Reti InfiniBand: Caratteristiche, componenti e vantaggi

InfiniBand è uno standard aperto che facilita la connettività ad alte prestazioni tra server CPU/GPU, server di storage e altri dispositivi. Questo articolo illustra gli aspetti fondamentali della rete InfiniBand, compresi i suoi componenti strutturali, le caratteristiche principali e i vantaggi rispetto alle soluzioni Ethernet tradizionali.

Cosa è InfiniBand?

InfiniBand è uno standard industriale aperto che definisce una rete ad alta velocità per l'interconnessione di server, dispositivi di archiviazione e altro. Sfrutta collegamenti bidirezionali point-to-point per consentire una comunicazione continua tra processori situati su server diversi. InfiniBand è compatibile con diversi sistemi operativi come Linux, Windows ed ESXi.

Componenti strutturali di una rete InfiniBand

Una rete InfiniBand è composta dai seguenti elementi:

Host Channel Adapter (HCA)

L'HCA, noto anche come scheda di rete, funge da nodo finale collegato alla rete InfiniBand. Facilita le funzioni del livello di trasporto e supporta l'interfaccia verbs, che fornisce un'interfaccia di programmazione per i dispositivi InfiniBand.

Gateway/bridge da InfiniBand a Ethernet

Questo dispositivo permette di convertire i messaggi InfiniBand ed Ethernet, consentendo la comunicazione tra la rete InfiniBand e la rete Ethernet quando necessario.

Switch InfiniBand

Uno switch InfiniBand inoltra i messaggi tra le reti InfiniBand, consentendo una trasmissione efficiente dei dati tra i dispositivi collegati.

Subnet Manager (SM)

Il Subnet Manager è responsabile della gestione della sottorete InfiniBand. Può essere eseguito su host, switch o essere distribuito insieme a Unified Fabric Manager (UFM) per una gestione completa.

Router InfiniBand

Un router InfiniBand facilita la trasmissione di messaggi tra diverse sottoreti InfiniBand.

Caratteristiche principali di InfiniBand

• Subnet Manager (SM): Il programma Subnet Manager assicura la gestione centralizzata del routing, consentendo la funzionalità plug-and-play su tutti i nodi della rete. Ogni sottorete richiede un SM master, mentre gli altri SM operano in modalità standby.

• GPU diretta:La GPU diretta consente trasferimenti diretti di dati fra le GPU, riducendo la latenza e migliorando le prestazioni, in particolare nel computing basato su GPU. Le GPU NVIDIA supportano anche l'offloading delle attività di calcolo.

• Bassa latenza: InfiniBand raggiunge una latenza estremamente bassa grazie a meccanismi di offloading e accelerazione hardware. La modalità di inoltro cut-through negli switch InfiniBand riduce le latenze di trasmissione fino a 130ns. La tecnologia RDMA riduce ulteriormente la latenza di trasporto end-to-end.

• Scalabilità della rete: InfiniBand consente l'interconnessione di più sottoreti utilizzando router InfiniBand, facilitando la scalabilità per ospitare oltre 48.000 nodi.

• Rete stabile tollerante ai guasti: Le reti InfiniBand assicurano un rapido ripristino del traffico, grazie all'algoritmo di routing del subnet manager e all'efficiente riordino dei flussi. Ciò si traduce in un rapido ripristino del traffico.

• Rete autorigenerante: Gli switch NVIDIA IB sono dotati di un meccanismo di autorigenerazione basato su hardware, che consente un rapido ripristino in un solo millisecondo.

• Routing adattivo: Il routing adattivo bilancia la distribuzione del traffico tra le porte dello switch. Gli switch NVIDIA incorporano questa funzionalità nel loro hardware e la gestiscono attraverso l'Adaptive Routing Manager.

• SHARP (Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol): SHARP, basato sull'hardware degli switch NVIDIA e sui pacchetti di gestione centrale, ottimizza la comunicazione collettiva e riduce i trasferimenti di dati tra i nodi durante le applicazioni basate su MPI come l'AI e il machine learning.

InfiniBand vs. Ethernet: Vantaggi

InfiniBand offre numerosi vantaggi rispetto alle tradizionali soluzioni di rete Ethernet, rendendola particolarmente adatta alle applicazioni che richiedono comunicazioni veloci e trasferimenti di dati su larga scala. I vantaggi di InfiniBand includono:

• Alta larghezza di banda e bassa latenza: InfiniBand offre una maggiore larghezza di banda e una minore latenza, soddisfacendo le esigenze di prestazioni del trasferimento di dati su larga scala e delle applicazioni di comunicazione in tempo reale.

• Supporto RDMA: InfiniBand supporta l'accesso diretto remoto alla memoria (RDMA), consentendo il trasferimento diretto dei dati tra le memorie dei nodi. Questo riduce l'overhead della CPU e migliora l'efficienza del trasferimento.

• Scalabilità: InfiniBand Fabric consente una facile scalabilità collegando un gran numero di nodi e supportando layout di server ad alta densità. Ulteriori switch e cavi InfiniBand possono espandere la scala della rete e la capacità di banda.

• Alta affidabilità: InfiniBand Fabric incorpora progetti ridondanti e meccanismi di isolamento dei guasti, migliorando la disponibilità della rete e la tolleranza ai guasti. I percorsi alternativi mantengono la connettività della rete in caso di guasti ai nodi o alle connessioni.

Soluzione InfiniBand FS

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