Como a Ultra Ethernet está moldando o futuro das cargas de trabalho de IA

À medida que as cargas de trabalho de IA se tornam mais extensas e complexas, as redes tradicionais dos centros de dados têm dificuldade em acompanhar essa evolução. Em resposta à enorme procura por largura de banda ultraelevada, latência ultrabaixa e desempenho de rede determinístico para o treino de grandes modelos, surgiu um novo paradigma de rede: Ultra Ethernet (UE). Concebida especificamente para IA e computação de alto desempenho (HPC), a Ultra Ethernet é uma arquitetura de rede de baixo nível que está rapidamente a tornar-se a espinha dorsal dos centros de dados da próxima geração.

Um guia rápido sobre Ultra Ethernet e a aliança UEC

A Ultra Ethernet é uma importante iniciativa tecnológica liderada pelo Ultra Ethernet Consortium (UEC). O consórcio reúne vários gigantes do setor, incluindo AMD, Arista, Broadcom, Cisco, HPE, Intel, Meta e Microsoft. A sua visão central é clara: impulsionar uma evolução profunda da tecnologia Ethernet tradicional para que esta possa satisfazer plenamente os requisitos exigentes das cargas de trabalho de IA/ML; e proporcionar, através de um ecossistema aberto e altamente interoperável, o desempenho extremo que anteriormente só era possível com redes fechadas e proprietárias, como a InfiniBand.

O UEC está empenhado em reformular a arquitetura de uma pilha completa de protocolos de rede—desde a camada física subjacente até à camada de transporte. O seu objetivo é garantir que a Ultra Ethernet consiga efetivamente proporcionar comunicação entre nós sem perdas, com baixa latência e elevada escalabilidade, mantendo as duas principais vantagens da Ethernet tradicional: um “ecossistema aberto” e uma “relação custo-benefício excecional.”

Porque é a Ultra Ethernet tão essencial na era da IA?

De facto, a Ethernet assumiu uma posição de destaque na revolução da supercomputação. Os dados de 2024 mostram que, na classificação de desempenho de supercomputadores TOP500, a Ethernet ultrapassou a InfiniBand (39.2%) com uma quota de 48.5%, estando presente com frequência crescente nos principais clusters de supercomputação.

No entanto, as cargas de trabalho modernas de IA e HPC exigem enorme largura de banda, são altamente sensíveis à latência e requerem um determinismo extremamente elevado no tráfego de rede. Mesmo a Ethernet tradicional equipada com o protocolo RoCE (RDMA over Converged Ethernet) tende a revelar fragilidades—como perda de pacotes, aumento do congestionamento e falta de controlo granular do tráfego—perante as exigências extremas de clusters de IA com dezenas de milhares de placas, prejudicando assim o desempenho computacional de todo o sistema.

A Ultra Ethernet foi criada precisamente para resolver estes problemas. Introduz um mecanismo de controlo de congestionamento inteiramente novo, algoritmos inteligentes de agendamento de pacotes e uma camada de transporte verdadeiramente sem perdas. Estas inovações subjacentes trabalham em conjunto para levar a taxa de transferência da rede ao limite, minimizando simultaneamente a latência de cauda longa e a variação da latência da rede, garantindo que os clusters de computação conseguem alcançar a expansão horizontal mais eficiente entre dezenas de milhares de GPUs.

Como participante ativa na evolução das redes de IA da próxima geração, a QSFPTEK tem acompanhado de perto o progresso do ecossistema UEC. Em resposta às necessidades de interligação decorrentes da transição da Ethernet tradicional para a Ultra Ethernet, a QSFPTEK continua a otimizar o seu portefólio de produtos de 400G, 800G e até módulos óticos de 1.6T e cabos. A empresa está empenhada em ajudar os centros de dados empresariais a adotar o ecossistema Ethernet aberto, construindo simultaneamente uma base de rede de baixa latência capaz de suportar uma capacidade computacional extrema de IA.

A evolução da Ethernet tradicional para os switches Ultra Ethernet

A ascensão dos centros de dados de IA está indissociavelmente ligada à evolução contínua da tecnologia dos switches Ethernet. Desde a sua criação em maio de 1973, a Ethernet tem acompanhado as mudanças nas exigências da computação graças à sua excecional flexibilidade e adaptabilidade arquitetónicas, estabelecendo-se gradualmente como o padrão de rede dominante a nível mundial.

Os switches Ethernet passaram por cinco avanços significativos :

Switches de rede local (LAN): Estes switches foram pioneiros na conectividade económica de elevada largura de banda, estabelecendo a Ethernet como o padrão de facto para redes de campus e empresariais.

Switches de rede metropolitana (MAN): Introduziram capacidades de encaminhamento de camada 3, ultrapassando as barreiras físicas dos edifícios e alargando a cobertura Ethernet a toda a cidade.

Switches de classe de operadora: Melhoram de forma abrangente a fiabilidade das ligações, a QoS (Qualidade de Serviço) e os mecanismos de segurança, alcançando o rigoroso padrão de alta disponibilidade de 99.999% e permitindo que operadoras globais forneçam enormes volumes de serviços de voz, vídeo e dados entre continentes.

Switches para centros de dados: Com o crescimento explosivo da computação em nuvem, estes switches evoluíram para incorporar EVPN, RDMA e funcionalidades de rede altamente automatizadas, suportando facilmente a expansão contínua em grande escala de milhões de máquinas virtuais e armazenamento ao nível do exabyte em ambientes de nuvem.

Switches Ultra Ethernet: Representam a transformação oficial da Ethernet na base das redes de computação da próxima geração, otimizada para cargas de trabalho de IA e HPC, marcando o salto definitivo para o domínio da supercomputação.

Quais são as diferenças entre a Ultra Ethernet e os protocolos de rede existentes?

Embora os protocolos atuais, como TCP/IP, RoCE e InfiniBand, procurem atenuar os picos de tráfego elevado através de otimizações (como mecanismos precoces de controlo de congestionamento), a sua arquitetura subjacente continua a ser concebida para 'redes de uso geral.'

Esta natureza de uso geral resulta numa grave falta de funcionalidades avançadas específicas para cenários extremos de IA e HPC—como suporte robusto a múltiplos caminhos dinâmicos, lógica de configuração minimalista e elevada disponibilidade e resiliência em clusters de grande escala. Quando as empresas forçam a utilização destes protocolos tradicionais em cargas de trabalho de IA, deparam-se frequentemente com vulnerabilidades arquitetónicas e graves estrangulamentos de desempenho.

Em contrapartida, o Ultra Ethernet Consortium (UEC) recorreu diretamente à experiência prática dos seus principais membros em implementações de IA e HPC em hiperescala (por exemplo, à escala de 10,000 placas) para adaptar e reconstruir uma estrutura de rede de ponta a ponta. O UEC superou a abordagem de «tratar os sintomas em vez das causas» da otimização pontual. Ao adotar uma perspetiva holística de inovação coordenada de hardware e software, rompeu completamente o limite de desempenho da Ethernet tradicional ou de qualquer tecnologia de rede isolada, oferecendo efetivamente uma solução de interligação altamente eficiente «criada para a IA».

Como funciona o Ultra Ethernet?

No nível arquitetural, o sistema Ultra Ethernet é construído em torno de clusters como seus blocos fundamentais, interligando principalmente nós de computação à infraestrutura de rede Fabric subjacente. Os nós de computação conectam-se à rede por meio de interfaces Fabric (ou seja, placas de rede de alto desempenho), e cada interface física oferece suporte nativo a vários endpoints lógicos Fabric (FEPs). Toda a rede é dividida física e logicamente em vários planos de dados independentes, com interconexões entre FEPs dentro de cada plano normalmente implementadas por meio de uma matriz de switches de alto desempenho.

Para se adaptar com precisão às características do tráfego subjacente de diferentes cenários de negócio, o cluster Ultra Ethernet oferece principalmente dois modos operacionais essenciais:

• Modo de tarefas paralelas:Desenvolvido para computação de alto desempenho (HPC) e treinamento distribuído de IA. Este modo oferece suporte à comunicação muitos-para-muitos com alta concorrência entre um número massivo de nós, garantindo sincronização eficiente e execução contínua de tarefas de computação paralela em larga escala.

• Modo cliente/servidor:Concentra-se em casos de uso com uso intensivo de dados. Este modo oferece suporte a um mecanismo de interação “solicitação-resposta” persistente e altamente confiável entre clientes e nós de servidor dedicados, tornando-o uma escolha ideal para cenários que exigem compartilhamento de recursos estável e de alta frequência—como acesso a armazenamento distribuído e alocação de servidores de parâmetros.

Resumo

O Ultra Ethernet é muito mais do que apenas "Ethernet mais rápida". É uma reformulação completa da lógica operacional subjacente às redes de data centers na era da IA. Com o apoio conjunto de inúmeros líderes do setor e um roteiro técnico claro, o Ultra Ethernet está rapidamente se tornando a base das redes de computação de IA de próxima geração.

Diante desta mudança histórica nos paradigmas de rede, a QSFPTEK está totalmente preparada e lançou switches Ultra Ethernet 800G de alto desempenho, projetados especificamente para lidar com as exigentes cargas de trabalho de IA do futuro. Você está pronto para impulsionar ainda mais a rede do seu data center de IA? Entre em contato com a equipe da QSFPTEK hoje mesmo para explorar nosso portfólio de switches de alto desempenho—profundamente otimizado para cenários de HPC/IA—e nossas soluções completas de interconexão de alta velocidade.