Adaptador Mellanox® InfiniBand: guía definitiva para soluciones de red de alto rendimiento

El adaptador InfiniBand de Mellanox® es necesario para las soluciones de redes de alto rendimiento porque permite la latencia ultrarrápida y el alto ancho de banda que necesitan los entornos de centros de datos. Los profesionales de TI y los arquitectos de redes se beneficiarán de este artículo, que proporciona una descripción detallada de las especificaciones técnicas, las ventajas funcionales y los escenarios de implementación del adaptador InfiniBand. Al acelerar las tasas de transferencia de datos y mejorar la eficiencia computacional al tiempo que admite arquitecturas expandibles, esperamos que este documento brinde a los lectores un conocimiento suficiente sobre sus redes para que puedan tomar mejores decisiones al respecto. Por lo tanto, ya sea que desee mejorar los sistemas actuales o implementar sistemas de última generación, este manual lo ayudará a navegar por las complejidades involucradas con las redes de alta velocidad basadas en el adaptador InfiniBand de Mellanox®.

¿Qué es un adaptador Mellanox® InfiniBand?

Comprensión de la tecnología del adaptador InfiniBand

Una interfaz de comunicación de alta velocidad es el adaptador InfiniBand. Ayuda a mover datos entre servidores y sistemas de almacenamiento en un centro de datos. Tiene una conmutada Topología de red que permite conexiones de múltiples dispositivos que, a su vez, proporcionan un mayor ancho de banda y una menor latencia que las redes Ethernet tradicionales. InfiniBand admite comunicaciones confiables, tanto orientadas a la conexión como sin conexión, lo que lo hace aplicable a diversos usos. El adaptador ha sido diseñado para velocidades de datos de 10 Gbps hasta más de 200 Gbps para satisfacer las aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC) y las necesidades significativas de procesamiento de datos. Además, este conjunto de características de descarga de hardware mejora la eficiencia computacional, lo que permite que el sistema descargue la CPU cuando se trata de tareas de datos pesadas.

Características principales de los adaptadores Mellanox®

Varias características hacen que los adaptadores Mellanox®, disponibles en opciones de puerto único y doble, sean altamente dinámicos y difíciles de entender:

1. Ancho de banda: Soportan velocidades entre 10 Gbps y 200 Gbps para poder trabajar con aplicaciones que requieran transferencia de datos.
2. Latencia: La estructura de los switches minimiza los retrasos en la transferencia de información, haciendo así que el tiempo de respuesta sea mucho más rápido, especialmente bajo la configuración FDR o EDR.
3. Escalabilidad: Permiten construir redes compuestas por miles de nodos, por lo que son una buena opción para aplicaciones a gran escala. los centros de datos.
4. Descarga de hardware: los mecanismos de descarga complejos integrados en los adaptadores Mellanox® facilitan el procesamiento de datos, reducen la sobrecarga de la CPU y maximizan la utilización de los recursos del sistema.
5. Versatilidad de conectividad: estos adaptadores permiten flexibilidad de implementación al admitir protocolos InfiniBand o Ethernet e integrar infraestructuras de red existentes.
6. Medidas de fiabilidad mejoradas: los algoritmos de detección de errores robustos junto con los métodos de corrección de errores garantizan que la información crítica llegue a su destino sin pérdidas. Esto es muy importante para las aplicaciones de misión crítica, donde los datos no deben perderse en el camino debido a fallas de hardware, etc.
7. Herramientas de gestión avanzadas: Las herramientas de software de gestión y monitoreo del rendimiento de la red incluidas con estos dispositivos permiten realizar actividades de mantenimiento proactivo para optimizar los niveles de eficiencia operativa dentro de dichos sistemas.

Tales características las establecen los Adaptadores Mellanox®, que son necesarios, entre otras cosas, para lograr Soluciones de redes de alto rendimiento Adecuado para las necesidades actuales y futuras.

Diferencias entre Mellanox® y otras marcas

Varias características hacen que los adaptadores Mellanox® sean únicos entre otras marcas para aplicaciones informáticas de alto rendimiento. En primer lugar, el ancho de banda de datos es de hasta 200 Gbps con Mellanox®, más alto que la mayoría de los competidores y, por lo tanto, más adecuado para entornos con uso intensivo de datos. En segundo lugar, ninguna alternativa puede superar la arquitectura de red conmutada de baja latencia, que permite una recuperación y procesamiento de datos más rápidos. En tercer lugar, la escalabilidad de las soluciones Mellanox® hace que se adapten fácilmente a las implementaciones de grandes centros de datos que admiten miles de nodos sin sacrificar el rendimiento. Además, lo que distingue a estos adaptadores son sus capacidades de descarga de hardware, que reducen significativamente la carga de trabajo de la CPU y optimizan la eficiencia general del sistema. Además, el soporte dual para protocolos InfiniBand y Ethernet proporciona una mayor flexibilidad de implementación, mientras que muchos solo se concentran en un protocolo u otro. Finalmente, las herramientas de gestión avanzadas como las que utiliza Mellanox® combinadas con funciones de confiabilidad garantizan un mejor monitoreo del rendimiento dentro de las instalaciones de redes de alto rendimiento.

¿Cómo instalar y configurar los adaptadores Mellanox® InfiniBand?

Guía de instalación paso a paso

1. Preparación: Apague y desenchufe el servidor antes de la instalación. Prepare un destornillador y una pulsera antiestática.
2. Inserción del adaptador: abra la carcasa del servidor y busque las ranuras PCIe. Si es necesario, retire las tarjetas que ya estén allí para crear espacio para un nuevo adaptador OSFP de un solo puerto. Alinee el adaptador Mellanox® InfiniBand con la ranura PCIe, asegurándose de que la muesca de la tarjeta encaje perfectamente. Presione suavemente hasta que quede firmemente asentado.
3. Cómo asegurar el adaptador: Utilice tornillos para fijar firmemente este componente a su chasis; esto garantiza estabilidad mientras está funcionando.
4. Cómo volver a armar el chasis: cuando se reinician los servidores y se vuelve a conectar todo lo demás para que estén todos correctamente enchufados, se evitan problemas durante el arranque o el funcionamiento posterior.
5. Cómo encender nuevamente los servidores: vuelva a enchufar la fuente de alimentación a la unidad del sistema y enciéndala, luego observe si hay señales de error durante el proceso de arranque.
6. Instalación de controladores: después de que se inicie el servidor, debe descargar el paquete de controladores más reciente para Mellanox® desde su sitio web autorizado y continuar con la instalación utilizando las instrucciones específicas de su sistema operativo para habilitar todas las funciones en una tarjeta adaptadora Ethernet.
7. Configuración: si es necesario, acceda a la configuración de red y deshabilite las interfaces conflictivas. Configure el adaptador Mellanox® según los requisitos del esquema de direcciones IP, con subredes incluidas cuando corresponda según las necesidades de la red.
8. Pruebas: Realice pruebas para comprobar si este dispositivo funciona como se espera verificando su conectividad. Verifique el rendimiento de la red con utilidades de línea de comandos y, al mismo tiempo, verifique los puntos de referencia de latencia.

Siguiendo estos pasos, uno habrá instalado y configurado correctamente los adaptadores Mellanox® InfiniBand, optimizando así su entorno para la computación de alto rendimiento a través de redes.

Consejos de configuración para un rendimiento óptimo

Siga estas recomendaciones de configuración para maximizar el rendimiento de su adaptador Mellanox® InfiniBand:

1. Activar tramas gigantes: cambie el tamaño de la unidad de transmisión máxima (MTU) para habilitar las tramas gigantes. Esto permite enviar paquetes de datos más grandes, lo que aumenta enormemente el rendimiento y reduce la sobrecarga de la CPU.
2. Optimizar pares de colas: configure suficientes pares de colas según la carga. Esto mejorará la eficiencia de la gestión de datos y aumentará la capacidad de realizar procesamiento en paralelo.
3. Utilice el firmware más reciente: asegúrese siempre de haber instalado la actualización de firmware más reciente disponible para su adaptador Infiniband. Estas actualizaciones incluyen correcciones de errores, compatibilidad con funciones y mejoras de rendimiento.
4. Ajustar los parámetros de red: se recomienda ajustar los parámetros de red de todo el sistema, como la configuración del búfer y el tamaño de la ventana TCP, según lo que funcione mejor para su aplicación; esto podría reducir la latencia, lo que genera un mayor rendimiento general.
5. Utilice RDMA: habilite el acceso directo a memoria remota (RDMA) cuando corresponda para que los datos puedan moverse entre hosts sin involucrar a la CPU, lo que lo hace más rápido, lo que reduce la latencia y brinda más ancho de banda.

Estas tácticas le permitirán optimizar el rendimiento del adaptador Mellanox® InfiniBand y mejorar la eficacia dentro de su entorno informático de alto rendimiento.

Solución de problemas comunes

1. Adaptador no detectado: si el sistema no reconoce el adaptador Mellanox® InfiniBand, asegúrese de que esté insertado correctamente en la ranura PCIe y de que todas las conexiones de alimentación estén seguras. Además, verifique si se han instalado los controladores pertinentes y sus actualizaciones. Para obtener más información sobre los controladores, visite la página de soporte de Mellanox.
2. Problemas de latencia: las configuraciones de puerto dual pueden causar latencias altas debido a configuraciones de red incorrectas o pares de colas insuficientes. Verifique los valores de MTU y habilite tramas gigantes cuando sea necesario. Además, los posibles cuellos de botella en los buffers de red podrían necesitar ajustes mientras se monitorean las cargas de tráfico.
3. Rendimiento degradado: para solucionar problemas de rendimiento reducido, asegúrese de que la versión de firmware esté actualizada y optimice los parámetros de red del sistema host. Los problemas de rendimiento del hardware se pueden diferenciar de los problemas de configuración del software mediante herramientas de monitoreo del rendimiento, lo que permite realizar ajustes oportunos.

Estas configuraciones generales y pautas de actualización, cuando se toman paso a paso, ayudan a mejorar la confiabilidad del adaptador Mellanox® InfiniBand bajo cargas de trabajo intensas.

¿Cuáles son los principales beneficios de utilizar adaptadores Mellanox® InfiniBand?

Alto ancho de banda y rendimiento de baja latencia

Los adaptadores Mellanox® InfiniBand son conocidos por su capacidad de ofrecer un alto ancho de banda y baja latencia, que son esenciales en entornos de computación de alto rendimiento (HPC) con configuraciones de puerto dual. Los adaptadores han sido diseñados para soportar velocidades de datos de hasta 200 Gbps, una cifra muy superior a la que se puede lograr con las soluciones Ethernet tradicionales. Esto significa que pueden manejar rápidamente grandes cantidades de datos mediante funciones como descarga y compatibilidad con acceso directo a memoria remota (RDMA), lo que reduce los retrasos causados ​​por tener que hacer que la CPU maneje todas las transferencias, lo que mejora el rendimiento general del sistema. La arquitectura inherente de InfiniBand permite que los sistemas escalen sin sacrificar la velocidad ni la confiabilidad, ya que se integra perfectamente con las estructuras existentes. Las organizaciones deben aprovechar estas capacidades para mejorar su eficiencia al tratar con operaciones intensivas en datos, lo que da como resultado cálculos más rápidos en cualquier momento.

Escalabilidad para necesidades de red crecientes

Los adaptadores Mellanox® InfiniBand tienen una excelente escalabilidad para adaptarse a los requisitos cambiantes de redes más extensas. El diseño permite una fácil asignación de ancho de banda y la adición de tarjetas adicionales. Las organizaciones pueden expandir sus redes sin experimentar largos tiempos de inactividad o velocidades de rendimiento reducidas. Estos adaptadores también permiten la creación de sistemas vastos y altamente interconectados, lo que facilita la gestión de cargas de trabajo y tráfico más pesados, lo que garantiza que los niveles de rendimiento se mantengan a medida que aumentan las demandas sobre ellos. Además, admiten topologías de múltiples saltos que mejoran la eficiencia del enrutamiento de datos en áreas grandes, respondiendo así con firmeza a los problemas de red actuales y futuros esperados. Las empresas pueden utilizar nuevas tecnologías sin realizar demasiados ajustes si utilizan la tecnología Mellanox® InfiniBand, ya que esto las ayudará a proteger su infraestructura contra la obsolescencia.

Compatibilidad mejorada con varios sistemas

Los adaptadores Mellanox® InfiniBand se crean teniendo en cuenta una amplia gama de entornos informáticos y, por lo tanto, pueden funcionar con varios sistemas operativos y marcos de aplicaciones. Esta versatilidad se logra mediante el uso de controladores y bibliotecas de software que se integran bien con otros sistemas, como servidores de nivel empresarial, ya sean clústeres informáticos de alto rendimiento. Estos adaptadores también admiten MPI abierto entre otros ecosistemas de software populares, lo que permite que diferentes dispositivos se comuniquen dentro de entornos heterogéneos. Además, los protocolos estándar de la industria que admiten permitirían a las organizaciones conectar componentes de hardware con configuraciones diferentes sin realizar demasiados cambios. Dicha compatibilidad acelera la implementación y, al mismo tiempo, minimiza los riesgos asociados con la integración del sistema, lo que facilita a las empresas la transición a soluciones de redes de gran ancho de banda. Con Mellanox® InfiniBand, las empresas pueden mejorar la eficiencia operativa y mantener la adaptabilidad necesaria en medio de terrenos tecnológicos cambiantes.

¿Qué productos también se suelen ver con adaptadores Mellanox® InfiniBand?

Transceptores y Cables

Para obtener los mejores resultados en entornos de red, la mayoría de las veces, los adaptadores Mellanox® InfiniBand se combinan con transceptores y cables de excelente calidad. Un transceptor, como Mellanox® QSFP, actúa como una interfaz entre el adaptador y el conmutador al garantizar que los datos se transmitan a través de distancias que cumplan con la naturaleza exigente de los centros de datos. La selección adecuada de cables es esencial para la preservación de la integridad de la señal y la reducción de la latencia, particularmente en aplicaciones de alta velocidad; por lo tanto, los cables pasivos de cobre y los cables ópticos activos, entre otros tipos, deben elegirse con cuidado. Además, estos elementos se fabrican para cumplir con los estrictos estándares de la industria, lo que los hace compatibles con otros dispositivos dentro de un sistema de red InfiniBand y mejora la eficiencia. Estas dos cosas permiten a las organizaciones establecer bases sólidas capaces de soportar las complejidades de las cargas de trabajo cada vez mayores de acuerdo con las tendencias actuales.

Adaptadores de red complementarios

Por lo general, cuando las organizaciones buscan adaptadores de red complementarios para las soluciones Mellanox® InfiniBand, consideran muchas opciones de alta velocidad que mejoran sus redes. Por ejemplo, RDMA (Remote Direct Memory Access) y las capacidades de descarga son compatibles con la serie Mellanox ConnectX®, que tiene otras características avanzadas que pueden optimizar las transferencias de datos en entornos con alto rendimiento. Además, la cartera Ethernet de Intel incluye varios adaptadores que se pueden integrar en cualquier arquitectura de red necesaria. Otra opción es implementar soluciones de red HP que funcionen bien con los sistemas Mellanox®, creando así una infraestructura consolidada capaz de satisfacer diferentes requisitos operativos. Estos adaptadores garantizan la escalabilidad y la eficiencia en entornos de red donde se deben manejar simultáneamente muchas aplicaciones intensivas en datos.

Otros componentes informáticos de alto rendimiento

La integración de diferentes partes es esencial para que los entornos de computación de alto rendimiento (HPC) obtengan el mejor rendimiento posible. Algunos de los componentes más importantes incluyen sistemas de almacenamiento de alta velocidad como los SSD NVMe (Non-Volatile Memory Express), que brindan tiempos de acceso a los datos más rápidos que los medios de almacenamiento tradicionales. Además, las técnicas de enfriamiento avanzadas, como el enfriamiento líquido o por inmersión, pueden manejar de manera efectiva la salida de calor, lo que permite un rendimiento sostenido durante cargas de trabajo de computación pesadas. Además, la implementación de arquitecturas de procesador de última generación que incluyen GPU (Graphics Processing Units) y TPU (Tensor Processing Units), entre otras, acelerará las capacidades de procesamiento paralelo, lo que las hace muy útiles en tareas de aprendizaje profundo o en la ejecución de simulaciones complejas. Cuando se combinan, estos componentes forman un entorno automatizado que aumenta el rendimiento y la capacidad de respuesta de los sistemas HPC diseñados para lidiar con cálculos altamente intensivos.

¿Son los adaptadores Mellanox® InfiniBand compatibles con las tecnologías NVIDIA?

Integración con GPU NVIDIA para un rendimiento informático mejorado

Las GPU NVIDIA pueden funcionar bien con adaptadores Mellanox InfiniBand en entornos informáticos de alto rendimiento. Aumentan la computación al lograr la aceleración de la transferencia de datos entre GPU a través de un sistema integrado con las características de alto rendimiento y baja latencia de la tecnología Infiniband, útil para tareas que requieren una gran potencia de procesamiento, como el aprendizaje automático o la simulación. Si se utilizara NVLink junto con Mellanox InfiniBand, se aumentaría el ancho de banda y se reducirían los cuellos de botella, por lo que se podría ahorrar mucho tiempo durante la computación paralela en todos los sistemas. La IA y la ciencia de datos siempre están avanzando; por lo tanto, las aplicaciones a gran escala deben funcionar al máximo. Por lo tanto, estas capacidades combinadas deberían poder garantizar un rendimiento y una escalabilidad óptimos con respecto a los requisitos de big data.

Optimización del rendimiento con el software NVIDIA

Para obtener el mejor rendimiento posible al utilizar la tecnología NVIDIA, es necesario utilizar el paquete de software que ofrece NVIDIA. Crearon marcos de software como NVIDIA CUDA, cuDNN y TensorRT para optimizar las tareas realizadas con computación paralela en GPU. Con CUDA (Compute Unified Device Architecture), los desarrolladores pueden aprovechar al máximo las GPU de NVIDIA para el procesamiento de propósito general, lo que acelera significativamente las cargas de trabajo asociadas con los datos. cuDNN es una biblioteca para redes neuronales profundas que utilizan GPU para la aceleración; optimiza el entrenamiento y la inferencia, lo que la convierte en una parte esencial de cualquier aplicación de aprendizaje automático. TensorRT mejora esto al ofrecer mejores velocidades de ejecución en modelos de aprendizaje profundo donde muchas capas deben fusionarse o calibrarse con mayor precisión que antes. Al usarlos correctamente junto con principios de diseño de infraestructura sólidos, dichas organizaciones podrán aprovechar al máximo sus inversiones en NVIDIA y, al mismo tiempo, garantizar altos niveles de eficiencia computacional en las diferentes aplicaciones dentro de ellas.

Fuentes de referencia

InfiniBand

PCI-Express

Tecnologías Mellanox

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué es el adaptador Mellanox® InfiniBand?

A: El adaptador InfiniBand de Mellanox® es una tecnología que ofrece la mayor velocidad y flexibilidad de red del mercado. Permite que los centros de datos, los centros de alto rendimiento y las infraestructuras en la nube aumenten el rendimiento de la red y la eficiencia del rendimiento de las aplicaciones.

P: ¿Dónde puedo encontrar el manual de mi adaptador Mellanox® InfiniBand?

R: Los manuales de estos adaptadores están disponibles en los sitios web oficiales de los fabricantes o en sus secciones de soporte. También puede ponerse en contacto con nosotros para obtener documentación más específica relacionada con el modelo.

P: ¿Cuáles son las ventajas de utilizar la tarjeta adaptadora ConnectX-6 VPI?

A: La tarjeta adaptadora ConnectX-6 VPI establece récords en la industria con su puerto dual QSFP56, que admite conectividad Ethernet e InfiniBand y es compatible con ranuras PCI Express 4.0 x16. Estas características lo hacen ideal para aplicaciones de HPC y centros de datos.

P: ¿Puede el adaptador Mellanox® InfiniBand conectarse a redes Ethernet e InfiniBand?

R: Sí, lo hace. Esto se debe a que los adaptadores de interconexión de protocolo virtual (VPI) admiten distintos tipos de redes, como Ethernet o Fibre Channel over Ethernet (FCoE), entre otras, y al mismo tiempo ofrecen los altos niveles de rendimiento que requieren diversas aplicaciones, incluidas aquellas basadas en estructuras Infiniband.

P: ¿Cuáles son algunas de las características clave que ofrecen los adaptadores VPI ConnectX-7?

R: Las características notables de este adaptador incluyen compatibilidad con capacidades de red HDR100, NDR y 200 GbE, opciones de conectividad de doble puerto y altas tasas de rendimiento, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos informáticos de alto rendimiento donde los centros de datos exigentes necesitan soluciones robustas.

P: ¿Qué beneficios tienen las tarjetas adaptadoras Mellanox® si se conectan a una ranura PCIe4.0 x16?

R: La ranura PCIe4.0 x16 brinda más velocidad y menos demora, lo que mejora enormemente el rendimiento de las tarjetas adaptadoras Mellanox® y permite utilizarlas para procesamiento pesado de datos y redes de alta velocidad.

P: ¿Qué se puede hacer con respecto a la conectividad con las tarjetas adaptadoras Mellanox®?

R: Las tarjetas adaptadoras Mellanox® ofrecen interfaces de conexión como QSFP56 de puerto único, QSFP56 de puerto dual, conexiones ópticas y de cobre, y pueden funcionar con protocolos Ethernet e InfiniBand.

P: ¿Puedo utilizar el sistema operativo Linux con tarjetas adaptadoras Mellanox®?

R: Sí, las distribuciones Linux pueden ejecutarse en máquinas que tengan instaladas tarjetas adaptadoras Mellanox®. Estas tarjetas cuentan con buenos controladores y compatibilidad de software, lo que les permite funcionar a su máximo nivel de rendimiento.

P: ¿Qué significan “puerto único” y “puerto doble” en relación con los nombres de las tarjetas adaptadoras Mellanox®?

R: Los términos “puerto único” o “puerto doble” describen cuántas interfaces de red están disponibles en una tarjeta adaptadora. Las tarjetas de puerto único tienen solo un puerto, mientras que las de puerto doble tienen dos puertos, lo que permite una mayor redundancia y una mayor capacidad de ancho de banda.

P: ¿Cómo puedo saber qué modelo específico de tarjeta adaptadora Mellanox® se adapta a mis necesidades?

R: Para identificar la tarjeta adaptadora Melon más adecuada para sus necesidades, debe tener en cuenta factores como el rendimiento deseado, el tipo de red (Ethernet o InfiniBand), las ranuras compatibles (por ejemplo, PCI Express x16) y si tiene uno o dos puertos. También puede consultar las descripciones de los productos junto con los manuales que brindan especificaciones y pautas detalladas.