Qual é a diferença entre InfiniBand vs. Ethernet?

No mundo da conectividade, InfiniBand e Ethernet têm, cada uma, suas próprias características, o que torna difícil dizer qual é melhor. Cada uma evoluiu em diferentes cenários de aplicação, tornando-as duas tecnologias indispensáveis para redes.

InfiniBand e Ethernet: o que são?

Redes InfiniBand

InfiniBand e Ethernet são muito diferentes em design: InfiniBand se destaca em clusters de supercomputadores com sua alta confiabilidade, baixa latência e alta largura de banda, tornando-se a tecnologia de interconexão preferida para a maioria dos servidores, especialmente servidores GPU. Taxa de dados de 10 Gbit/s, InfiniBand permite que cada canal transmita sinais de taxa de dados única (SDR) a uma taxa base de 2.5 Gbit/s. Canais individuais podem ser expandidos para 5 Gbit/s e 10 Gbit/s, resultando em taxas de dados de até 40 Gbit/s com cabos 4X e 120 Gbit/s com cabos 12X, e os sinais de taxa de dados 2x (DDR) e 4x (QDR) do InfiniBand podem ser suportados.

Ethernet

Desde seu lançamento em 30 de setembro de 1980, Ethernet tornou-se o protocolo de comunicação mais comumente usado em LANs. Ao contrário do InfiniBand, Ethernet foi projetada com o objetivo de facilitar o fluxo de informações entre vários sistemas. Ela usa principalmente uma arquitetura distribuída e é baseada em compatibilidade. A Ethernet tradicional geralmente é baseada em TCP/IP para construir uma rede, que atualmente está evoluindo para RoCE (RDMA over Converged Ethernet). Em geral, Ethernet pode ser usada para conectar computadores e outros dispositivos em uma LAN, por exemplo, para estabelecer uma conexão entre um computador e uma impressora, ou uma impressora scanner ou similar a uma LAN. Não apenas redes cabeadas podem ser conectadas por meio de fibra óptica, mas a conectividade sem fio também é possível por meio de tecnologia sem fio. Os principais tipos de Ethernet incluem Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Ethernet de 10 Gigabits, e Ethernet comutada.

Diferenças entre InfiniBand e Ethernet

No cenário de computação de alto desempenho, o InfiniBand foi originalmente projetado para resolver o gargalo da transmissão de dados em clusters e se adaptar às necessidades da época. Portanto, há diferenças evidentes entre InfiniBand e Ethernet em termos de largura de banda, latência, confiabilidade da rede, tecnologia e cenários de aplicação.

Largura de banda

Desde a sua criação, o InfiniBand esteve à frente da Ethernet. O principal motivo para isso é que o InfiniBand é usado principalmente para interconectar servidores em computação de alto desempenho, enquanto a Ethernet se concentra mais na conectividade de dispositivos finais com requisitos de largura de banda relativamente baixos. Como resultado, os padrões Ethernet geralmente consideram apenas como alcançar a interoperabilidade, enquanto os padrões InfiniBand são mais abrangentes, concentrando-se não apenas na interoperabilidade, mas também em como reduzir a carga sobre a CPU durante a transmissão de dados em alta velocidade, para garantir que a largura de banda seja usada de forma eficiente e ocupe o mínimo possível de recursos da CPU.

Quando o tráfego de rede excede 10G, seria um desperdício de recursos se todo o encapsulamento e desencapsulamento de pacotes dependesse do processamento da CPU. É como usar recursos caros de CPU para lidar com tarefas simples de transmissão de rede, o que não é econômico do ponto de vista da alocação de recursos.

Para lidar com esse problema, a taxa SDR de primeira geração do InfiniBand era de 10Gbps, então ele tomou emprestada a ideia da tecnologia DMA e contornou a CPU, o que não apenas aumentou a largura de banda da transmissão de dados, mas também aliviou a pressão sobre a CPU ao propor a tecnologia RDMA, que resolveu esse desafio perfeitamente. Com RDMA, a CPU não precisa consumir mais recursos para processar transações de rede devido ao aumento significativo da largura de banda, evitando assim a redução do desempenho geral da computação de alto desempenho. É por isso que o InfiniBand evoluiu rapidamente dos 10Gbps do SDR para os atuais HDR 200Gbps, 400Gbps e até 800Gbps XDR.

Latência de rede

InfiniBand e Ethernet são bastante diferentes em termos de latência. Switches Ethernet usam store-and-forward e consulta à tabela de endereços MAC, o que resulta em tempos de processamento relativamente longos. Pelo contrário, switches InfiniBand precisam apenas de um LID de 16 bits para consultar o caminho de encaminhamento e usam a tecnologia Cut-Through para reduzir a latência de encaminhamento para menos de 100ns, o que é significativamente mais rápido.

Confiabilidade da rede

Para computação de alto desempenho, a perda e a retransmissão de pacotes podem afetar seriamente o desempenho geral, portanto, são necessários protocolos de rede altamente confiáveis. O InfiniBand usa um mecanismo de classe de serviço (CoS) implementado da Camada 1 até a Camada 4, portanto, é sempre de cima para baixo e hierárquico, com encaminhamento estático de pacotes sem perdas. No entanto, a Ethernet carece de um mecanismo de controle de tráfego baseado em agendamento para lidar de forma eficiente com o congestionamento da rede. Como resultado, os switches Ethernet consomem mais recursos de cache em caso de tráfego intenso e aumentam os custos com o consumo de energia.

Abordagem de rede

Do ponto de vista de redes, o InfiniBand é relativamente simples de gerenciar. O conceito de SDN está incluído em seu projeto, e cada gerenciador de sub-rede na rede é responsável por configurar os IDs dos nós de rede e calcular uniformemente os caminhos de encaminhamento. A rede Ethernet, por outro lado, exige o envio periódico de pacotes para atualizar as entradas da tabela MAC e a implementação do mecanismo VLAN, o que é relativamente mais complexo.

As topologias dessas duas redes também são diferentes; Ethernet suporta uma variedade de topologias, incluindo star-tree e outras topologias. O design pode ser adaptado de forma flexível para expandir a rede conforme a demanda. InfiniBand, por outro lado, geralmente usa uma topologia dedicada (Fat Tree ou Dragonfly etc.) otimizada para alta largura de banda e baixa latência, mas exige mais considerações de design para expansão em grande escala.

Cenários de aplicação

InfiniBand é amplamente usado em ambientes de computação de alto desempenho devido à sua alta largura de banda, baixa latência e bom suporte para computação paralela. Ethernet, por outro lado, é comumente usado em redes empresariais, redes domésticas etc., e ainda ocupa um mercado importante devido ao seu baixo custo e às amplas vantagens de padronização. À medida que a demanda por poder computacional continua a aumentar, o uso de InfiniBand nos 500 principais centros de supercomputação do mundo é particularmente crítico.

Ao mesmo tempo, é necessário levar em conta que os dois aspectos de compatibilidade de rede são diferentes. Para Ethernet, quase todos os dispositivos de rede oferecem suporte à conectividade Ethernet. É fácil usar produtos de diferentes fornecedores de equipamentos para aplicações de rede. O InfiniBand, por outro lado, embora tenha uma vantagem em termos de desempenho, geralmente usa equipamentos especializados, o que apresenta muitas limitações em termos de compatibilidade e flexibilidade.

Introdução aos transceptores ópticos QSFPTEK InfiniBand e Ethernet

A QSFPTEK pode fornecer Módulo Óptico InfiniBand NDR 400G e Módulo Óptico InfiniBand NDR 800G, O 800G OSFP PAM4 O transceptor óptico é amplamente usado em data centers e em aplicações 800G e 2x 400G. Em termos de módulos Ethernet, podem ser fornecidos transceptores ópticos Ethernet de 1G a 800G. Além dos módulos comuns, transceptores WDM e transceptores coerentes também estão disponíveis em muitas taxas. Cada dispositivo óptico QSFPTEK é 100% testado em equipamentos de switches de marca para garantir o funcionamento perfeito do produto.

Conclusão

InfiniBand e Ethernet são cada um adequado a diferentes cenários. O InfiniBand pode aumentar significativamente a taxa enquanto reduz a carga da CPU, resultando em maior utilização da rede, motivo pelo qual é uma das principais soluções em HPC. No futuro, é provável que surjam produtos InfiniBand com velocidades ainda mais altas. Se os requisitos de latência entre data centers não forem elevados e a flexibilidade e a escalabilidade forem mais importantes, a Ethernet certamente é uma opção que vale a pena considerar.