InfiniBand vs. Ethernet: Cosa sono?

In quanto tecnologie di interconnessione, si può dire che InfiniBand ed Ethernet abbiano caratteristiche proprie e differenze, ed è impossibile generalizzare quale sia migliore. Continuano a svilupparsi ed evolversi in diversi campi di applicazione, diventando due tecnologie di interconnessione indispensabili nel nostro mondo di reti.

InfiniBand vs. Ethernet: Cosa Sono?

Rete InfiniBand

La differenza tra InfiniBand ed Ethernet è molto marcata dal punto di vista progettuale. Come tecnologia per l'interconnessione delle reti, InfiniBand è ampiamente utilizzato in cluster di supercomputer grazie alla sua elevata affidabilità, bassa latenza e ampia larghezza di banda. Inoltre, è la tecnologia di interconnessione di rete preferita per i server GPU.

Per raggiungere un tasso di dati grezzi di 10 Gbit/sec su cavi 4X, lo standard InfiniBand consente la trasmissione di segnali Single Data Rate (SDR) a un tasso base di 2,5 Gbit/sec per corsia. Un singolo canale può essere espanso rispettivamente a 5 Gbit/sec e 10 Gbit/sec, e il tasso massimo potenziale di dati è di 40 Gbit/sec su cavi 4X e 120 Gbit/sec su cavi 12X, consentendo alle reti InfiniBand di avere segnali Double Data Rate (DDR) e Quadruple Data Rate (QDR).

Rete Ethernet

Dall'introduzione avvenuta il 30 settembre 1980, lo standard Ethernet è diventato il protocollo di comunicazione più ampiamente utilizzato nelle reti locali (LAN). A differenza di InfiniBand, Ethernet è stato progettato con i seguenti obiettivi principali: come far fluire facilmente le informazioni tra sistemi multipli? È un tipico network progettato con distribuzione e compatibilità. L'Ethernet tradizionale utilizza principalmente TCP/IP per la costruzione della rete ed è gradualmente evoluto fino ad oggi, adottando tecnologie come RoCE.

In generale, le reti Ethernet sono principalmente utilizzate per collegare computer multipli o altri dispositivi come stampanti, scanner, ecc., a una rete locale. Può connettere la rete Ethernet alla rete cablata tramite cavi in fibra ottica e realizzare la rete Ethernet anche nella rete wireless attraverso la tecnologia di rete wireless. Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet e Switched Ethernet sono tutti importanti tipi di Ethernet.

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InfiniBand vs. Ethernet: Quali sono le differenze tra loro?

Il collo di bottiglia della trasmissione dati nei cluster in scenari di elaborazione ad alte prestazioni è l'obiettivo di progettazione originale di InfiniBand, ed è diventato uno standard di interconnessione in linea con le esigenze del tempo. Pertanto, InfiniBand ed Ethernet presentano molte differenze, principalmente in termini di larghezza di banda, latenza, affidabilità di rete, tecnologia di rete e scenari di applicazione.

Larghezza di banda

Sin dalla nascita di InfiniBand, lo sviluppo della rete InfiniBand è stato più rapido rispetto a quello di Ethernet per lungo tempo. Il motivo principale è che InfiniBand è applicato all'interconnessione tra server nell'elaborazione ad alte prestazioni e riduce il carico della CPU. Tuttavia, Ethernet è più orientato all'interconnessione dei dispositivi terminali, e non c'è una richiesta troppo elevata di larghezza di banda.

Per il traffico di rete ad alta velocità superiore a 10G, se tutti i pacchetti vengono disimballati, ciò consumerà molte risorse. La prima generazione di InfiniBand SDR opera a una velocità di 10 Gbps, consentendo una trasmissione ad alta velocità per alleggerire la CPU e aumentare l'utilizzo della rete oltre ad aumentare la larghezza di banda di trasmissione dei dati e ridurre il carico della CPU.

Latenza di rete

InfiniBand ed Ethernet si comportano in modo molto diverso anche in termini di latenza di rete. Gli switch Ethernet di solito utilizzano le tecnologie store-and-forward e MAC table lookup come tecnologie di livello 2 nel modello di trasporto di rete. Il flusso di elaborazione degli switch Ethernet è più lungo rispetto a quello degli switch InfiniBand, poiché devono essere considerati servizi complessi come IP, MPLS e QinQ.

Affidabilità di rete

Poiché la perdita di pacchetti e la ritrasmissione hanno un impatto significativo sulle prestazioni complessive dell'elaborazione ad alte prestazioni, è necessario un protocollo di rete altamente affidabile per garantire le caratteristiche senza perdite della rete a livello di meccanismo e realizzarne le funzioni di alta affidabilità. Con i suoi formati definiti dal livello 1 al livello 4, InfiniBand è un protocollo di rete completo. Il controllo del flusso end-to-end è alla base dell'invio e della ricezione dei pacchetti nella rete InfiniBand, il che può risultare in una rete senza perdite.

Rispetto a InfiniBand, la rete Ethernet non dispone di un meccanismo di controllo del flusso basato su pianificazione. Di conseguenza, non è possibile garantire se l'estremità peer sarà congestionata durante l'invio dei pacchetti. Per essere in grado di assorbire l'aumento improvviso del traffico istantaneo nella rete, è necessario aprire uno spazio di cache di decine di MB nello switch per memorizzare temporaneamente questi messaggi, occupando le risorse del chip. Ciò significa che l'area del chip di uno switch Ethernet con la stessa specifica è significativamente più grande rispetto a quella di un chip InfiniBand, il che non solo costa di più ma consuma anche più energia.

Metodi di networking

In termini di modalità di rete, la rete InfiniBand è più semplice da gestire rispetto alla rete Ethernet. L'idea di SDN è incorporata nel design di InfiniBand. Un gestore di subnet sarà presente su ciascuna rete di livello 2 InfiniBand per configurare l'ID (LocalID) dei nodi della rete, calcolare uniformemente le informazioni sul percorso di inoltro attraverso il piano di controllo e inviarlo allo scambio InfiniBand. Per completare la configurazione della rete, una tale rete di livello 2 deve essere configurata senza alcuna configurazione.

Utilizza la modalità di rete Ethernet per generare automaticamente le voci MAC e l'IP deve cooperare con il protocollo ARP. Inoltre, ogni server nella rete deve inviare pacchetti periodicamente per garantire che le voci vengano aggiornate in tempo reale. Per dividere la rete virtuale e limitarne la scala, è quindi necessario implementare il meccanismo Vlan. Tuttavia, poiché la rete Ethernet stessa manca di un meccanismo di apprendimento delle voci, ne risulterà una rete a loop. Per evitare loop nel percorso di inoltro della rete, devono essere implementati protocolli come STP, il che aumenta la complessità della configurazione di rete.

Scenari di applicazione

InfiniBand è ampiamente utilizzato negli ambienti HPC (High-Performance Computing) grazie alla sua elevata larghezza di banda, bassa latenza e supporto ottimizzato per il calcolo parallelo. È progettato per gestire le esigenti necessità di comunicazione delle cluster HPC, dove l'elaborazione di dati su larga scala e la comunicazione frequente tra nodi sono cruciali. Ethernet, d'altra parte, è comunemente utilizzato nelle reti aziendali, nell'accesso a Internet e nelle reti domestiche, con i principali vantaggi di basso costo, standardizzazione e ampia diffusione.

Negli sviluppi recenti, la domanda di capacità di calcolo su larga scala è cresciuta in modo significativo, spingendo la necessità di comunicazioni ad alta velocità all'interno delle macchine e di comunicazioni a bassa latenza e alta larghezza di banda tra macchine in cluster super-grandi. Secondo le statistiche degli utenti provenienti dai primi 500 centri di supercalcolo, le reti IB svolgono un ruolo cruciale nei primi 10 e nei primi 100 centri. Ad esempio, OpenAI utilizza la rete IB integrata in Microsoft Azure per addestrare CHATGPT, determinando un aumento significativo della domanda per i grandi centri di supercalcolo.

Ricerca dei tuoi Prodotti infiniBand

Sulla base del confronto tra InfiniBand ed Ethernet fatto sopra, i vantaggi delle reti InfiniBand sono molto evidenti. L'iterazione rapida della rete InfiniBand, da SDR 10Gbps, DDR 20Gbps, QDR 40Gps, FDR56Gbps, EDR 100Gbps fino all'InfiniBand di oggi a 800Gbps, beneficia tutte della tecnologia RDMA.

FS ha lanciato molti prodotti InfiniBand, tra cui trasceiver e cavi DAC/AOC InfiniBand, adattatori InfiniBand, e switch InfiniBand. Diamo un'occhiata uno per uno.

Trasceivers e cavi DAC/AOC InfiniBand

FS offre una vasta gamma di trasceivers InfiniBand da 40G a 200G e cavi per aiutare a potenziare l'interconnessione altamente efficiente dell'infrastruttura di calcolo e archiviazione.

Adattatori InfiniBand

Gli adattatori InfiniBand di FS consentono la soluzione più performante e flessibile, mirata a soddisfare le crescenti esigenze delle applicazioni dei data center. Oltre a tutte le innovative caratteristiche delle versioni precedenti, le schede ConnectX-6 e ConnectX-7 offrono una serie di miglioramenti per migliorare ulteriormente prestazioni e scalabilità.

Switch InfiniBand

Switch InfiniBand, NVIDIA Quantum/Quantum-2 offre un'interconnessione ad alta velocità fino a 200Gb/s e 400Gb/s, una soluzione estremamente a bassa latenza e scalabile che accelera la ricerca, l'innovazione e lo sviluppo di prodotti per sviluppatori di ricercatori scientifici.

Conclusioni

Esistono scenari di applicazione adatti sia per InfiniBand che per Ethernet. La CPU non sacrifica più risorse per l'elaborazione di rete a causa dell'incremento significativo della velocità apportato dalla rete InfiniBand, migliorando l'utilizzo della rete. Questo è uno dei principali motivi per cui la rete InfiniBand diventerà la principale soluzione di rete per l'industria del calcolo ad alte prestazioni. In futuro, potrebbero anche comparire prodotti InfiniBand a 1600Gbps GDR e 3200Gbps LDR. Se non vi è una elevata richiesta di ritardo nella comunicazione tra i nodi dei data center, e l'accesso flessibile e l'espansione sono più importanti, allora le reti Ethernet possono essere scelte per un lungo periodo.