Compreendendo o cabo Infiniband: soluções de conectividade de alto desempenho

Ambientes de computação de alto desempenho aproveitam os cabos Infiniband, pois eles fornecem altas taxas de dados e um alto nível de disponibilidade, o que é vital para as cargas de trabalho atuais. Eles são projetados para fácil conexão e têm um propósito importante em quase todos os campos, de sistemas de armazenamento de dados a unidades de pesquisa sofisticadas. Este artigo busca examinar a tecnologia Infiniband em termos de arquitetura, os benefícios de seu emprego e como ela supera a tecnologia convencional em termos de conectividade. Investigando as especificidades do Infiniband os cabos ajudarão a entender como eles contribuem para o aumento de dados comunicação e a força das redes, que são algumas das características críticas de mudança da tecnologia.

O que é Infiniband e como ele se compara a outros tipos de cabo?

Infiniband se refere a um protocolo de rede de computadores de alta velocidade que é mais comumente utilizado em ambientes de sistemas embarcados que exigem baixa latência e alta largura de banda; isso inclui supercomputação e configurações empresariais. Comparado a outros tipos de cabo como Ethernet, o Infiniband oferece desempenho superior com taxas de dados variando de 10 a 400 Gbps. Ele também pode executar operações de acesso direto à memória (DMA), que ajudam a diminuir a carga de trabalho da unidade central de processamento (CPU), tornando-o mais eficaz do que seus equivalentes. Embora muitas pessoas tendam a usar a ethernet tradicional devido à sua adaptabilidade e natureza econômica, pode-se dizer que o Infiniband funciona melhor em cenários mais específicos quando há uma necessidade extrema de desempenho e estabilidade de alto nível.

Definindo Infiniband: Uma solução de cabo de alto desempenho

Devido às grandes larguras de banda que pode fornecer combinadas com sua latência ultrabaixa, o Infiniband é considerado uma solução de alto desempenho adequada para aplicações intensivas em dados, incluindo a tecnologia 4x Infiniband. Este padrão de interconexão é feito sob medida para os requisitos de ambientes de rede de computação complexos, fornecendo a escala e a força necessárias para o rendimento máximo. Ele opera com o protocolo Remote Direct Memory Access que permite pular os processos da CPU, reduzindo a latência e aumentando transferência de dados. Esses atributos colocam o Infiniband à frente em casos onde as métricas de desempenho e a confiabilidade dos dados são cruciais, tornando-o ainda mais vantajoso do que os cabos convencionais em algumas aplicações selecionadas.

Comparando Infiniband com Ethernet Cabos

Bosco e seu predecessor Infiniband são considerados uma arquitetura de interconexão ideal para computação de alto desempenho, embora tenha sido desenvolvido inicialmente como uma solução de interconexão para um data center. Este sistema em breve virá com grandes modificações, permitindo maiores larguras de banda e integração mais fácil com outros sistemas de rede. Na minha opinião, Infiniband representa uma melhoria em relação à Ethernet devido à capacidade de maiores taxas de transferência de dados e transmissão. A escala de largura de banda de até 400 Gbps é uma capacidade severa para mover muitos dados de um local para outro com velocidade e confiabilidade. Além disso, Infiniband inclui RDMA, que significa Remote Direct Memory Access, que permite a cópia direta de regiões de memória da memória de um computador para outro. Isso leva a atrasos mínimos e elimina a necessidade de uma CPU para executar esta ação. Portanto, o uso de Infiniband se torna obrigatório para aqueles aplicativos HEC que precisam de baixa latência. A perspectiva de custo certamente favorece o uso de Ethernet em aplicativos mais amplos, pois é assumido como mais barato e economicamente viável. No entanto, o desempenho das interconexões Infiniband é excelente para máquinas microcêntricas especialmente projetadas e, portanto, é uma opção ideal para máquinas que exigem alto desempenho por custo unitário.

Explorando Diferentes Tipos de cabos em Redes Infiniband

No que diz respeito às redes Infiniband, diferentes tipos de cabos atendem a diferentes requisitos relacionados a desempenho e distância. Os mais comuns são os cabos de cobre, que são economicamente razoáveis ​​e possuem qualidade de sinal adequada dentro dos data centers, mas apenas em distâncias curtas. Em distâncias maiores, o uso de cabos de fibra óptica se torna crucial, permitindo que distâncias maiores sejam cobertas e maiores capacidades de largura de banda sem problemas de atenuação de sinal comuns à fiação de cobre. Além disso, os cabos ópticos operam em taxas de dados mais excelentes, que são particularmente úteis em campos de alta computação, onde velocidade e integridade de dados são essenciais. A topologia de rede específica, a estrutura de desempenho de custo pretendida e a distância de implantação geralmente determinam a escolha entre cabos de cobre e ópticos.

Como você seleciona o Cabo Infiniband adequado para as suas necessidades?

Fatores a considerar ao escolher um Infiniband Cabos

Ao comprar um cabo Infiniband, vários aspectos precisam ser observados para melhorar o desempenho e garantir que os requisitos do sistema sejam atendidos. O primeiro fator é a distância e os requisitos de implantação: cabos de cobre são preferíveis para distâncias mais curtas de custo e facilidade de implantação. Em comparação, cabos ópticos são preferidos para distâncias maiores devido à sua alta tolerância e baixa dissipação de sinal. O próximo aspecto é a capacidade das soluções 4x Infiniband de melhorar a eficiência geral da rede. Isso inclui a taxa de dados necessária, pois varia de acordo com o tipo de cabo usado, por exemplo, cabos ópticos têm mais aderência quando se trata de transferência de dados e, portanto, são melhores para ambientes mais exigentes. Lembre-se dos outros recursos porque o dinheiro, por exemplo, muda bastante ao comparar cabos de cobre e ópticos e pode afetar a escolha feita em relação aos recursos disponíveis. A opção de usar cabos ópticos ativos QSFP28 com este equipamento também deve ser feita para permitir uma integração suave nas estruturas de telecomunicações atuais.

Compreensão HDR de banda infinita e NDR Opções

Opções como a tecnologia Infiniband High Data Rate (HDR) e Next Data Rate Infiniband, que foi recentemente introduzida nas indústrias, têm visto avanços no atendimento aos atuais requisitos de transferência de dados. Infiniband HDR, ou alta taxa de dados, entra em vigor no final de 2019 e envolve essencialmente uma taxa de transferência de dados de 200 Gb/s por link único, aumentando significativamente a capacidade de conduzir tarefas complexas com uso intensivo de dados ou aumentando 4x os aplicativos de alto desempenho Infiniband. O padrão usa melhores estratégias de sinalização do que suas versões anteriores e, portanto, melhora a latência e a taxa de transferência, que são cruciais, especialmente no gerenciamento de data center e supercomputação. O próximo passo, ou melhor, o próximo do NDR Infiniband, é 400 GB por segundo, e é usado para a interconexão de tarefas computacionais mais complexas sob seu aumento na taxa de transferência de dados por link único. Os critérios para escolher HDR ou NDR devem ser baseados nos recursos de desempenho necessários, fatores de orçamento e nível de integração de infraestrutura, pois ambas as tecnologias permitem melhorias significativas em relação às gerações anteriores.

Correspondente Taxa de dados e Computação Requisitos

O passo principal na estimativa da taxa de dados e dos requisitos do computador é determinar a tarefa de transferência de dados pretendida do aplicativo ou do ambiente de rede alvo. Fontes de informação esclarecem que, primeiro, os objetivos definidos para o desempenho de todo o sistema devem ser colocados em perspectiva para que a taxa de dados necessária para o aplicativo seja econômica em relação ao número e à capacidade dos computadores envolvidos. Verifique quanta carga os componentes instalados podem suportar e, em particular, as especificações das placas de rede e das interfaces. Além disso, tente estimar as necessidades futuras de dados para evitar dependência excessiva de sistemas desatualizados. Depois de analisar o que está disponível e o que é necessário, os usuários podem escolher o Infiniband mais conveniente para eles – HDR ou NDR, que maximizará a eficiência com as soluções técnicas existentes e dentro das alocações orçamentárias.

Quais são as aplicações de banda infinita in Computação de alto desempenho?

O papel do Infiniband em Centros de dados

Como especialista na área, aprovo o uso do Infiniband em data centers por causa de sua alta largura de banda e baixa latência, que parecem valiosas na execução de funções de processamento e armazenamento de dados. Integrar tecnologias de rede de alta velocidade específicas em um ambiente de data center, seja um Infiniband ou qualquer outro, fornece condições ideais para operações complexas e análises em tempo real sem atrasos. Além de seu design arquitetônico, esses fatores aumentam especificamente a eficiência do Infiniband em lidar com ambientes de computação virtualizados e distribuídos em larga escala. Essa tecnologia é ainda mais aprimorada por seu desenvolvimento mais recente de trabalho com redes de alto desempenho, o que facilita sua adoção em estruturas de data center existentes, aumentando assim a utilização de recursos e reduzindo o congestionamento nas operações.

Aproveitando o Infiniband para Inteligência artificial Cargas de trabalho

Eu aprecio como o alto rendimento e a baixa latência do Infiniband contribuem para a aceleração do treinamento do modelo de inteligência artificial, bem como a inferência. Fontes importantes indicam que o Infiniband permite uma comunicação rápida entre componentes de IA distribuídos. Acredito que há uma razão plausível em relação aos enormes dados volumétricos e algoritmos de IA altamente equipados necessários para estruturas de IA. Ele ostenta o recurso que permite expandir rapidamente as atividades de computação em paralelo, bem como reduzir o tempo necessário para o treinamento do modelo de IA e, dessa forma, reduzir o tempo para o desenvolvimento da IA. Além disso, o rápido aprimoramento do desempenho e a fácil configuração do consumo do Infiniband juntamente com os sistemas de IA existentes são melhorias notáveis ​​da IA.

Contribuição da Infiniband para HPC avançado sistemas

Ao analisar o Infiniband e seu papel no desenvolvimento de sistemas avançados de computação de alto desempenho (HPC), notei que características como a maior largura de banda e latência reduzida são fatores-chave na utilização de aplicativos HPC. O impacto do Infiniband na comunicação de dados aumenta a taxa de transferência em todos os principais recursos. Ele permite que as simulações mais complicadas e outras computações massivas necessárias em pesquisas científicas e atividades de engenharia sejam realizadas com eficiência. Notavelmente, sua capacidade para arquiteturas de processamento de dados escaláveis ​​e paralelas torna o Infiniband essencial ao melhorar o potencial dos sistemas HPC, mantendo a estrutura de desempenho intacta. A introdução desta tecnologia elimina incertezas no desempenho dentro do contexto de estruturas existentes para computação de alto desempenho, o que resulta em comunicação contínua e alta largura de banda entre nós de computação.

Como os Óptica Ativa e Cabo de cobre As tecnologias diferem no Infiniband?

Compreensão Cabo Ótico Ativo (AOC) em redes Infiniband

Ficou evidente que os AOCs, embora AOC não seja amplamente usado em redes Infiniband, o papel que compartilho com AOC mostra que AOCs em AOC oferecem alguns benefícios e incluem os plugues SFF conectados a eles. Na maioria dos principais resultados de pesquisa, os centros de montagem de cabos adaptadores AOC e os cabos ópticos ativos AOC também são usados. Tais atributos tornam os AOCs especialmente ideais para grandes bancos de dados e HPCs onde a integridade do sinal é crítica em grandes distâncias. Concluindo, a expansão dos AOCs e sua capacidade de fornecer canais de comunicação de alta velocidade em longas distâncias os torna adequados para implantações de rede avançadas na arquitetura Infiniband.

Explorando Cobre de conexão direta e Cobre Ativo Soluções

Ao pesquisar soluções de Direct Attach Copper (DAC) e Active Copper em redes InfiniBand, encontrei alguns insights interessantes nos principais resultados da pesquisa, especialmente postulando as vantagens de usar o QSFP56 Cabo óptico ativo InfiniBand HDR. Graças ao seu custo e eficiência energética, os cabos DAC são muito adequados para links Infiniband de baixa latência, tornando-os ideais para aplicações de curto alcance. Eles fornecem grande velocidade na transferência de dados com pouca latência e são muito fáceis de implantar, já que nenhuma energia extra é necessária para processamento de sinal incorporado. Por outro lado, os cabos de cobre ativos têm melhor desempenho em um alcance médio ao incorporar eletrônicos ativos para aumentar e equilibrar sinais, reduzindo assim a perda de energia. Independentemente de seus méritos e especialização distintos, ambos os componentes têm um papel a desempenhar nas redes Infiniband, apenas os cabos DAC ou Active Copper devem ser usados, o que atender às especificações de desempenho e às restrições de topologia de data center ou computação de alto desempenho.

As vantagens de Fibra Ativa em Transmissão de Dados

Pelo meu entendimento dos usos da fibra ativa na transmissão de dados, acredito que esses cabos têm capacidades impressionantes, e seu desempenho na transferência de dados excede o das soluções tradicionais de cobre, conforme divulgado por várias fontes confiáveis. A outra vantagem da fibra ativa é sua capacidade de resistir à interferência eletromagnética, o que melhora a qualidade e a confiabilidade dos sinais em longas distâncias, o que é crítico nos data centers e redes de comunicação de hoje. Seu peso leve e flexibilidade tornam a instalação e o gerenciamento menos tediosos do que o caso com os cabos de cobre maiores. Para concluir, a fibra ativa é uma alternativa melhor em áreas onde são necessárias alta taxa de transferência de dados e transmissão segura de longo alcance.

Como funciona NVIDIA e Mellanox Melhorar as soluções Infiniband?

Integração NVIDIA Tecnologias com Infiniband

O uso das tecnologias NVIDIA e Infiniband abre grandes melhorias em cargas de trabalho de computação de alto desempenho (HPC) e inteligência artificial (IA). Utilizar as GPUS mais recentes da NVIDIA, juntamente com as soluções avançadas Infiniband da Mellanox, permite a movimentação de dados com latência quase zero, o que facilita a maximização dos processos computacionais. A combinação do processamento paralelo da NVIDIA com a rede de alta velocidade da Infiniband permite a construção de data centers que são eficientes e escaláveis ​​e podem ser construídos rapidamente em resposta a requisitos de computação complicados. Essa incorporação aumenta a eficiência em tarefas intensivas em dados, abrindo espaço para conquistas novas e inovadoras.

O impacto de Mellanox Inovações no desempenho do Infiniband

A Mellanox tem melhorado consistentemente a tecnologia Infiniband graças às suas entradas inovadoras, que aumentam o desempenho e as capacidades daqueles que competem no mercado de soluções de rede de alta velocidade. Esses desenvolvimentos incluíram a invenção de algoritmos para roteamento adaptativo que direcionam o tráfego ao longo dos caminhos ideais, aumentando assim a eficiência do rendimento do sistema. Além disso, a Mellanox desenvolveu técnicas avançadas de offloading, como colocar tarefas de processamento de rede no nível de hardware para que a CPU compartilhe mais da carga de trabalho. Os mecanismos de QoS aprimorados permitem que os data centers de computadores operem em níveis mais altos, facilitando taxas de transmissão garantidas. No geral, essas conquistas da Mellanox melhoram significativamente o desempenho das redes Infiniband para todas as tarefas compatíveis com Infiniband. Essas tarefas são provas de poder de computação de ponta.

Tendências futuras em Infiniband com NVIDIA e Mellanox

A NVIDIA e a Mellanox continuarão integrando o Infiniband, pois trabalharam incansavelmente para preencher a lacuna que havia nos aplicativos HPC e IA, bem como o fato de que as cargas de trabalho de IA estão aumentando. A NVIDIA e a Mellanox sabem como aumentar a sinergia, visando assim a meta de alcançar maior incompressibilidade e escalabilidade. Além disso, há uma tendência empolgante de integrar o aprendizado de máquina em tais sistemas de forma controlada e dinâmica para melhorar os problemas de resistência e fornecer um sistema mais acessível e robusto para os dados viajarem com o mínimo de congestionamento. Esses desenvolvimentos serão a base de tudo relacionado à computação nas gerações futuras, especialmente com o Infiniband EDR e HDR.

Fontes de Referência

InfiniBand

Cabo de fibra ótica

Datacenter

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: O que é Infiniband NDR e quais recursos o diferenciam de outros padrões Infiniband? 

R: O NDR aumenta a largura de banda e reduz a latência, pois a última geração na categoria do padrão Infiniband se distingue de seus predecessores. Ele permite que os dados sejam transferidos com uma velocidade muito alta de cerca de quatrocentos Gbps por porta, eliminando a concorrência EDR e HDR. Seus conectores especialmente desenvolvidos são conhecidos como QSFP56 e são adequados para requisitos extremos quando se trata de eficiência e velocidade em redes de computação de desempenho. 

P: Por que utilizar cabos de cobre ativos em redes Infiniband? 

R: Como exemplos, cabos de cobre ativos e mega cobre elétrico serão ótimos controladores de rede com QSFP28 para QSFP28 em redes Infinibus. Eles podem ser mais baratos, ao mesmo tempo em que atendem a requisitos de alta largura de banda e baixa latência em relação aos cabos de fibra óptica. Esses cabos são ideais para distâncias não superiores a sete metros, enquanto o consumo de energia é menor do que os transceptores ópticos. Os cabos de cobre ativos funcionam bem com vários padrões Infiniband, que incluem EDR, HDR e NDR, permitindo suas operações significativas em várias redes.

P: O que devo saber sobre um cabo divisor e em quais cenários ele se aplica às redes Infiniband? 

A: Um cabo disjuntor, também conhecido como cabo de fuga, é empregado para dividir uma única porta de alta velocidade em várias portas de velocidade mais baixa. No caso de redes Infiniband, é bastante normal ver um cabo divisor conectando uma porta QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) com portas SFP (Small Form-factor Pluggable); o cabeamento QSF56 para QSFP56 será inclusivo. Isso significa que os rolamentos são mais facilmente organizados ao redor da rede, o que pode auxiliar no melhor uso da largura de banda em sistemas de computação de alto desempenho. 

P: Como os conectores QSFP56 diferem dos conectores QSFP28 dentro da família de cabos Infiniband? 

R: Tanto os conectores QSFP56 quanto os QSFP28 pertencem ao tipo de conectores conhecidos como conectores Quad Small Form-factor Pluggable e são encaixados em cabos Infiniband. O principal fator que define suas características são as taxas de dados. No caso do QSFP56, velocidades que variam de 200 Gbps (HDR) ou 400 Gbps (NDR) são suportadas, enquanto o caso do QSFP28 é muito menor, com um máximo de 100 Gbps (EDR). Assim, o QSFP56 é incorporado no tipo mais recente de redes Infiniband de alto desempenho, enquanto mais frequentemente, o Infiniband EDR tem o QSFP28.

P: Você pode explicar precisamente o que são os cabos Infiniband AOC e como eles diferem de outros tipos de cabos?

R: Os cabos AOC (Active Optical Cable) da Infiniband são semelhantes aos AOC da Infiniband, mas agora têm tecnologia de fibra óptica ativa em sua transmissão. Eles podem ser considerados AOCs sofisticados, pois vêm com transceptores ópticos integrados em cada extremidade sem necessitar de outros transceptores. Além disso, eles têm um menor requisito de energia, ainda menos latência e mais alcance em comparação aos fios de cobre. Por exemplo, os cabos ópticos ativos HDR da Infiniband podem transmitir dados a taxas de 200 Gbps em comprimentos de 100 metros ou menos.

P: Quais são os tipos de conectores associados aos cabos Infiniband?

R: Os tipos de conectores mais comuns usados ​​em cabos Infiniband são variantes QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable). Elas incluem QSFP28 para EDR (100 Gbps), QSFP56 para HDR (200 Gbps) e NDR (400 Gbps). Conectores SFP (Small Form-factor Pluggable) também são comumente usados ​​em redes que utilizam cabos divisores. Diferentes conectores com diferentes taxas de transferência de dados de rede são especificados para os vários padrões Infiniband.

P: Qual é o papel dos cabos Infiniband na rede HPC?

R: Sua capacidade de transferir dados em taxas excessivamente altas com latências muito baixas torna os cabos Infiniband componentes benéficos em redes de computação de alto desempenho. Tais componentes facilitam a transferência rápida de dados entre servidores, sistemas de armazenamento e outros hardwares de rede, o que é crítico em relação a simulações científicas, análises de big data e inteligência artificial, entre muitas outras aplicações. O cabo Infiniband, cobre ou fibra óptica é capaz de fornecer um nível desejado de largura de banda adequado para um ambiente de computação onde ocorre fluxo intensivo de dados, especialmente em supercomputadores que incorporam tecnologia de taxa de dados dupla.