InfiniBand مقابل Ethernet: المعركة بين Broadcom وNVIDIA للسيطرة على توسع الذكاء الاصطناعي

المعركة الأساسية في ربط الحوسبة عالية الأداء

من المتوقع أن تستعيد تقنية Ethernet مكانتها الرائدة في مراكز البيانات القابلة للتوسع، بينما تواصل تقنية InfiniBand الحفاظ على زخم قوي في قطاعي الحوسبة عالية الأداء (HPC) والتدريب على الذكاء الاصطناعي. وتتنافس شركتا Broadcom وNVIDIA بشراسة على ريادة السوق.

مع النمو الهائل في حجم نماذج الذكاء الاصطناعي، تحوّل توسع مراكز البيانات من هياكل التوسع الرأسي التقليدية (نظام واحد) إلى هياكل توسع أفقي ضخم يشمل عشرات الآلاف من العقد المترابطة. تهيمن حاليًا تقنيتان متنافستان على سوق الشبكات ذات التوسع الأفقي:

• بتقنية InfiniBand:تستخدم الشركة الرائدة في مجال الأداء منذ فترة طويلة، والتي تديرها شركة Mellanox التابعة لشركة NVIDIA، بروتوكول RDMA الأصلي لتوفير زمن انتقال منخفض للغاية (أقل من 2 ميكروثانية) وفقدان صفر للحزم.
• إيثرنت:تتمتع هذه التقنية بدعم قوي من شركة Broadcom وغيرها من الشركات، وهي تستفيد من نظام بيئي مفتوح وتكلفة أقل بكثير.

في يونيو 2025، شنّت تقنية الإيثرنت هجومًا مضادًا قويًا. أصدر اتحاد Ultra Ethernet (UEC) رسميًا مواصفات UEC 1.0، التي تُعيد بناء حزمة بروتوكولات الشبكة بالكامل، وتحقق أداءً يُضاهي أداء InfiniBand. بفضل مزاياها المتعددة، من المتوقع أن تُوسّع تقنية الإيثرنت حصتها السوقية تدريجيًا. يُعيد هذا التحول التكنولوجي تشكيل المشهد التنافسي لسوق التوسع الخارجي.

ساحات المعارك الرئيسية في التوسع: مزايا InfiniBand مقابل هجوم Ethernet المضاد

تدعم بنية InfiniBand الرئيسية القابلة للتوسع الوصول المباشر عن بُعد للذاكرة (RDMA) بشكل أصلي. ومبدأ عملها هو كما يلي:

• أثناء نقل البيانات، يرسل وحدة التحكم DMA البيانات إلى بطاقة واجهة شبكة قادرة على RDMA (RNIC).
• يقوم RNIC بتغليف البيانات وإرسالها مباشرة إلى RNIC المستقبل.
• نظرًا لأن هذه العملية تتجاوز وحدة المعالجة المركزية تمامًا - على عكس بروتوكول TCP/IP التقليدي - فإن InfiniBand يحقق زمن انتقال منخفضًا للغاية (<2 µs).

علاوة على ذلك، يستخدم InfiniBand التحكم في التدفق القائم على الائتمان (CBFC) في طبقة الارتباط، مما يضمن نقل البيانات فقط عندما يكون لدى المستقبل مساحة تخزين مؤقتة متاحة، وبالتالي ضمان عدم فقدان أي حزمة.

يتطلب RDMA الأصلي مفاتيح InfiniBand للعمل بشكل صحيح. لسنوات عديدة، هيمن قسم Mellanox التابع لشركة NVIDIA على هذه المفاتيح، مما أدى إلى نظام بيئي مغلق نسبيًا بتكاليف شراء وصيانة أعلى - حيث تبلغ تكاليف الأجهزة حوالي ثلاثة أضعاف تكلفة مفاتيح Ethernet المماثلة.

بفضل نظامها البيئي المفتوح، ومورديها العديدة، وخيارات النشر المرنة، وتكاليف الأجهزة المنخفضة، اكتسبت تقنية Ethernet تدريجيًا اعتمادًا واسع النطاق.

لجلب قدرات RDMA إلى Ethernet، قدمت InfiniBand Trade Association (IBTA) RDMA عبر Converged Ethernet (RoCE) في عام 2010:

• RoCE الإصدار 1:تم ببساطة إضافة رأس Ethernet في طبقة الارتباط، مما أدى إلى تقييد الاتصال بنفس شبكة فرعية من الطبقة 2 ومنع النقل عبر أجهزة التوجيه أو شبكات فرعية مختلفة.
• RoCE الإصدار 2 (صدر عام ٢٠١٤): تم استبدال رأس التوجيه العالمي InfiniBand (GRH) في الطبقة الثالثة برؤوس IP/UDP. يسمح هذا التغيير لمفاتيح وأجهزة التوجيه Ethernet القياسية بالتعرف على حزم RoCE وإعادة توجيهها، مما يتيح النقل عبر الشبكات الفرعية وأجهزة التوجيه، ويحسّن مرونة النشر بشكل كبير.

ومع ذلك، يظل زمن انتقال RoCE v2 أعلى قليلاً من زمن انتقال RDMA الأصلي (~5 µs) ويتطلب آليات إضافية مثل التحكم في تدفق الأولوية (PFC) وإشعار الازدحام الصريح (ECN) لتقليل مخاطر فقدان الحزم.

يسلط مخطط المقارنة في الوثيقة الأصلية الضوء على الاختلافات الرئيسية بين InfiniBand وتقنية RoCE المفتوحة:

• يستخدم InfiniBand مجموعة بروتوكولات مغلقة خاصة به بالكامل لتحقيق أقل زمن انتقال ممكن.
• يحاكي RoCE v1 بنية InfiniBand عبر Ethernet ولكنه يقتصر على نفس شبكة الطبقة 2.
• يستخدم RoCE v2 طبقة شبكة IP، ويدعم الاتصال بين الشبكات الفرعية، ويوفر أعلى مستوى من التوافق مع البنية الأساسية لمركز بيانات Ethernet الحالي.

يحتفظ InfiniBand بمزاياه المتأصلة في زمن الوصول المنخفض للغاية وانعدام فقدان الحزم، مما يجعله الخيار الأمثل في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الحالية. ومع ذلك، فإن ارتفاع تكاليف الأجهزة والصيانة، بالإضافة إلى خيارات الموردين المحدودة، يدفع نحو التحول التدريجي نحو البنى القائمة على الإيثرنت.

مدفوعةً بالطلب المتزايد على مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي واعتبارات التكلفة والنظام البيئي، دخلت NVIDIA سوق الإيثرنت بقوة. فبالإضافة إلى مفاتيح سلسلة InfiniBand Quantum الخاصة بها، تقدم NVIDIA الآن منتجات سلسلة Spectrum Ethernet.

في 2025:

• Quantum-X800: 800 جيجابت في الثانية/المنفذ × 144 منفذًا = 115.2 تيرابايت في الثانية إجمالاً
• Spectrum-X800: 800 جيجابت في الثانية/المنفذ × 64 منفذًا = 51.2 تيرابايت في الثانية إجمالاً
• ومن المتوقع أن يتم إطلاق إصدارات CPO (Co-Packaged Optics) من Quantum-X800 و Spectrum-X800 في النصف الثاني من عام 2025 والنصف الثاني من عام 2026 على التوالي.

على الرغم من أن أسعار مفاتيح Spectrum أعلى من أسعار مفاتيح Ethernet المنافسة، إلا أن قوة NVIDIA تكمن في التكامل العميق بين الأجهزة والبرامج (على سبيل المثال، مع وحدات معالجة البيانات BlueField-3 ومنصة DOCA 2.0) مما يتيح التوجيه التكيفي عالي الكفاءة.

سباق تكلفة ASIC للمفاتيح ونشر CPO: Ethernet في الصدارة، وInfiniBand يتبعه عن كثب

في مجال الإيثرنت، حافظت برودكوم باستمرار على ريادتها التقنية في مجال شرائح السيليكون لمفاتيح الإيثرنت. وتتبع سلسلة توماهوك مبدأ "مضاعفة إجمالي عرض النطاق الترددي كل عامين تقريبًا".

بحلول عام 2025، أطلقت شركة برودكوم شريحة توماهوك 6، وهي أعلى شريحة تبديل نطاق ترددي في العالم آنذاك، بسعة إجمالية تبلغ 102.4 تيرابت في الثانية، داعمةً 64 منفذًا بسرعة 1.6 تيرابت في الثانية. كما تدعم توماهوك 6 بروتوكول Ultra Ethernet Consortium (UEC) 1.0، مُطبّقةً تقنية رش الحزم متعددة المسارات، وإعادة محاولة طبقة الرابط (LLR)، والتحكم في التدفق القائم على الائتمان (CBFC)، مما يُقلّل من زمن الوصول ومخاطر فقدان الحزم.

كما تتصدر شركة Broadcom أيضًا تكنولوجيا Co-Packaged Optics (CPO):

• 2022: نسخة Tomahawk 4 Humboldt CPO
• 2024: توماهوك 5 بايلي
• 2025: توماهوك 6 دافيسون

مقارنةً بمعالج Tomahawk 6 من Broadcom بسرعة 102.4 تيرابت في الثانية، والذي أُطلق عام 2025، من المتوقع ألا تُصدر NVIDIA معالج Spectrum-X1600 بسرعة 102.4 تيرابت في الثانية حتى النصف الثاني من عام 2026، أي متأخرًا بعام تقريبًا. ومن المقرر أيضًا إصدار Spectrum-X Photonics CPO من NVIDIA بسرعة 102.4 تيرابت في الثانية في النصف الثاني من عام 2026.

ما وراء المنافسة بين Broadcom وNVIDIA:

• أطلقت مارفيل Teralynx 10 بسعة 51.2 تيرابايت في الثانية في عام 2023
• أطلقت شركة Cisco سلسلة Silicon One G200 بسعة 51.2 تيرابايت في الثانية في عام 2023 جنبًا إلى جنب مع نماذج أولية من CPO

الترابطات الكهربائية تصل إلى حدودها القصوى؛ التكامل البصري يصبح محور الاهتمام

تصل الوصلات الكهربائية التقليدية القائمة على النحاس إلى حدودها المادية. ومع ازدياد مسافات النقل، تُظهر وصلات الألياف الضوئية مزايا واضحة في سيناريوهات التوسع: فقد أقل، وعرض نطاق ترددي أعلى، ومقاومة أقوى للتداخل الكهرومغناطيسي، ومدى أطول.

تستخدم الحلول البصرية الحالية في المقام الأول أجهزة إرسال واستقبال قابلة للتوصيل، مما يحقق سرعة 200 جيجابت في الثانية في مسار واحد وإجمالي 1.6 تيرابايت في الثانية (8 × 200 جيجابت في الثانية).

مع ازدياد السرعات، يزداد استهلاك الطاقة وفقدان الإشارة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بشكل كبير. طُوِّرت فوتونيات السيليكون (SiPh) لمعالجة هذه المشكلات من خلال دمج مكونات صغيرة لجهاز الإرسال والاستقبال مباشرةً على السيليكون، لتكوين دوائر متكاملة فوتونية (PICs). تُدمج هذه المكونات بعد ذلك داخل الشريحة، مما يُقصِّر المسارات الكهربائية ويستبدلها بمسارات ضوئية - وهذا ما يُعرف بالبصريات المُدمجة (CPO).

يشتمل مفهوم CPO الأوسع على أشكال متعددة: البصريات الموجودة على متن الطائرة (OBO)، والبصريات المعبأة معًا (CPO)، والمدخلات/المخرجات البصرية (OIO).

تتجه عبوات المحرك البصري (OE) إلى الاقتراب أكثر فأكثر من ASIC الرئيسي:

• OBO: OE على PCB (نادرًا ما يتم استخدامه الآن)
• CPO ضيق: OE على الركيزة (التيار السائد) → الطاقة <0.5× قابلة للتوصيل (~5 بيكو جول/بت)، زمن الوصول <0.1× (~10 نانوثانية)
• OIO: OE على المتدخل (الاتجاه المستقبلي) → الطاقة <0.1× (<1 بيكوجول/بت)، الكمون <0.05× (~5 ns)

لا تزال فوتونات السيليكون (CPO) تواجه تحديات في الإدارة الحرارية والترابط والاقتران. ومع اقتراب الاتصالات البصرية من حدودها القصوى، ستحدد التطورات في فوتونات السيليكون (CPO) والفوتونيات السيليكونية المشهد التنافسي القادم.

تجمعات معسكر الإيثرنت: UEC تروج لمعيار UEC 1.0

كما ذُكر سابقًا، استحوذت تقنية InfiniBand على حصة كبيرة في مجال الذكاء الاصطناعي التوليدي في مرحلة مبكرة بفضل زمن انتقالها المنخفض للغاية. ومع ذلك، فإن شبكة Ethernet، وهي النظام البيئي السائد للشبكات عالية الأداء، ملتزمة أيضًا بتحقيق زمن انتقال مماثل.

تأسس اتحاد Ultra Ethernet (UEC) في أغسطس 2023، وكان من بين أعضائه الأساسيين AMD وArista وBroadcom وCisco وEviden وHPE وIntel وMeta وMicrosoft. وعلى عكس نظام InfiniBand الذي تُهيمن عليه NVIDIA، يُركز اتحاد UEC على المعايير المفتوحة وقابلية التشغيل البيني لتجنب الاحتكار من قِبل مُورّد واحد.

في يونيو 2025، أصدرت UEC إصدار UEC 1.0 - وهو ليس مجرد تحسين لـ RoCE v2، بل إعادة بناء كاملة لكل طبقة (البرمجيات، والنقل، والشبكة، والرابط، والطبقة المادية).

تتضمن تحسينات تقليل زمن الوصول الرئيسية طبقة فرعية لتسليم الحزمة (PDS) في طبقة النقل، والتي تتميز بما يلي:

• نقل متعدد المسارات عبر مسارات متعددة (مسارات/مسارات) متساوية التكلفة والسرعة
• تستخدم بطاقات الشبكة (NICs) الإنتروبيا لرش الحزم عبر جميع المسارات للحصول على أقصى عرض نطاق ترددي

يتيح هذا الهيكل متعدد الطبقات استرداد الشبكة بسرعة فائقة والتوجيه التكيفي القريب من InfiniBand.

لتقليل فقدان الحزم، يقدم UEC 1.0 آليتين رئيسيتين:

• إعادة المحاولة الاختيارية لطبقة الارتباط (LLR): طلب إعادة إرسال محلي سريع عند فقدان الحزمة، مما يقلل الاعتماد على PFC
• التحكم الاختياري في التدفق القائم على الائتمان (CBFC): يجب على المرسل الحصول على ائتمانات من المستقبل قبل الإرسال، مما يحقق سلوكًا حقيقيًا بدون خسارة مطابقًا لـ InfiniBand CBFC

التنمية واسعة النطاق في الصين: تنسيق المعايير الدولية مع الابتكار المستقل

تتطور بنية البنية التحتية للذكاء الاصطناعي في الصين، القابلة للتوسع، وفقًا لمبدأي الاستقلالية والتوافق الدولي. وبينما تلتزم الشركات المحلية الكبرى بمعايير الإيثرنت العالمية، تستثمر بكثافة في بنى محلية، لتشكل تدريجيًا أنظمة صينية قابلة للتوسع بامتياز.

انضمت شركات علي بابا، وبايدو، وهواوي، وتينسنت، وغيرها الكثير إلى UEC للمشاركة في تطوير المعيار. وفي الوقت نفسه، تعمل هذه الشركات بشكل مستقل على تطوير أنسجة قابلة للتوسع، تتميز بانخفاض زمن الوصول وانعدام فقدان الحزم، مما يُمثل معيارًا مباشرًا لـ InfiniBand.

العمارة الأصلية البارزة:

• China Mobile – GSE (شبكة إيثرنت للجدولة العامة)تم إطلاقه قبل مؤتمر UEC في مايو 2023. يُحسّن GSE 1.0 معدل استهلاك الموارد (RoCE) الحالي من خلال موازنة الحمل على مستوى المنفذ والوعي بازدحام نقاط النهاية. GSE 2.0 هو إعادة بناء كاملة لحزمة البروتوكول مع رش متعدد المسارات والتحكم في تدفق DGSQ.
• علي بابا كلاود – شبكة عالية الأداء (HPN)يعتمد HPN 7.0 تصميم "الارتباط الصاعد المزدوج + المسارات المتعددة + المستوى المزدوج". سيضم الجيل التالي من HPN 8.0 شرائح تبديل مدمجة بالكامل بسرعة 102.4 تيرابايت في الثانية و800 جيجابايت.
• هواوي - ربط UB-Mesh:تم نشره على منصات Ascend NPU باستخدام طوبولوجيا الشبكة الكاملة متعددة الأبعاد nD، مما يدعم التوسع والتوسع الحقيقي في أبعاد 3D+.

وبمشاركة من شركة ZTE وAccelink وغيرهما، تعمل الصين بسرعة على بناء وحدة بصرية محلية كاملة وسلسلة توريد فوتونيات السيليكون.

مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي من الجيل التالي: التحول التكنولوجي والفرص

لسنوات عديدة، هيمنت تقنية InfiniBand من NVIDIA على أسواق توسيع نطاق الذكاء الاصطناعي بزمن وصول أقل من 2 ميكروثانية وخسارة صفرية في الحزم. ومع ذلك، مع إصدار UEC 1.0 في يونيو 2025، تعمل تقنية Ethernet على سد الفجوة بسرعة في زمن الوصول والموثوقية، مع استعادة قدرتها التنافسية. وتواصل Broadcom دورة مضاعفة عرض النطاق الترددي التي استمرت عامين، مواصلةً تطوير أداء أجهزة Ethernet بلا هوادة.

مع وصول المعدلات إلى 1.6 تيرابت في الثانية فأكثر، تُصبح طاقة البصريات القابلة للتوصيل وزمن وصولها عوائق، مما يجعل تقنية CPO هي التقنية السائدة مستقبلًا. تتولى شركة Broadcom قيادة نشر تقنية CPO منذ عام 2022؛ وتخطط NVIDIA لإطلاق تقنية InfiniBand CPO في النصف الثاني من عام 2025.

مع نضوج شبكات Ethernet وCPO، تنتقل شبكات مراكز البيانات AI بشكل كامل إلى الترابطات الضوئية عالية السرعة، مما يخلق فرصًا هائلة لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية وسلاسل التوريد الأولية (رقائق السيليكون الفوتونية، والليزر، ووحدات الألياف).

في مجال التوسع:

• ومن المتوقع أن تستمر شركة NVIDIA في قيادة قطاع InfiniBand التقليدي.
• من المتوقع أن تحافظ شركة Broadcom على حصتها المهيمنة في Ethernet من خلال ASICs ذات النطاق الترددي العالي المتفوقة، وقيادة CPO، وتنفيذ UEC.

في أغسطس 2025، كشفت كل من NVIDIA وBroadcom عن مفاهيم "Scale-Across" لتوسيع الاتصال عبر مراكز بيانات متعددة - النموذج التالي في الشبكات عالية الأداء.