InfiniBandネットワークの10大メリット

InfiniBand（IB）は、「無限の帯域幅」技術として知られ、優れたスループットと最小限のレイテンシで知られるhigh-performance computing（HPC）ネットワーク通信規格です。最新のスーパーコンピュータランキングTop500の上位を独占するInfiniBandネットワークは、その量と性能において急成長を遂げ、推奨されるインターコネクト技術としての地位を固めています。この記事では、InfiniBandネットワークの10の主なメリットをまとめ、InfiniBandネットワークへのアップグレード時にFSが提供できるInfiniBand製品を紹介します。

InfiniBandネットワークの10大メリット

なぜInfiniBandネットワークはTop500で高く評価されているのでしょうか？そのパフォーマンス上のメリットが決定的な役割を果たしています。以下をお読みいただければ、その答えが見つかるかもしれません。

ネットワーク管理の簡素化

InfiniBand はSDNのために特別に開発され、サブネットマネージャによって管理される最初のネットワークアーキテクチャです。サブネットマネージャは、ローカルサブネットの構成と継続的な動作を保証します。全てのチャネルアダプタとスイッチは、サブネットマネージャとの通信を処理するために、サブネット管理エージェント(SMA)を実装する必要があります。各サブネットは、リンクの接続または切断時の初期化と再構成のために、少なくとも1つのサブネットマネージャが必要です。サブネット・マネージャはアービトレーションによってプライマリとして選択され、他のサブネット・マネージャはスタンバイ・モードで動作します（各スタンバイ・マネージャは、サブネットのトポロジ情報をバックアップし、動作状態を検証します）。プライマリ・マネージャに障害が発生した場合は、スタンバイ・マネージャが引き継ぎ、中断のない運用を保証します。

CPUオフロード

CPUオフロードは、コンピューティングを高速化するための重要な手法です。InfiniBandネットワークアーキテクチャは、最小限のCPUリソースでデータ転送を可能にします。実装は以下の通りです。

• - ハードウェアがトランスポート層のプロトコルスタック全体をオフロードします。

• - カーネルをバイパスし、ゼロコピー。

• - RDMAにより、CPUを介さずに、あるサーバーのメモリーから別のサーバーのメモリーに直接データを書き込むことができます。

  

高い帯域幅

InfiniBandの誕生以来、InfiniBandネットワークの速度は長い間Ethernetよりも速く発展してきました。その主な理由は、InfiniBandが、より高い帯域幅を必要とするhigh-performance computing（HPC）のサーバ間の相互接続に使用されているからです。

さらに、FSは、異なる速度のInfiniBandモジュール、DAC、AOC、ネットワークカード、スイッチを提供できます。詳細については、以下の表をご覧ください。InfiniBandネットワークへのアップグレードをお考えの場合、これらのネットワーク機器は最適な選択肢となります。また、直接お問い合わせいただければ、当社のソリューションエキスパートがお客様の具体的なニーズに基づいた対応ソリューションを提供いたします。

低レイテンシー

イーサネットスイッチ は一般的に、MACテーブルルックアップアドレス指定とストアアンドフォワード方式を使用しており、長い処理プロセスを必要とします。InfiniBandスイッチのレイヤー2処理は非常にシンプルです。16ビットのLIDに基づいて転送パス情報をチェックするだけです。同時に、カットスルー技術により、転送遅延を100ns以下に大幅に短縮し、イーサネットスイッチよりもはるかに高速です。ネットワークカードレベルでは、RDMA技術の使用により、パケットのカプセル化とカプセル解除の待ち時間が大幅に短縮されます。

拡張性と柔軟性

IBネットワークの大きなメリットの1つは、1つのサブネットに最大48,000ノードを配備でき、大規模な2階層ネットワークを形成できることです。さらに、IBネットワークはARPやその他のブロードキャスト・メカニズムに依存しないため、ブロードキャスト・ストームや帯域幅の浪費を回避できます。複数のIBサブネットをルーターやスイッチで相互接続することも可能です。IBは複数のネットワーク・トポロジーをサポートしています。

小規模な場合は、2レイヤーのファットツリー・トポロジーの使用をおすすめします。大規模な場合は、3レイヤーのファットツリー・ネットワーク・トポロジーを採用できます。一定の規模を超えると、Dragonfly+トポロジーを採用するとコストを削減できます。

Qos

QoSとは、アプリケーション、ユーザー、データフローごとに異なる優先サービスを提供する機能です。InfiniBandは、QoSを実装するために仮想レーン（VL、Virtual Lane）を使用します。仮想チャネルは、物理リンクを共有する個別の論理通信リンクです。各物理リンクは、最大15の標準仮想チャネルと管理チャネル（VL15）をサポートできます。

ネットワークの安定性と回復力

InfiniBandネットワークは非常に安定していますが、長期運用中に何らかの障害が発生することは避けられません。NVIDIAは、IBスイッチに基づくSelf-Healing Networkingというメカニズムを提供し、リンク障害の回復時間を1ミリ秒に短縮できます。

負荷分散

負荷分散は、ネットワークの利用率を高めるために高性能データセンターで使用される手法の1つであり、複数の利用可能なポートにトラフィックを分散させるルーティング戦略として機能します。アダプティブ・ルーティングはこのような特性を発揮し、ネットワークの輻輳を緩和し、ネットワーク帯域幅の利用を最大化します。

ネットワークコンピューティング（SHARP）

IBスイッチは、SHARP（Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol）をサポートしています。SHARPは、従来CPUやGPUで実行されていた集合通信をスイッチにオフロードする集中管理ソフトウェアパッケージです。これにより、集合通信が最適化され、ノード間の複数のデータ転送がなくなり、アクセラレーテッドコンピューティングが向上します。

多様なネットワークトポロジ

InfiniBandネットワークは、Fat Tree、Torus、Dragonfly+、Hypercube、HyperXなどの多様なネットワーク・トポロジーをサポートしています。これらの多様なトポロジは、ネットワークの容易な拡張、TCOの削減、レイテンシの最小化、伝送距離の延長など、さまざまなニーズに対応します。

まとめ

まとめると、InfiniBand技術の進化は、データセンターとHPC環境に革命的な変化をもたらしました。圧倒的な帯域幅と低レイテンシーから、スケーラビリティとコスト効率に至るまで、InfiniBandは様々な面で明確な優位性を示しています。InfiniBandを選択することは、優れたパフォーマンスを求めている方、また経済効率と将来の成長を慎重に考慮している方にとって賢明な選択です。技術が成熟し進化し続ける中、InfiniBandはデータ転送業界におけるリーダーシップを維持する態勢を整えています。FS InfiniBandデバイスに関するご質問は、いつでも弊社までお問い合わせください。