Die Grenzen sprengen: Wie RDMA-Technologie das High-Performance-Computing revolutioniert

Die Grenzen sprengen: Wie RDMA-Technologie das High-Performance-Computing revolutioniert

In der heutigen datengestützten Welt ist High-Performance-Computing (HPC) zu einer unverzichtbaren technologischen Grundlage in Bereichen wie wissenschaftlicher Forschung, Ingenieurdienstleistungen, Finanzdienstleistungen und künstlicher Intelligenz geworden. Der Kern von HPC liegt in der Fähigkeit, riesige Datenmengen zu verarbeiten und komplexe Berechnungsaufgaben durchzuführen, und all dies ist ohne effiziente Datenübertragungstechnologien nicht möglich. Die RDMA-Technologie (Remote Direct Memory Access) wird mit ihrer hervorragenden Leistung zu einer Revolution im Bereich HPC.

Was ist die RDMA-Technologie?

RDMA (Remote Direct Memory Access) ist eine Technologie, die es Computern ermöglicht, über ein Netzwerk direkt auf den Speicher des jeweils anderen zuzugreifen, wobei die klassischen Übertragungsschritte, an denen das Betriebssystem beteiligt ist, umgangen werden. Mit RDMA muss die Kommunikation zwischen Servern nicht mehr von der CPU verarbeitet werden, sondern die Daten können direkt vom Speicher eines Rechners zum anderen übertragen werden. Dieser Ansatz verringert die Latenz bei der Datenübertragung und die CPU-Belastung erheblich und verbessert so die Effizienz des Systems insgesamt.

Im Gegensatz dazu stützt sich die herkömmliche Netzwerkübertragung auf das TCP/IP-Protokoll, das eine komplexere Betriebssystemverarbeitung erfordert, was zu höheren Latenz und einer größeren CPU-Ressourcenauslastung führt. Die RDMA-Technologie hingegen verbessert die Übertragungseffizienz durch direkte Speicherübertragungen erheblich, insbesondere in Szenarien mit hoher Bandbreite und geringer Latenz.

Die wichtigsten Vorteile der RDMA-Technologie

• Implementierung von extrem niederiger Latenz: Der Hauptvorteil der RDMA-Technologie ist ihre extrem niedrige Latenz. Durch das Überspringen des herkömmlichen Datenübertragungspfads ermöglicht RDMA die Übertragung von Daten über das Netzwerk mit extrem geringer Latenz. Dies ist entscheidend für Anwendungsszenarien, die eine hohe Echtzeitleistung erfordern, insbesondere für wissenschaftliche Simulationen und die Verarbeitung großer Datenmengen im HPC-Bereich.

• Verringerte Latenz durch direkten Speicherzugriff bei der Datenübertragung: RDMA ermöglicht die direkte Übertragung von Daten zwischen den Speichermedien des Rechners, wodurch die Anzahl der Zwischenschritte im Übertragungsprozess erheblich reduziert und somit die Latenz der Datenübertragung deutlich verringert wird. Dieser Übertragungsmodus mit geringer Latenz ist ideal für HPC-Workloads, die schnelle Reaktionszeiten erfordern, wie z. B. Wettervorhersagen, astronomische Simulationen usw.

• Geringere CPU-Belastung: Durch RDMA wird die CPU fast nicht in den Datenübertragungsprozess einbezogen, was die CPU-Belastung erheblich reduziert. Dieser Vorteil ermöglicht es dem System, mehr Rechenressourcen für die eigentliche Arbeitslast statt für die Datenverarbeitung zu verwenden, was die Gesamtleistung des Systems verbessert.

Implementierung und Einsatz der RDMA-Technologie

• Hardware-Anforderungen und Unterstützung: Die Implementierung der RDMA-Technologie erfordert spezielle Hardwareunterstützung, einschließlich RDMA-kompatibler NICs, Switches und entsprechender optischer Module und Kabel. InfiniBand-Switches und 400G-RoCE-Geräte sind gängige, leistungsstarke Lösungen, die die Vorteile von RDMA voll ausschöpfen können.

• Software- und Protokollunterstützung: Die RDMA-Technologie erfordert auch Software- und Protokollunterstützung, wie z. B. die Protokolle RoCE und iWARP. RoCE ermöglicht die Ausführung von RDMA über Standard-Ethernet, was die Komplexität der Bereitstellung reduziert, während iWARP eine RDMA-Lösung für das WAN bietet.

• Geringere CPU-Belastung: Durch RDMA wird die CPU fast nicht in den Datenübertragungsprozess einbezogen, was die CPU-Belastung erheblich reduziert. Dieser Vorteil ermöglicht es dem System, mehr Rechenressourcen für die eigentliche Arbeitslast statt für die Datenverarbeitung zu verwenden, was die Gesamtleistung des Systems verbessert.

Anwendung der RDMA-Technologie im High-Performance-Computing

• Anwendungen in der wissenschaftlichen Forschung: In der Wissenschaft wurde die RDMA-Technologie in großem Umfang für Berechnungen zur Simulation und Analyse komplexer Systeme eingesetzt. In der Astronomie beispielsweise nutzen Forscher HPC- und RDMA-Technologien, um die Entwicklung des Universums zu simulieren und hochpräzise Modelle für die Funktionsweise von Himmelskörpern zu erstellen. Auch bei der Wettervorhersage hilft die RDMA-Technologie den Meteorologen, Wetterveränderungen schneller und genauer vorherzusagen, indem sie die Effizienz der Berechnungen verbessert.

• Anwendung in der technischen Simulation: RDMA spielt auch in der technischen Simulation eine wichtige Rolle. Die niedrigen Latenz und die hohe Bandbreite der RDMA-Technologie ermöglichen eine effizientere Durchführung dieser komplexen technischen Simulationen, wodurch die Entwicklungszyklen verkürzt und die Produktqualität verbessert werden.

• Anwendungen in den Bereichen künstliche Intelligenz und Big-Data-Analytics: Da die Nachfrage nach künstlicher Intelligenz und Big-Data-Analysen steigt, wird die Anwendung der RDMA-Technologie beim Training von KI-Modellen und bei der Big-Data-Verarbeitung immer wichtiger. Die hohe Effizienz der Datenübertragung durch RDMA ermöglicht es KI-Systemen, riesige Datenmengen schneller zu verarbeiten und so die Trainingsgeschwindigkeit des Modells zu beschleunigen und die Berechnungseffizienz zu verbessern.

Herausforderungen und zukünftige Entwicklung der RDMA-Technologie

Trotz der vielen Vorteile der RDMA-Technologie gibt es immer noch einige Herausforderungen für ihren Einsatz. Erstens sind die Hardwarekosten für RDMA hoch, vor allem in Szenarien mit hohem Bandbreitenbedarf. Zweitens erfordert der Einsatz und die Wartung von RDMA entsprechende technische Fähigkeiten, was die Komplexität von Betrieb und Wartung erhöht.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie wird sich der Anwendungsbereich von RDMA in Zukunft noch erweitern. Es ist zu erwarten, dass RDMA in einem breiteren Spektrum von Branchen zum Einsatz kommen wird, z. B. in der Medizin, im Finanzwesen und in anderen Bereichen, die eine Datenübertragung mit geringer Latenz und hoher Bandbreite erfordern.

FS ist führend in der RDMA-Technologie

Als Lösungsanbieter im Bereich des High-Performance-Computing bietet FS eine Vielzahl effizienter RDMA-basierter Lösungen an.

Die H100 RoCE-Arithmetiklösung (400G) von FS kombiniert RDMA-Technologie und optische Hochgeschwindigkeitsmodule, um die Latenz drastisch zu reduzieren und die Bandbreite zu erhöhen und so den Bedarf von HPC an schneller, verlustfreier Datenübertragung zu erfüllen.Mithilfe der RoCE-Technologie wird dank dieser Lösung die Netzwerkleistung von Rechenzentren zur Unterstützung von High-Density-Computing-Aufgaben wie KI und Big-Data-Analysen optimiert.

Die 400G-Netzwerkausrüstung von FS, einschließlich Hochleistungs-Switches und optischer Module, passt sich flexibel an HPC-Implementierungen unterschiedlicher Größe an, steigert die Recheneffizienz, reduziert Latenz und bietet eine zuverlässige und skalierbare HPC-Netzwerkinfrastruktur.

Fazit

Die RDMA-Technologie ist dabei, den HPC-Bereich mit ihren Vorteilen der extrem niedrigen Latenz, der hohen Bandbreite und der geringeren CPU-Belastung zu verändern. Mit den steigenden Anforderungen an die Netzwerkleistung von HPC wird die RDMA-Technologie zu einer wichtigen treibenden Kraft in der zukünftigen Entwicklung des Computing. Durch die Bereitstellung führender RDMA-Lösungen hilft FS seinen Kunden, im harten technologischen Wettbewerb einen Schritt voraus zu sein.