Desbloqueo del poder de Infiniband: un análisis profundo de los cables de cobre y las soluciones de conexión directa

En las últimas décadas, las tecnologías de transmisión y flujo de datos eficientes han madurado, y Infiniband se destaca como un medio eficaz. Esta evolución permite que proliferen los rendimientos de gran ancho de banda y baja latencia de apertura. Infiniband facilita la interconexión de procesadores y dispositivos de E/S en un entorno en el que las comunicaciones de datos de alta velocidad son vitales. Este blog aborda el tema Cable de cobre y aspectos de aplicación de conexión directa del uso de Infiniband. Intentaremos encontrar formas de optimizar estos componentes para su uso en las "infraestructuras informáticas" actuales, que siempre fueron agresivas. De manera minuciosa y detallada, explicamos el funcionamiento de Infiniband sobre par trenzado de cobre, sus beneficios y los factores económicos e industriales que se deben considerar antes de lanzarse a implementarlo. En general, este documento ofrece una comprensión completa del uso y el aprovechamiento del cableado Infiniband, considerando otros estándares de la industria y las mejores prácticas de actualidad para que, al final, el lector esté lo suficientemente equipado para aplicar esta tecnología en su trabajo, lo que se traduce en un mejor rendimiento.

¿Qué es Infiniband y cómo funciona?

La tecnología Infiniband se destaca por su papel expectante en tasas de transferencia de datos Orientada a una baja latencia y un alto ancho de banda a pesar de conectar solo dos dispositivos. Se emplea comúnmente en sistemas informáticos y arquitecturas de soluciones empresariales que experimentan cargas de trabajo exigentes. Para lograr esta capacidad, la tecnología utiliza una red de enrutadores conectados con la ayuda de cables y fibras ópticas. Mueve paquetes de datos entre muchos canales, reservando eficientemente el ancho de banda y disminuyendo el tiempo empleado en la comunicación a través de RDMA moviendo datos. Esto permite que los datos se muevan entre las memorias del sistema en lugar de pasar por la CPU, lo que preserva el rendimiento del sistema y reduce los límites en configuraciones de cómputo como DDR.

Comprender los conceptos básicos de la tecnología Infiniband

Para comprender la tecnología Infiniband en su contexto completo, es apropiado mencionar sus elementos esenciales y conceptos de diseño. Como tecnología, Infiniband fue diseñada con una arquitectura en capas, que incluye capas físicas, de enlace y de red y, en consecuencia, permite una fácil transmisión de información a lo largo de la infraestructura. Las capas físicas consisten en cables blindados de alta capacidad, ya sea de agua o fibra óptica, que transmiten una señal de datos. La capa de enlace maneja el control de flujo y la detección/corrección de errores. En contraste, la capa de red es responsable de entregar los paquetes de datos a los destinos finales, asegurando que la gestión de los cables twinax de cobre conectados directamente funcione sin problemas. Entre los factores de Infiniband se encuentra la característica RDMA que permite transferir datos directamente de una ubicación de memoria a otra pero en un nodo diferente sin pasar por la CPU, lo que significa menos latencia. Infiniband es un tipo de intercomunicación, un medio adecuado para centros de datos y entornos de clústeres de computación de alta expansión, que requieren una rápida recuperación y transferencia de datos.

¿Cómo se compara Infiniband con Ethernet?

Infiniband y Ethernet son tecnologías de transmisión de datos populares, pero satisfacen requisitos y estándares distintos. Infiniband es excepcional debido a su alto rendimiento y baja latencia, lo que lo hace adecuado para la informática de alto rendimiento (HPC) y los centros de datos que se centran en el procesamiento de datos de alta velocidad. Puede funcionar a 100 Gbps y múltiplos de esa velocidad. Tiene la función RDMA, que permite la transferencia de datos sin sobrecargar la CPU.

Por el contrario, Ethernet, al estar más disponible y ser más barata, domina el despliegue de redes generales. Si bien Ethernet ha aumentado su velocidad a lo largo de los años, con los últimos avances llegando a los 400 Gbps, se queda atrás de la latencia que ofrece Infiniband. El desarrollo actual de Ethernet RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) persigue este objetivo, pero Infiniband es la opción preferida en áreas donde cada microsegundo es crítico. Por lo tanto, los requisitos de rendimiento de la infraestructura de red y las consideraciones de costo parecen determinar la elección entre los dos tipos de redes.

Explorando el papel del cable Infiniband en la transferencia de datos a alta velocidad

El sistema Infiniband proporciona una interconexión de alta velocidad entre los nodos informáticos de la infraestructura de red, lo que se puede lograr utilizando Cables infinibandaUn cable Infiniband puede soportar una arquitectura de transferencia de datos alta, por la que la tecnología Infiniband es reconocida por su ancho de banda requerido y baja latencia de comunicaciones. Estos cables soportan sistemas Infiniband de paquetes al propagar la transmisión de paquetes para los nodos y viceversa. Reducen significativamente la sobrecarga, que de otro modo habría sido causada por los enfoques de red estándar debido a su característica RDMA (Acceso directo a memoria remota). Con esta capacidad, las aplicaciones pueden acceder directamente a la memoria remota sin pasar por la CPU. Esto contribuye en gran medida a aumentar la eficiencia de la recuperación de datos en un clúster. En el contexto del sistema HPC, donde el rendimiento es primordial, la selección de cables Infiniband, como el twinax de cobre de conexión directa pasiva de 30 AWG, optimiza todos los beneficios de la implementación de la tecnología dentro de los centros de datos y los clústeres HPC.

¿Por qué elegir conexión directa de cobre para su red?

Beneficios de utilizar cables de cobre de conexión directa

Los cables de cobre de conexión directa (DAC) son cada vez más populares debido a su bajo costo y rendimiento en entornos de centros de datos. En primer lugar, estos cables son más eficientes energéticamente y tienen una latencia de milisegundos más baja que las alternativas ópticas, lo que los hace adecuados para la interconexión en rack donde la velocidad y el consumo de energía son críticos. En segundo lugar, los cables DAC son más confiables y duran más, ya que están hechos de materiales más resistentes al desgaste por enchufarlos y desenchufarlos con frecuencia, lo que aumenta el ciclo de vida. En tercer lugar, la implementación es rentable, ya que no necesita transceptores adicionales, por lo que la instalación es más sencilla, especialmente cuando se utilizan cables twinax de cobre de conexión directa pasivos. Estas características hacen que los cables DAC sean una solución razonable y adecuada para redes densamente pobladas y entornos HPC.

Comparación de conexión directa de cobre y conexión óptica activa

A medida que comenzamos a analizar los cables de cobre de conexión directa (DAC) y los cables ópticos activos (AOC), se revelan algunas diferencias clave que permiten que una persona elija entre uno u otro, según el requisito de red. Si consideramos una versión de 30 AWG adecuada para conexiones que a menudo se encuentran dentro o entre los bastidores de un centro de datos, los cables DAC generalmente se han adaptado a conexiones de corto alcance y han sido más confiables y razonablemente económicos, a la vez que consumen menos energía. Debido a su construcción robusta, que resiste la fuerza de las conexiones y desconexiones frecuentes, la latencia resultante es significativamente baja y la conectividad es altamente confiable.

Por otro lado, mientras que el cableado DAC proporciona un buen ancho de banda, el cableado AOC tiene la ventaja de poder conectarse a mayores distancias y, por lo tanto, suele ser necesario junto con los DAC cuando se pretende comunicarse a largas distancias. Debido a esta preocupación o falta de áreas de preocupación, uno encontraría que AOC es más fácil de usar y menos pesado, lo que beneficia el uso activo de AOC. Esto plantea un problema de asequibilidad, ya que son caros en comparación con AOC, considerando que requieren componentes adicionales como transceptores. Cada solución dentro de las dos opciones tiene restricciones: distancia, diseño de instalación, complejidad, consumo de energía y presupuesto.

Cómo elegir el cable de cobre de conexión directa adecuado para sus necesidades

La selección del cable de cobre de conexión directa (DAC) adecuado para su servicio está determinada por las particularidades de su red. En primer lugar, es esencial decidir la velocidad de datos que requiere la aplicación; los cables DAC están disponibles para su compra con velocidades de datos que van desde 1 Gbps hasta 400 Gbps. A continuación, proceda a evaluar la distancia entre los extremos del conector. Debido a que los cables DAC están optimizados para conexiones de corto alcance (normalmente menos de 10 m), se utilizan preferentemente en aplicaciones dentro de un rack. Además, es necesario mantener la compatibilidad con el hardware que ya se utiliza para obtener los mejores resultados. Las áreas económicamente sensibles que también buscan un bajo consumo de energía encontrarán que los cables DAC son superiores a los cables ópticos. Por último, tenga en cuenta su entorno y la frecuencia con la que se enchufan y desenchufan los cables, ya que los cables DAC pueden soportar una gran cantidad de desgaste. Esto significa que los cables durarán más y serán más fiables en situaciones de red en constante cambio.

¿Cómo seleccionar el cable de cobre adecuado para EDR de ancho de banda infinito?

Características clave que se deben buscar en un conjunto de cables de cobre

Se deben examinar varias características clave para un conjunto de cables de cobre diseñado para cumplir con el ancho de banda estándar EDR (velocidad de datos mejorada). En primer lugar, se debe revisar el ancho de banda en cuestión para determinar si puede facilitar la comunicación segura de datos de gran volumen además de una baja latencia. Además, se deben investigar los avances en los materiales y la construcción de los conductores que deberían mejorar el blindaje EMI o mejorar el aprovechamiento de la malla. La integración con estos protocolos para la conectividad es un requisito esencial para la mejora futura de los sistemas existentes. Otras características incluyen durabilidad, confiabilidad y flexibilidad, ya que los diseños gruesos capaces de tener un buen revestimiento resisten la flexibilidad en condiciones de trabajo activas. Considere también el rendimiento térmico y la eficiencia energética, ya que serán beneficiosos para la confiabilidad y la sostenibilidad a largo plazo de la solución de red.

Comprensión de las capacidades de velocidad de datos y ancho de banda

Al evaluar el ancho de banda infinito de EDR, las características principales de velocidad de datos y ancho de banda son la frecuencia de la señal, la modulación y la capacidad del canal. Las frecuencias más altas tienen un potencial de transmisión de datos más significativo, mientras que EDR QSFP28 tiene una mayor velocidad de transferencia de datos. Las modulaciones de amplitud y frecuencia son igualmente cruciales para transferir los datos de manera más eficiente por unidad de hercio de ancho de banda. La palabra del vocabulario se puede definir como la capacidad del canal, que, según el teorema de Shannon-Hartley, incluye la velocidad de bits máxima posible en un ancho de banda específico a un nivel de ruido particular. La utilización adecuada del ancho de banda debe considerar estos elementos si se desea que los cables de cobre funcionen de manera óptima dentro de una red requerida y al mismo tiempo se reduzca el tiempo requerido.

Cómo garantizar la compatibilidad con los sistemas Infiniband EDR

Los componentes de hardware y software deben abordarse para ampliar la interoperabilidad con los sistemas de velocidad de datos mejorada de InfiniBand. La incorporación de adaptadores, conmutadores y cables Prefined con funciones que admitan la funcionalidad EDR de InfiniBand es fundamental. La adopción de adaptadores de red convergentes extiende aún más las redes sobre la infraestructura de centros de datos existente. Además, la aprobación de las especificaciones establecidas por empresas profesionales como la InfiniBand Trade Association garantiza la coherencia de los componentes de la red. Las actualizaciones periódicas de los controladores y el firmware también son fundamentales para mantener el nivel de rendimiento y seguridad del funcionamiento del software. No descuidar los requisitos de interoperabilidad protege contra perturbaciones significativas y permite transferencias de datos efectivas entre sistemas de red.

¿Qué hace que los cables NVIDIA Infiniband se destaquen?

Explorando las ventajas de las soluciones NVIDIA Infiniband

Las soluciones NVIDIA tienen muchas ventajas que las hacen viables para redes informáticas de alto rendimiento. Por ejemplo, se destacan por ofrecer un gran ancho de banda. Esto mejora el rendimiento de las aplicaciones porque existe una alta tasa de transmisión de datos, lo que significa que incluso las aplicaciones de big data funcionan sin problemas. Si bien las redes tradicionales o las tecnologías de comunicaciones pueden introducir un retraso de latencia, InfiniBand, implementado en sistemas MicroTCA de menor latencia, tiene ventajas en el registro de esos datos durante todo el ciclo de análisis. 

Además, los requisitos de red están aumentando, especialmente para Nvidia InfiniBand, que sigue ofreciendo un mejor rendimiento de red. Esto es necesario para aumentar la cantidad de centros de datos, lo que garantiza una integración perfecta con entornos que son clústeres más grandes.

Además, los recursos que se incluyen en NVIDIA InfiniBand cuentan con capacidades avanzadas de administración de red que ayudan a realizar tareas de manera eficaz. Dichas funciones incluyen enrutamiento inteligente, control de sobretensiones y otros mecanismos avanzados de detección y corrección de errores. Estas funciones eran esenciales desde el principio, especialmente teniendo en cuenta el propósito de las soluciones InfiniBand, que brindan mayor eficiencia y estabilidad en todo el servidor para ayudar a realizar tareas extenuantes que el servidor debe abordar sin disminuir el rendimiento.

Comparación de las ofertas de Mellanox y NVIDIA Infiniband

Lo primero que hay que recordar cuando se habla de las tecnologías de red de NVIDIA y Mellanox es que compraron Mellanox Technologies en 2020, lo que significa que ahora forman parte del mismo ecosistema organizacional. Esta unión no estaba presente antes, por lo que el relato histórico difiere. También son conocidos por sus innovaciones que han revolucionado la industria. Sus productos fueron cruciales para construir infraestructuras masivas de servidores y almacenamiento sin verse desbordados.

InfiniBand de NVIDIA sigue mejorando gracias a la rica herencia de Mellanox. Estas soluciones también se han integrado en infraestructuras más sólidas de Nvidia, como las que ayudan a satisfacer los requisitos de carga de trabajo y la optimización de la IA. La combinación de la tecnología central de Mellanox y los desarrollos de NVIDIA ayuda a Mellanox y a otros a ofrecer servicios de transferencia de datos sin inconvenientes, lo que garantiza la máxima disponibilidad de transferencia de datos en múltiples redes. NVIDIA comercializa soluciones InfiniBand hoy en día porque la empresa ha acumulado una gran experiencia en tecnología de redes durante décadas.

¿Cómo instalar y mantener eficientemente los cables de cobre?

Mejores prácticas para instalar conjuntos de cables de cobre

Para minimizar las interferencias y las limitaciones de un mantenimiento futuro, analice el recorrido y las extremidades en detalle para garantizar una instalación ingeniosa de los conjuntos de cables de cobre. Emplee materiales de alta calidad según lo especificado en las normas pertinentes para garantizar la durabilidad y un rendimiento satisfactorio. Instale el radio de curvatura de acuerdo con las instrucciones para no doblar los cables durante la instalación, lo que provocará distorsión de la señal en la instalación del conjunto. Evite la tensión excesiva y el daño con el tiempo asegurándolos adecuadamente con hardware, por ejemplo, para conexiones QSFP de alta densidad. Identifique cada cable con una etiqueta y mantenga su integridad para el mantenimiento y la resolución de problemas futuros. Los conectores que utilizan tecnología EDR o FDR siempre deben verificarse durante las inspecciones de rutina para garantizar que la instalación cumpla con los requisitos de rendimiento. El excelente rendimiento del trabajo y la vida útil de la infraestructura del cable están garantizados si todo se sigue correctamente.

Consejos de mantenimiento para prolongar la vida útil de los cables de cobre y twinax

Para maximizar la longevidad de los cables de cobre y twinax “New Improved Cables”, es fundamental un mantenimiento adecuado, incluida una limpieza constante. Mantener los cables limpios también implicará revisarlos de forma rutinaria para detectar cualquier daño que pueda resultar en una reducción de su rendimiento. Vigile siempre las condiciones ambientales, asegurando un nivel óptimo de temperatura y humedad para que no se produzcan dilataciones y contracciones térmicas, aumentando la integridad de las cargas. Además, asegúrese de que no tenga sentido doblar los cables más allá del radio y de que las bridas no estén demasiado apretadas para evitar que se deformen. Se deben colocar cables auxiliares para evitar que las interferencias electromagnéticas afecten a los cables, lo que potenciaría la señal. Si se siguen estos principios, el mantenimiento regular de los cables garantizará la máxima fiabilidad y eficiencia.

Cómo abordar problemas comunes en instalaciones de cobre con conexión directa

Las redes de cobre de conexión directa (DAC) también sufren cortes de conexión, interferencias o mal manejo de los cables. Es esencial que los conectores se peguen completamente y junto a los dispositivos que se van a conectar para evitar desconexiones. Si hay campos magnéticos fuertes alrededor de la estructura física, se necesitan medidas de conexión a tierra adecuadas para eliminar la interferencia con la señal. Los cables DAC blindados también proporcionarían el CADM requerido con una degradación mínima del rendimiento, especialmente cuando se utilizan configuraciones 4x. Es necesario un enrutamiento eficaz de los cables; el enrutamiento deficiente y las curvas cerradas de los cables hacen que se apliquen fuerzas mecánicas sobre los cables, lo que probablemente acorte la vida útil de los cables. Esto se debe hacer teniendo en cuenta el presupuesto y a lo largo del tiempo para que las mejoras o la implementación de la tecnología se puedan realizar solo en áreas o dispositivos que requieran cambios.

Fuentes de referencia

InfiniBand

Cobre

Fibra óptica

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuáles son los beneficios de utilizar cables Infiniband QSFP28 100G EDR?

A: Los cables QSFP28 100G Infiniband están diseñados para soportar velocidades de hasta 100G, lo que les permite soportar un gran ancho de banda, baja latencia y un buen rendimiento general en centros de datos que requieren dichas tecnologías. Son adecuados para redes de almacenamiento y computación de alto rendimiento. Dichas configuraciones están disponibles actualmente en DAC (Direct Attach Copper) y AOC Active Optical Cable, que permiten opciones twinax para aquellas distancias que no son suficientes para los cables activos. 

P: Compare los cables DAC y AOC en cuanto a la distancia para las conexiones InfiniBand. 

A: La conexión de cables DAC (Direct Attach Copper Offers) es económica y puede ampliar la distancia de conectividad, que es adecuada para entre 5 y 7 metros utilizando cables twinax de cobre pasivos. El cable óptico activo AOC permite una mayor extensión entre cables utilizando fibra óptica, lo que permite conexiones a una distancia de hasta 100 metros sin pérdida de rendimiento del cable. Aunque son asequibles, los AOC tienen un mejor rendimiento en cuanto a conectividad, ya que amplían las distancias y pesan menos según las zonas; el único inconveniente es que los AOC son más caros que los cables de cobre.

P: ¿Qué longitudes de cables Infiniband QSFP28 a QSFP28 están disponibles?

R: Los cables Infiniband tienen distintos tipos de longitudes de cable para los distintos requisitos de los centros de datos. Las longitudes estándar de los cables DAC varían entre 1 m y 7 m, es decir, entre 1 m, 2 m, 3 m, 5 m y 7 m. Los equivalentes de AOC se fabrican en longitudes de hasta 10 m, 15 m y 20 m y se cierran con cremallera hasta más de 30 m. La esencia de obtener la longitud correcta del producto es mejorar el rendimiento efectivo al reducir la pérdida de señal.

P: ¿Qué parámetros debo tener en cuenta para mis productos Infiniband? 

R: Todos los factores, como la velocidad de datos necesaria (EDR, HDR, NDR), el espacio entre dispositivos, los tipos de conectores (QSFP28, QSFP56), y el plan financiero establecido debe tenerse en cuenta al tomar decisiones para que la red Infiniband funcione de manera eficiente. Los cables DAC Twinax son asequibles cuando los dispositivos están cerca. Los AOC son recomendables para recorridos largos o en una instancia donde la expansión es una posibilidad. Además, confirme que sus dispositivos de red estarán bien y asegúrese de tener los cables de conexión o transceptores necesarios.

P: ¿Qué ventajas tienen los cables twinax de cobre pasivos cuando se utilizan en redes Infiniband?

R: Los cables de cobre pasivos Twinax, o DAC, tienen varias ventajas en las redes Infiniband. Son cables twinax de cobre pasivos de conexión directa y económicos que les confieren un bajo consumo de energía y solo son eficaces cuando se utilizan en distancias cortas. Estos cables tienen bajos niveles de latencia y son más adecuados para interconexiones y aplicaciones de enlaces de la parte superior del rack (TOR). También son fáciles de implementar, ya que no necesitan transceptores separados, lo que los hace cada vez más populares en muchos escenarios de centros de datos, principalmente cuando se utilizan cables twinax de cobre de conexión directa. 

P: ¿Existen otras plataformas además de Infiniband en las que funcionarían los cables QSFP100 EDR 28G?

A: Los cables QSFP28 Infiniband EDR suelen ser compatibles con otros estándares de redes de 100 G, como 100GBASE-CR4 para Ethernet. Sin embargo, es fundamental comprobar la compatibilidad de los equipos. Es posible que los cables diseñados especialmente para usos más amplios que admitan solo Ethernet e Infiniband puedan hacerlo, mientras que otros cables pueden admitir solo un protocolo. Verifique siempre las especificaciones y comuníquese con el fabricante o el proveedor para obtener detalles sobre la compatibilidad.

P: ¿Cuáles son los estándares Infiniband recientemente implementados y cómo se comparan con EDR?

R: Infiniband SDR (velocidad de datos única), DDR (velocidad de datos doble), QDR (velocidad de datos cuádruple) y EDRA son los estándares de cobertura más actuales. HDR admite hasta 200 Gb/s por puerto mediante conectores QSFP56, mientras que NDR lo eleva a 400 Gb/s. Estos estándares tienen un gran ancho de banda y funcionan mejor que EDR, que es de 100 Gbps. Sin embargo, EDR sigue siendo bastante común y es satisfactorio para la mayoría de los sistemas existentes. Considere la expansión de su red y el costo-beneficio de implementar nuevas técnicas al actualizarla.