく理解できます。
InfiniBandとは何ですか
記事を始める前に、まずInfiniBandとは何かを簡単に紹介する必要があります。これは、高速・高帯域幅・低遅延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標準です。もともとは、特に高性能コンピューティング環境において、コンピューティングクラスターとストレージシステムを接続するために設計されました。InfiniBandは一般に、AIモデルのトレーニングや自動運転など、大量のデータ伝送と低遅延を必要とするアプリケーションシナリオに適しています。
InfiniBandのメリット
今日のネットワークでInfiniBandがこれほど普及しているのはなぜでしょうか？以下の内容を読めば、その答えがきっと頭に浮かぶでしょう。
InfiniBandは簡素化されたネットワーク管理をサポートします
InfiniBandはもともとSDN向けに開発されたもので、サブネットマネージャーによって管理されるネットワークアーキテクチャです。サブネットマネージャーはローカルサブネットを設定し、その継続的な運用を確保できます。すべてのチャネルアダプターとスイッチは、サブネットマネージャーと通信するためにサブネット管理エージェント（SMA）を実装する必要があります。各サブネットには、リンクの接続または切断時に初期化と再構成を実行するため、少なくとも1つのサブネットマネージャーが必要です。調停プロセスを通じて1つのサブネットマネージャーがプライマリマネージャーとして選択され、他のサブネットマネージャーはスタンバイ状態になります。プライマリマネージャーに障害が発生した場合、スタンバイマネージャーが引き継ぎ、ネットワークの継続的な運用を確保します。
CPU オフロード
CPUオフロードは、コンピューティングを高速化するための重要な手段です。InfiniBandネットワークでは、次のように、データ伝送に使用するCPUリソースを最小限に抑えることができます。
ハードウェアがトランスポート層のプロトコルスタック全体をオフロードします。
ゼロコピーのためにカーネルをバイパスします。
CPUを使用せず、RDMAを介して、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みます。
高帯域幅
ネットワーク技術の発展に伴い、InfiniBandの帯域幅はますます高くなっています。これは主に、InfiniBandがハイパフォーマンスコンピューティングにおけるサーバー接続に使用されており、帯域幅に対する要件がより高く、より厳しくなっているためです。InfiniBand技術の開発当初の10Gbpsから現在の800Gbpsに至るまで、InfiniBandの帯域幅は大きく進歩しました。
QSFPTEKはお客様に提供します InfiniBandモジュール, DAC、およびAOCをさまざまなレートで提供しています。以下の表で当社のInfiniBand製品について詳しく確認できます:
低遅延
一般に、EthernetスイッチはMACテーブルのルックアップによるアドレス指定とストアアンドフォワード方式を使用するため、処理に長い時間を要します。InfiniBandスイッチは、16-bit LIDに基づいて転送経路を確認するだけでよく、Cut-Through技術を使用して転送時間を100ns未満に短縮します。ネットワークカードレベルでは、RDMA技術を使用してデータパケットのカプセル化とカプセル化解除のレイテンシーを大幅に短縮することもできます。
拡張性と柔軟性
InfiniBandネットワークの大きな利点は、単一のサブネットに最大48,000ノードを展開できることであり、その拡張性と柔軟性は明白です。さらに、IBネットワークはARPやその他のブロードキャストメカニズムに依存しないため、ブロードキャストストームやその他の帯域幅の浪費を回避できます。複数のInfiniBandサブネットは、ルーターやスイッチを介して相互接続することもできます。InfiniBandがサポートするネットワークトポロジーは次のとおりです：
InfiniBandアーキテクチャによるQoSサポート
QoSは、ネットワークトラフィックを管理および最適化するための一連の技術とメカニズムです。通常、ネットワーク内の主要なアプリケーションとサービスの優先度を確保し、それらのパフォーマンスと信頼性を向上させるために使用されます。
まず、InfiniBandは仮想チャネルを使用してQoSを実現します。仮想チャネルは、物理リンクを共有する独立した論理通信リンクです。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ではサービスレベルマーキングを使用してパケットヘッダー内のSLフィールドをマークし、0から15までに区分します。各レベルは異なる優先度に対応します。
InfiniBandは、DiffServと同様のQoS機能を実装するために、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もサポートしています。
最後に、InfiniBandはパスレコードまたはマルチパスレコードクエリに応答することで、各通信フローのパラメータを制御できます。管理者はパスを最適化し、優先度の高いトラフィックが最適なパスを通じて送信されるようにできます。QSFPTEK offers データセンタースイッチ QoS機能をサポートするもの。
ネットワークの安定性と耐障害性
InfiniBandネットワークには、InfiniBandスイッチを基盤とする自己修復ネットワーキングメカニズムがあります。長期間の運用中にネットワーク障害が発生した場合、このメカニズムによりリンクの復旧時間を1ミリ秒まで短縮できます。
負荷分散
InfiniBandはマルチパスルーティングをサポートしており、データパケットがネットワーク内で複数の経路を選択できます。この機能により、ネットワークはリアルタイムのトラフィックに基づいて経路を選択し、データ伝送経路を調整して負荷分散を実現できます。マルチパスルーティングは、単一経路での輻輳を効果的に回避し、ネットワークの効率と信頼性を向上させます。
SHARPサポート
InfiniBandは、HPCシステム向けのプロトコルであるSHARPプロトコルをサポートしています。ネットワーク層でデータ集約およびリダクション処理を実行し、データ伝送量と遅延を削減することで、ネットワークの効率と性能を向上させます。集合通信を最適化し、ノード間でのデータの重複伝送を回避できます。ビッグデータコンピューティングと人工知能において重要な役割を果たします。
結論
結論として、InfiniBand技術の誕生は、データセンターとハイパフォーマンスコンピューティングのアプリケーションに極めて重要な変革をもたらしました。高帯域幅と低遅延を実現するだけでなく、優れた拡張性と柔軟性も備えています。また、技術の発展に伴い、提供可能な帯域幅も拡大しています。InfiniBandネットワークを導入することで、パフォーマンスを大幅に向上させ、その後の拡張に関する懸念を解消できます。InfiniBandについてご不明な点がございましたら、お気軽にQSFPTEKのCCIE/HCIEエンジニアまでお問い合わせください： [email protected].
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