Descubriendo el poder del cable óptico Infiniband: una guía completa

Los rápidos avances tecnológicos en los centros de datos y la informática de alto rendimiento han aumentado significativamente la necesidad de mejores velocidades de transferencia de datos y soluciones de interconexión. Cable óptico Infiniband es una tecnología que cubre este vacío, proporcionando la mayor velocidad de transferencia de datos, escalabilidad y fiabilidad. El objetivo de este artículo es presentar los cables ópticos Infiniband, sus características técnicas, áreas de uso y ventajas sobre los cables comunes. Se prestará atención a la estructura de estos nuevos cables, lo que les permite funcionar de manera eficiente en entornos ricos en datos y servir como núcleo para sistemas óptimos de procesamiento y almacenamiento de datos. Para aquellos profesionales interesados ​​en mejorar sus infraestructuras o investigadores interesados ​​en la tecnología de comunicaciones moderna, los cables ópticos Infiniband y sus dieléctricos sin duda estarán en el corazón de cualquier arquitectura informática de alto rendimiento.

¿Qué es un cable Infiniband y cómo funciona?

Los cables Infiniband mejoran la comunicación y están diseñados para informática de alto rendimiento y los centros de datos como medio para la transmisión rápida de datos. Proporciona conexiones eficientes de baja latencia y alto ancho de banda que son las más adecuadas para situaciones en las que existe la necesidad de transferencias rápidas de datos con un retraso mínimo. El cable utiliza el método de enlaces de comunicaciones punto a punto en serie en los que los paquetes de datos se transmiten por múltiples canales en paralelo, lo que aumenta enormemente el rendimiento. Su estructura permite una velocidad de transmisión de datos más rápida y superior, que, en la mayoría de los casos, supera las velocidades de Ethernet. Gracias a las fibras ópticas, si se comparan la distancia y la velocidad, los cables InfiniBand son muy superiores a los cables de cobre estándar, que permiten que los dispositivos se conecten y procesen grandes cantidades de datos de manera más efectiva.

Entendiendo el Protocolo Infiniband

El protocolo Infiniband es un protocolo de datos de alta velocidad desarrollado para la comunicación entre sistemas informáticos y dentro de sistemas informáticos en informática de alto rendimiento. Proporciona comunicaciones a través de canales de comunicación de gran ancho de banda y con latencia limitada proporcionados por cables Infiniband y, por lo tanto, intercambios de datos rápidos críticos para dichos entornos. Emplea una topología de red conmutada y proporciona una capacidad RDMA que permite transferencias de memoria a memoria sin la participación de la CPU para reducir la latencia y la sobrecarga de la CPU. Además, la amplia escalabilidad de su arquitectura permite satisfacer los requisitos de los centros de datos modernos en expansión para un funcionamiento eficiente y confiable bajo cargas de datos significativas con tiempos de inactividad mínimos.

Función del cable óptico activo en Infiniband

El soporte a largas distancias, baja latencia y alto ancho de banda son algunas de las ventajas del ecosistema infiniteband, resaltadas por cables ópticos activos (AOC), entre otros cables. La señal eléctrica se traduce a una señal óptica, se envía a través de fibras ópticas y luego se convierte nuevamente a una señal eléctrica en el extremo receptor de los enlaces de transmisión. Esto permite la comunicación entre centros de datos con menor degradación de la señal y menor interferencia electromagnética, superando el rendimiento de los cables de cobre, más aún cuando se utilizan cables AOC. En entornos informáticos de alto rendimiento, las redes Infiniband no solo extienden la distancia a través de AOC, sino que también cumplen con los requisitos de RDMA para permitir la transferencia de datos sin ninguna interrupción en el sistema.

Comparación de cables Infiniband y Ethernet

Cables Infiniband y Ethernet son esenciales para fines de redes, pero están diseñados para lograr diferentes resultados. Debido a que Infiniband permite RDMA capaz de un rendimiento de baja latencia y alto rendimiento, Infiniband es más adecuado para entornos informáticos de alto rendimiento. También es el más adecuado para entornos que requieren velocidades vertiginosas y bajos niveles de retraso en la transferencia de datos. Por otro lado, los cables Ethernet Markos y Enfoques integradores: teorización del giro translangual-Andrey V. Se utilizan en actividades o aplicaciones de redes más cotidianas, ya que tienen un menor costo, están más ampliamente disponibles y funcionan con una variedad de dispositivos y usos. Si bien Ethernet continúa mejorando con nuevos estándares de velocidades más altas, generalmente todavía tiene una latencia más significativa que Infiniband. Por lo tanto, la selección de Infiniband o Ethernet depende de los requisitos de la red, que pueden incluir los niveles de velocidad, la distancia y el tipo de aplicación.

¿Cómo elegir el cable óptico activo adecuado para su configuración?

Evaluación de los requisitos de ancho de banda

Se deben examinar tanto la carga de datos operacional como la futura para evaluar adecuadamente los requisitos de ancho de banda, lo que permite seleccionar el cable óptico activo (AOC) más adecuado. Lo primero que se debe hacer es estimar los valores pico de rendimiento de datos que cumplen los requisitos operativos del sistema y calcular el ancho de banda necesario con todos los dispositivos conectados. Evalúe la topología de red actual y reconozca las posibles fuentes de congestión en el sistema en cargas pico. Además, considere el potencial de crecimiento de su red para que el AOC pueda admitir futuros niveles más altos de transmisión de datos cuando su organización se expanda o nuevas aplicaciones que demanden un mayor ancho de banda, como 200G. QSFP56 Implementación. En este sentido, estudie las características técnicas de los AOC ofrecidos en el contexto de su rendimiento, es decir, la velocidad de transmisión de datos, la distancia que pueden transmitir y las interfaces de datos disponibles. Estas medidas le permitirán elegir la mejor opción al instalar y configurar los AOC para mejorar la capacidad de supervivencia del entorno de red en el futuro.

Exploración de Mellanox y otros productos Infiniband

Para comprender mejor las ofertas de Mellanox y de Infiniband en general, las mejores prácticas también requieren una breve revisión de las opciones líderes. En el caso de NVIDIA, uno está familiarizado con la gama de productos fabricados por Mellanox, que produce varios productos de redes de alto rendimiento, incluidos los NIC ConnectX y los SmartNIC BlueField. Dichos productos garantizan un intercambio rápido de datos y una baja latencia, lo que resulta ventajoso para los centros de datos y las cargas de trabajo de IA. Además, algunos sistemas Infiniband alternativos, como la arquitectura Intel Omni-Path, ofrecen un rendimiento sólido con la ventaja adicional de poder emplearse en entornos de procesamiento Intel. Por último, Cray, una subsidiaria de Hewlett Packard Enterprise, presenta interconexiones Slingshot diseñadas para cumplir con los requisitos de computación de alto rendimiento para redes de baja latencia, principalmente mediante cables AOC. Estos productos de primera línea están diseñados para mejorar la escalabilidad y el rendimiento del centro de datos para organizaciones específicas.

Tipos de conectores: QSFP28, QSFP56 y más

Varios diseños de conectores, como el QSFP28, el QSFP56 u otros, permiten un intercambio rápido de información a través de un canal de gran ancho de banda y proporcionan un soporte estructural seguro y sólido para las redes implementadas. Para abordar funciones mejoradas, los conectores QSFP28 especifican velocidades de datos de 100 Gbps con una mejora del rendimiento a través de 4 canales que funcionan a 25 Gbps cada uno. Estos conectores son populares en grandes centros de datos que se ocupan de grandes transferencias de datos y se utilizan junto con aplicaciones Ethernet de 100 G y EDR Infiniband.

Los conectores QSFP56 son una versión avanzada de esta tecnología, ya que ofrecen el doble de velocidad que la versión anterior, lo que permite una velocidad de datos cuatro veces superior gracias a la facilitación de cuatro carriles para una velocidad total de 200 Gbps. Esto los hace adecuados para la informática de alto rendimiento y de próxima generación, así como para la conexión de enrutadores y conmutadores de alta gama. También muestran compatibilidad con versiones anteriores de un QSFP28, lo que permite una fácil implementación en campo. Se están volviendo cada vez más preferidos cuando existe una gran demanda de ancho de banda pero una baja latencia.

La historia del desarrollo de los conectores QSFP y similares pone de relieve el avance de los procesos de desarrollo de redes. Dichos productos no solo deben cumplir con los requisitos tecnológicos existentes que tienen los usuarios finales, sino que también deben satisfacer las necesidades futuras en cuanto a velocidades de datos de comunicación, como el continuo crecimiento y avance en el enfoque de las comunicaciones.

¿Qué hace que Mellanox sea líder en productos Infiniband?

Historia y desarrollo de las tecnologías Infiniband

Mellanox ha aparecido en la cima del desarrollo de tecnologías basadas en la topología InfiniBand debido a su importante participación en el diseño y la reciente expansión de las redes de alta velocidad. Infiniband, que debutó en 2000, es el resultado de una alianza de gigantes tecnológicos que fueron pioneros en su desarrollo con la búsqueda de una estructura de datos eficiente y escalable en mente. Desde entonces, Mellanox ha estado activo en el desarrollo de Infiniband al mejorar sus características de rendimiento, ancho de banda, baja latencia y comunicación de datos confiable. Una parte esencial del liderazgo en Mellanox rodea la tecnología y la investigación, asegurando que la empresa diseñe soluciones de interconexión de próxima generación que integren IA, big data y tecnologías de la nube. Estos atributos reducen la complejidad del centro de datos, lo que convierte a los productos Infiniband de Mellanox en los favoritos de las corporaciones con requisitos intensivos de rendimiento y computación. Esta devoción por el rendimiento y la innovación posiciona a Mellanox en una categoría propia como un jugador líder en el mercado de redes Infiniband.

Perspectivas de futuro: Infiniband HDR y 800G

Gracias a HDR y al ancho de banda contemplado de más de 800G, el desarrollo futuro de las tecnologías Infiniband mejorará sustancialmente el rendimiento del centro de datos. Es esencial, ya que el rendimiento de Infiniband HDR es de hasta 200 Gbps por enlace y es crucial para responder a la creciente carga de trabajo de IA y a los requisitos de procesamiento de datos a gran escala. En este contexto, 800G cubrirá las necesidades de ancho de banda y baja latencia de todas las empresas. Con los avances en la transformación digital, los sistemas heredados, el desarrollo de dispositivos IoT y la informática de borde, se requieren infraestructuras sólidas para aprovechar los datos independientemente de la escala. A través de innovaciones líderes en estas esferas, Mellanox tiene como objetivo no solo cumplir con los requisitos tecnológicos actuales, sino también prepararse para el futuro de la informática. Las características de los productos Infiniband de próxima generación incluyen tráfico de datos sin interrupciones, gran ancho de banda y bajo consumo de energía. Estas características permitirán a Infiniband mantener su papel en entornos informáticos de alto rendimiento en el futuro.

Integración con la infraestructura del centro de datos

La conexión de los centros de datos con la tecnología Infiniband mejora la escalabilidad, la eficiencia y el rendimiento del centro. Permite conectar muchos servidores con dispositivos de almacenamiento, lo que permite un intercambio rápido de datos con pocas demoras y una alta tasa de transferencia de datos. La arquitectura de Infiniband también beneficia a los centros de datos, ya que pueden escalar de manera rápida y eficiente cuando los datos aumentan. Por último, dado que Infiniband tiene una comunicación de baja latencia, mejora el flujo de información, lo cual es esencial para la computación de alto rendimiento y el reconocimiento empresarial. Infiniband se adapta mejor a los centros de datos modernos, con el objetivo de reducir los costos operativos y mejorar la eficiencia energética, allanando el camino para tecnologías innovadoras.

¿Por qué es crucial un alto ancho de banda para las operaciones informáticas y de datos?

El papel del cable óptico activo en HPC

Los cables ópticos activos (AOC) son importantes en la informática de alto rendimiento debido a las conexiones de alto ancho de banda que se requieren para las aplicaciones basadas en datos. Como los AOC admiten longitudes de comunicación más largas, proporcionan una solución en configuraciones de HPC de gran tamaño, lo que es crucial en las prácticas actuales. En comparación con los cables de cobre más tradicionales, los AOC, incluidos los cables ópticos activos FDR, ofrecen mayores anchos de banda y menos interferencias electromagnéticas, lo que aumenta la velocidad de comunicación, lo que es esencial para las tareas de HPC. Estos dispositivos mejoran el rendimiento de HPC al proporcionar un alto ancho de banda y baja latencia, lo que cumple con los requisitos de simulaciones complejas, investigación científica y análisis de datos y, al mismo tiempo, reduce el volumen de la infraestructura y los requisitos de energía. Su papel en HPC permite una escalabilidad perfecta, lo que facilita que los sistemas crezcan y cambien a medida que se requiere más potencia computacional.

Beneficios de las soluciones 200G y 100G

En cuanto a los beneficios que ofrecen las soluciones 200G y 100G, el (único) aspecto negativo que se puede señalar aquí es que ayudan a mejorar el rendimiento de una red, aumentando también la eficiencia. Estas soluciones ofrecen un mejor ancho de banda y velocidades de transferencia de datos más rápidas, que son cruciales para satisfacer los requisitos de los centros de datos y los entornos HPC actuales. Tamar señaló, a partir de una reflexión de fuentes conocidas, que existen soluciones 200G, como la 200G QSFP56, que prácticamente duplican la capacidad de la 100G. Estas permiten a las instituciones mantenerse al día con los volúmenes de datos en expansión y, al mismo tiempo, mantener el rendimiento. Además, ambas soluciones mejoran la escalabilidad y la protección estratégica de las redes para el futuro al mejorarlas mediante la expansión de las redes cuando se produce la continuidad de la demanda. La implementación básica de estas soluciones avanzadas minimiza eficazmente la latencia. Aumenta el rendimiento del sistema, lo que permite a los usuarios emplear operaciones de alta frecuencia, arquitectura de nube masiva y análisis en tiempo real con excelente confiabilidad y velocidad.

¿En qué se diferencian en rendimiento los cables Infiniband y los cables Ethernet?

Capacidades de velocidad de datos: FDR, EDR, HDR

Existe una limitación muy importante que se debe tener en cuenta en relación con los cables Infiniband y sus velocidades de datos, que es la diferencia entre estos estándares: FDR, EDR y HDR. La velocidad de datos de Infiniband FDR puede alcanzar una eficiencia de ancho de banda de hasta 56 Gbps, lo que es mucho más eficiente al procesar tareas que exigen datos que los estándares anteriores. EDR, por otro lado, aumenta significativamente este número, ya que puede admitir velocidades de datos de ancho de banda de 100 Gbps, lo que es necesario para los entornos informáticos modernos con una alta demanda de transferencia de datos y un bajo requisito de latencias de transferencia. El último salto en esta evolución de los datos es HDR, que facilita velocidades de transmisión de hasta 200 Gbps. Esta característica es esencial para satisfacer las necesidades de los centros de datos contemporáneos, donde el ancho de banda necesario para soportar aplicaciones eficientes de inteligencia artificial y aprendizaje automático es el requisito principal. Cada avance de FDR a HDR ha representado un aumento notable en la eficiencia y el rendimiento del ancho de banda que utilizará Infiniband.

Adecuación de la aplicación: empresa frente a consumidor

En lo que respecta a las aplicaciones empresariales y de consumo, la decisión entre cables Infiniband y Ethernet se basa en las necesidades particulares de esas aplicaciones. En el segmento empresarial más exigente, que requiere redes de alto rendimiento y baja latencia, los sistemas de cableado Infiniband son los más apropiados y se pueden emplear debido a su mayor rendimiento de datos y mejor escalabilidad. Estos sistemas se utilizan comúnmente en centros de datos, comercio de alta frecuencia y grandes sistemas de infraestructura en la nube. Estas aplicaciones requieren un rendimiento sólido y confiable, lo que no es un problema para Infiniband. Por otro lado, las aplicaciones de consumo a menudo utilizan cables Ethernet para redes de área extensa porque son económicos, fáciles de instalar y brindan un rendimiento suficiente para redes domésticas y pequeñas oficinas. Debido a su atractivo y la cobertura de una amplia área de red, la tecnología Ethernet está ganando terreno, ya que proporciona un equilibrio adecuado entre su rendimiento y los costos para los consumidores comunes.

Rentabilidad: AOC vs. cable de cobre

Hay muchas cosas que tener en cuenta al realizar un análisis de costos entre los cables ópticos activos (AOC) y los cables de cobre. Lo primero que hay que tener en cuenta con respecto a los AOC es que, por lo general, tienen una velocidad de transferencia de datos más rápida y una latencia más baja, y estas características son bastante útiles para aplicaciones empresariales que requieren la transmisión de grandes cantidades de datos. Esto es especialmente útil para grandes empresas que deben transferir grandes cantidades de datos. Desafortunadamente, su costo suele ser más alto que el de los cables de cobre. Por el contrario, los cables de cobre son una opción más económica, lo que compromete el rendimiento en la transmisión de corto alcance y solo los hace adecuados para redes más pequeñas o donde se necesita una opción asequible para adaptarse a las limitaciones presupuestarias. Además, los cables de cobre son más fáciles de instalar y mantener, ya que se especializan en el manejo de los AOC; por ejemplo, los transceptores ópticos de 850 nm no son un requisito. Por lo tanto, la elección de las dos opciones es una compensación entre el desembolso de capital y los requisitos para las aplicaciones en términos de tamaño de la red, cantidad de datos a transferir y alcance para una expansión futura.

Fuentes de referencia

InfiniBand

Tecnologías Mellanox

Fibra óptica

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué es un conector óptico Infiniband y en qué se diferencia de otros conectores?

R: Un conector óptico Infiniband es un miembro de la familia de cables ópticos cuyo propósito es transmitir datos a alta velocidad en centros de datos, computadoras de alto rendimiento o redes. Los conectores ópticos Infiniband se diferencian de los conectores de cobre de conexión directa (DAC) en que utilizan señales de luz para la transmisión en lugar de señales eléctricas, lo que permite aumentar el ancho de banda y mejorar drásticamente la velocidad, como ocurre con los cables ópticos activos en FDR. Independientemente de eso, vienen en muchos diseños, incluidos QSFP28 y QSFP56, que cumplen con diferentes velocidades de transferencia de datos Infiniband, como EDR, HDR y NDR.

P: ¿Cuáles son los beneficios de utilizar QSFP28 AOC en sistemas Infiniband?

R: Entre otras ventajas, facilita el uso de AOC QSFP28 en sistemas Infiniband, la orientación precisa y la distribución de elementos dentro de redes complejas. Puede mantener un ancho de banda de hasta 100G y ofrece distancias más largas que los DAC y proporciona una mejor calidad de señal. Además, los cables AOC flexibles y livianos facilitan la instalación y la administración en configuraciones densas de centros de datos y con ensambles de cables a presión. Trabajar con diferentes modelos Infiniband a varias distancias también puede ser adecuado para garantizar que la comunicación entre dispositivos no se interrumpa.

P: ¿Qué avances se lograron en el rendimiento de la red con la ayuda del QSFP56 Infiniband HDR AOC Gen-3?

A: El uso del cable óptico activo Infiniband HDR QSFP56 Infiniband HDR AOC mejoró el rendimiento de la red, ya que admite velocidades de datos de 200 G. Incorpora tecnologías de procesamiento de señales y ópticas en dispositivos de generación superior, que ayudan a reducir la latencia y el ancho de banda. Debido a su diseño avanzado, los AOC QSFP56 HDR mejoran el rendimiento general y son adecuados para cargas de trabajo de HPC y AI/ML, que transfieren grandes volúmenes de datos mientras mantienen una conexión de baja latencia.

P: ¿Qué funciones específicas realizan los AOC, mientras que los transceptores ópticos realizan en las redes Infiniband?

A: Los cables ópticos activos (AOC), como las variedades QSFP56 a QSFP56, y los transceptores ópticos son dispositivos diferentes que se utilizan para aplicaciones similares o incluso iguales. Los dispositivos AOC son cables listos para usar con procesadores de señales y dispositivos ópticos que logran una solución rápida pero plug-and-play. Por el contrario, los transceptores AOC son módulos que se pueden acoplar a dispositivos de red y vincular a conexiones de fibra óptica. Los sistemas AOC son relativamente más económicos y tienen una menor complejidad de implementación; sin embargo, los transceptores AOC tienen una longitud y un tipo más flexibles según el cable utilizado.

P: ¿Cuál es la ventaja de los cables ópticos Infiniband sobre los cables de cobre de conexión directa (DAC)?

R: Los cables ópticos Infiniband ofrecen mejores características que los DAC en muchos niveles. Un alcance más amplio, un mayor ancho de banda y la ausencia de interferencias electromagnéticas son algunas de las ventajas comunes que ofrecen los cables ópticos. Su peso es menor y son más flexibles y, por lo tanto, más accesibles para enrutar dentro de los centros de datos. Son inferiores a los cables de cobre de conexión directa (DAC) en cuanto a costos básicos, siempre que los requisitos de distancia sean cortos, pero carecen de rendimiento en longitud y velocidad en comparación con los AOC. En el caso de la informática de alto rendimiento y uso intensivo de datos, los cables ópticos Infiniband son muy preferidos debido a sus características de rendimiento superiores.

P: ¿Para qué tipo de aplicaciones se necesitan los cables Infiniband EDR y HDR AOC? ¿Cuáles son sus parámetros?

A: Los AOC Infiniband EDR (velocidad de datos mejorada) y HDR (velocidad de datos alta) garantizan conexiones confiables y de alto rendimiento en cuestión de meses. Se estima que EDR tiene una capacidad de transmisión de 100 Gbps, mientras que HDR proyecta 200 Gbps. Gracias al procesamiento de señal integrado y a la óptica avanzada, tanto los AOC EDR como HDR pueden mantener la integridad de la señal en distancias de cable extendidas.

P: ¿Cómo mejoran los AOC la velocidad y la interconectividad a la hora de realizar interconexiones de manera económica dentro de un centro de datos?

R: Los AOC son cables de interconexión óptica económicos adecuados para la transferencia de datos a alta velocidad dentro de un centro de datos. Integran transceptores y cables de fibra en un único sistema, lo que reduce los costes. Los AOC son menos complicados en cuanto a instalación y mantenimiento, lo que reduce los costes operativos. Además, funcionan con un consumo de energía comparativamente menor que algunas soluciones de transceptores y, por tanto, ofrecen ahorros de costes durante un largo periodo de uso, lo que los hace adecuados para una implementación a gran escala.

P: ¿Cuáles son las velocidades más altas disponibles y sus protocolos bajo el paraguas de Infiniband, y cómo facilitan los cables ópticos estas características?

R: Los protocolos Infiniband cubren una amplia gama de velocidades, incluyendo FDR (56 Gbps), EDR (100 Gbps), HDR (200 Gbps) y el último NDR que alcanza los 400 Gbps. Los AOC (cables ópticos activos) permiten estas velocidades más altas porque utilizan elementos ópticos y de procesamiento de señales avanzados. Son perfectos para las comunicaciones de fibra óptica, ya que tienen un ancho de banda amplio, baja latencia y largas distancias mejores que el cobre. Por lo tanto, los cables ópticos Infiniband podrán hacer frente a las crecientes necesidades de rendimiento de los centros de datos modernos y los sistemas HPC.