InfiniBandはケーブル技術である 高速データ転送を可能にする技術です。これは、高速通信と効率を必要とする現在のコンピューティング システムに不可欠な技術の 1 つです。InfiniBand は、高帯域幅と低遅延を実現する独自の設計を採用しており、データ センター、スーパー コンピューター、高性能コンピューティング クラスターでの使用に適しています。このガイドでは、これらのケーブルすべてについて、その部品、動作原理、従来のネットワーク方式に対する利点などを含めて説明します。この記事では、その技術仕様と導入シナリオを検討することで、多くのアプリケーションが大量の情報を処理する今日のデジタル世界の変化する要件を満たすために InfiniBand をどのように使用できるかを理解するのに役立ちます。
InfiniBand ケーブルとは何ですか?
InfiniBand テクノロジーの説明
InfiniBandテクノロジーは高速 相互接続アーキテクチャ 主にスーパーコンピューティング、データセンター、高性能コンピューティングで使用されます。ポイントツーポイントリンクを介して複数のデータパケットを同時に送信できるため、帯域幅の効率が大幅に向上します。このテクノロジは、同期および非同期通信モードをサポートすることで、リアルタイム処理に必要な低遅延接続を保証します。さらに、Infiniband は、多数のノードを接続することでより大きなファブリックを作成できるモジュール設計になっています。大量のデータを高速で処理できる機能により、特に低遅延で大量のスループットを必要とするアプリケーションを扱う場合、InfiniBand はイーサネットやその他の従来のネットワークシステムよりも優れた代替手段としてますます認識されています。
InfiniBand と Ethernet: 主な違い
InfiniBandとイーサネットは2つのネットワーク技術ですだが、これらは異なる目的と異なる環境で利用されており、特にパフォーマンスとアーキテクチャにおいて異なる。主な違いは帯域幅であり、InfiniBandはより高い帯域幅を実現できる。 データ転送速度多くの場合、200 Gbps を超えます。同時に、現在主流のイーサネット実装では、最大 100 Gbps に達します。
さらに、低遅延通信向けに作られているため、Infiniband は HPC (高性能コンピューティング) やデータ集約型タスクなどのリアルタイム処理を必要とするアプリケーションに最適です。ただし、時間の経過とともに遅延の削減に取り組んできましたが、イーサネットでは一般にオーバーヘッドが高く、データ転送中の遅延が大きくなります。
もう 1 つの重要な違いは、InfiniBand の設計によるスケーラビリティです。この設計により、データ センターなどの動的な環境で使用されるモジュラー ファブリック内でリソースを簡単にスケーリングできますが、イーサネット ネットワークで同様のスケーラビリティ レベルを実現するには、より複雑な構成が必要になる場合があります。
最後に、信頼性の高いトランスポート オプションと信頼性の低いトランスポート オプションがあり、InfiniBand によってサポートされています。これにより、送信中にデータを柔軟に管理できます。対照的に、ほとんどの場合、イーサネットは信頼性を重視しながらも追加の遅延が発生する接続指向モデルに従います。一般的に言えば、イーサネットは多用途で広く採用されているテクノロジですが、汎用ネットワーク システムのままであるため、大量の情報を処理する高性能アプリケーションのニーズを満たすために明示的に設計されたいくつかの特殊な機能を備えている場合は、InfiniBand の方が適しています。
InfiniBand ケーブルの種類
データ センター環境では、高速接続を確立するために InfiniBand ケーブルが使用されます。これらのケーブルには次の 3 種類があります。
- アクティブ銅ケーブル (ACC): 安価で、長距離パフォーマンス維持のための信号調整機能を備えています。ACC は短距離接続 (通常はラック内) に最適で、最大 100 Gbps の速度でデータを送信できます。
- パッシブ銅ケーブル (PCC): 電子部品がないため、アクティブ銅ケーブルよりも安価です。そのため、一般的に 5 〜 10 メートル程度の短いスパンにのみ適しています。
- 光ファイバー ケーブルは、光信号を使用してデータを伝送し、3 つのタイプの中で長距離で最も高いパフォーマンスを発揮します。さらに、数キロメートルの距離でマルチギガビットの速度を実現できます。このため、光ファイバーはデータ センターの相互接続やデータ ホール内の異なる列の接続に最適であり、高帯域幅と低遅延の要求がある環境に対応できます。
これらのケーブル タイプの選択は、距離、コスト、各ポイントで必要なパフォーマンスなどの要素を考慮した特定の使用例によって異なります。
InfiniBand ケーブルの仕様は何ですか?
InfiniBand 接続標準
InfiniBand Trade Association は、高速データ転送の互換性とパフォーマンスを確保するためのいくつかの仕様を含む、InfiniBand 接続の標準を定義しています。最も重要な接続標準のいくつかを次に示します。
- データ レートの標準: InfiniBand では、2.5 Gbps の SDR (シングル データ レート)、5 Gbps の DDR (ダブル データ レート)、10 Gbps の QDR (クアッド データ レート)、14 Gbps の FDR (フォーティーン データ レート)、25 Gbps の EDR (拡張データ レート)、50 Gbps の HDR (高データ レート)、最大 100 Gbps の NDR (次世代データ レート) など、さまざまなデータ レートがサポートされています。これらの段階的な改善により、最新の高性能コンピューティング アプリケーションのパフォーマンスが向上します。
- フォーム ファクタ標準: 光ケーブルまたは銅ケーブル用の QSFP コネクタと、さまざまな展開環境向けの標準フォーム ファクタにより、アプリケーション要件に基づいた接続タイプの柔軟性が確保されます。
- プロトコル標準: IPoIB - IP over InfiniBand は、この協会が管理するプロトコルの 1 つです。従来の RDMA プロトコルを使用したパケットベースの転送が可能になり、CPU の介入なしにメモリを効率的に使用できるため、レイテンシが短縮され、スループットが向上します。
データ センター環境内で無限ネットワークを設計または実装するシステム アーキテクトおよびエンジニアは、最良の結果を得るためにこれらの基準を知っておく必要があります。
データレートと帯域幅
InfiniBand に関しては、データ レートによってネットワークの帯域幅容量が定義され、データ転送速度と全体的なパフォーマンスが決まります。今日のトップ テクノロジ リソースによる調査結果によると、InfiniBand 接続は 2.5 Gbps (SDR) から驚異的な 100 ギガビット/秒 (NDR) までの帯域幅を提供できます。
- 帯域幅の利用: 高性能コンピューティング環境では、帯域幅の効率的な利用が重要です。InfiniBand アーキテクチャの設計に従って複数のデータ ストリームを同時に処理することで、スループットが最大化され、レイテンシが最小化されます。
- スケーラビリティ: スケーラビリティは、Infiniband に関して見逃してはならないもう 1 つの重要な側面です。つまり、システム内の複雑さが増し、データのニーズが拡大したために HDR や NDR などの新しい標準が採用されるたびに、組織はすべてを再設計することなく、情報転送能力を拡張できるということです。
- 実際のアプリケーション: 速度に関する Infiniband の堅牢性は、大量の情報の高速処理に大きく依存するさまざまな分野で採用されています。これには、科学調査、金融取引フロア、ビッグデータ分析センターなどがあり、これらの分野では、データの迅速な移動と、これらの速度によって促進されるリアルタイム分析機能が求められるため、より高度な接続標準の採用パフォーマンス要件の必要性が示されています。
相互接続規格が相互接続されたシステムを介してビットをどれだけ速く通過させることができるかを理解することで、管理者は InfiniBand を使用するサーバー ファーム内の最新のトラフィック管理システムを最適化し、節約できるだけでなく、すべてのリンクで高速を維持しながら無駄がないようにすることができます。
シールドと建物の品質
InfiniBand ケーブルのパフォーマンス、耐久性、干渉を最小限に抑える能力は、シールドと製造品質に大きく依存します。適切なシールド材料は、電磁干渉 (EMI) が存在する場所でもデータの整合性セキュリティを確保します。このようなケーブルは、業界標準に従ってこのタイプの干渉に対して信頼性の高い保護を提供することが知られており、厳しい状況でも高速信号を安定させることができます。
さらに、これらの接続の一般的な構造品質、つまりコネクタの種類、ケーブル ジャケットの強度、製造精度なども、信頼性と寿命に影響します。信号損失を最小限に抑えた物理的な安定性は、強力なコネクタを使用することで実現されますが、摩耗や環境的側面に耐えるジャケットは、摩耗などから保護することでこれを実現します。最適なネットワーク パフォーマンスの持続性には、長期にわたって最新のデータ集約型アプリケーションの要求に適切に対応できる、高品質の InfiniBand コンポーネントへの投資が必要です。
InfiniBand NDR と HDR の違いは何ですか?
InfiniBand NDR を理解する
InfiniBand NDR (Next Data Rate) は、主にデータ レートの向上とレイテンシの低減を目的として開発された、InfiniBand のアーキテクチャにおける大幅な進歩です。最大 400Gbps の速度をサポートしており、以前のバージョンに比べて大幅に改善されています。最大 200Gbps の HDR (High Data Rate) とは異なり、NDR は高度なエンコード技術を使用してより効率的なデータ転送を可能にし、追加の物理インフラストラクチャを必要とせずにスループットを XNUMX 倍にします。これらの機能には、高速操作全体で情報の整合性を保証するための、より優れたリンク信頼性とより堅牢なエラー訂正機能も含まれています。このため、Infiniband NDR は、人工知能、機械学習、HPC (高性能コンピューティング) などのレイテンシを低く抑える必要がある高パフォーマンス ニーズのあるアプリケーションに適しています。したがって、I/O 集約型のワークロード向けにネットワーク設定を最適化する場合は、これらの違いを理解しておくことが重要です。
InfiniBand HDR とは何ですか?
InfiniBand HDR (High Data Rate) は、最大 200 Gbps の速度でデータを転送できるデータ通信規格です。これは、100 Gbps の速度を提供する EDR (Enhanced Data Rate) などの旧バージョンよりも高速です。HDR は、高度な信号処理およびエンコード技術を使用して、低遅延で高スループットを実現するため、ビッグ データ分析、ディープラーニング、高性能コンピューティング (HPC) など、大量の帯域幅を必要とするアプリケーションに最適です。さらに、以前の InfiniBand プロトコルとの下位互換性があるため、既存のシステムに簡単に統合できます。この仕様では、リンクの信頼性が向上し、エラー率も低下するため、最新のネットワーク シナリオでより効率的で堅牢な伝送が可能になります。
NDRとHDRの比較
InfiniBand NDR (Next Data Rate) と HDR (High Data Rate) を比較すると、明らかな違いがあります。最も顕著な違いは、NDR が最大 400 Gbps の速度をサポートしていることです。これは、HDR で達成される最大 200 Gbps の XNUMX 倍の速度です。この追加容量は、リアルタイム分析や広範なデータ処理に依存する高度なアプリケーションにとって不可欠です。
NDR は HDR よりも高度な信号整合性とエラー訂正方式も使用しているため、信頼性が向上します。どちらのプロトコルも低遅延を念頭に置いて作成されていますが、これらの改善により、人工知能や機械学習システムで使用されるような速度と精度が重要な環境では、NDR のパフォーマンスが大幅に向上します。最後に、HDR は以前の InfiniBand テクノロジとの下位互換性を維持していますが、アップグレードを計画している組織は、既存のインフラストラクチャ内で最適なパフォーマンスを得るために NDR によって行われた変更による相互運用性を考慮する必要があることに注意してください。
InfiniBand ケーブルの用途は何ですか?
データセンターにおけるInfiniBand
InfiniBand テクノロジーは、サーバーとストレージ システムが低遅延で高速に相互通信できるようにするため、今日のデータ センターに不可欠な要素となっています。分散コンピューティング アプリケーションと効率的なデータ処理をサポートしているため、ハイパフォーマンス コンピューティング (HPC) 環境での使用に最適です。たとえば、組織は人工知能、ディープラーニング、科学的シミュレーションに取り組む際に、このテクノロジーを使用して複数のノードを接続できます。
さらに、InfiniBand のスケーラビリティは、特にインフラストラクチャを大幅に変更することなく成長する必要がある可能性がある大規模なデータセンターを考慮すると、その強みの 1 つです。さらに、RDMA (Remote Direct Memory Access) は、プロトコルでサポートされているもう 1 つの機能であり、1 台のコンピューターがオペレーティング システムを介さずに別のコンピューターのメモリに直接アクセスできるようにすることでパフォーマンスを向上させ、CPU オーバーヘッドを削減してアプリケーションのパフォーマンスを高速化します。ますます多くのデータセンターがクラウドおよびエッジ コンピューティング モデルに移行するにつれて、そのような環境に必要な強力で信頼性の高い接続ソリューションを提供する InfiniBand の採用が増加するでしょう。
ハイパフォーマンス コンピューティング (HPC)
ハイパフォーマンスコンピューティングとは、複数のコンピューターを使用して大量のデータを迅速に処理し、複雑なシミュレーションを実行することを指します。科学、エンジニアリング、金融など、多くの分野で使用されています。HPC システムを構築するには、強力なプロセッサーと並列処理の高度な技術が必要であり、標準的な PC よりもはるかに高速に動作できます。InfiniBand テクノロジを HPC 環境に統合すると、クラスターのノード間の通信に十分な帯域幅が提供され、遅延が無視できるため、特に便利です。この機能は、気候モデリング、分子動力学シミュレーション、ビッグデータセットでの機械学習など、かなりの計算能力を必要とするタスクを処理するときに不可欠になります。さらに、この分野での継続的な開発により、より良い結果が得られます。GPU やその他のアクセラレーターを追加すると、エネルギー効率とパフォーマンスが向上し、ハイパフォーマンスコンピューティングは、将来のデータ駆動型産業の発展にとってさらに重要なツールになります。
エンタープライズ環境におけるネットワーク
ネットワーキングは、効果的なコミュニケーション、情報共有、業務効率を確保するため、ビジネスに不可欠です。組織は、さまざまなネットワーキング テクノロジを使用して、デバイス、ユーザー、アプリケーションを相互接続します。ローカル エリア ネットワーク (LAN)、ワイド エリア ネットワーク (WAN)、クラウド ベースのソリューションは、企業の目標を実現するための包括的なインフラストラクチャを作成するエンタープライズ ネットワーキングの主要コンポーネントです。
堅牢なネットワーク管理ツールを導入すると、トラフィックの監視、トラブルシューティング、セキュリティ プロトコルのメンテナンスを改善できます。ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) とネットワーク機能仮想化 (NFV) は、企業が変化に迅速に対応し、柔軟性と拡張性を提供できるテクノロジの 1 つです。さらに、サイバー脅威の進化により、多くの企業にとって、複数の防御層とプライベート データを保護する暗号化プロトコルが組み合わされた安全なアーキテクチャが大きな懸念事項となっています。つまり、優れたネットワーク戦略により、このようなインシデントによって組織の活動が中断される可能性に対する生産性と継続性計画が向上します。
適切な InfiniBand ケーブルを選択するにはどうすればよいでしょうか?
パッシブ光ケーブルとアクティブ光ケーブル
パッシブ光ケーブルとアクティブ光ケーブルのどちらがニーズに合っているかを知るには、それぞれの長所を知っておく必要があります。パッシブ光ケーブルには電子部品が一切なく、光ファイバーの特性を利用して情報を伝送します。POC はコストが低く製造が簡単なため、主に短距離接続に使用されます。軽量で柔軟性があるため、スペースが限られた場所に最適です。
一方、アクティブ光ケーブルは両端にトランシーバーが内蔵されており、長距離伝送が可能で、その距離にわたって信号の整合性が向上します。そのため、高性能データセンターや、機器ラック間やサーバー内部など、長距離にわたって高帯域幅が必要なその他の環境で使用できます。AOC は POC よりもコストがかかる場合がありますが、高度なテクノロジーにより信号の減衰が補正されるため、パフォーマンスが向上します。
結論として、パッシブ光ケーブルとアクティブ光ケーブルのどちらを選択すべきかは、距離要件、帯域幅ニーズ、予算制限など、ここで述べたいくつかの要因によって決まりますが、それらすべてが、今日私たちの周りのさまざまな組織で採用されているネットワーク アーキテクチャの有効性に応じて重要な役割を果たすため、それらに関する要因を 1 つも無視しないように注意してください。
コネクタタイプ: QSFP56、QSFP
Quad Small Form-factor Pluggable（QSFP）コネクタシリーズは、イーサネットやInfiniBandなどの高密度データ通信アプリケーション向けに設計されています。 QSFP56 このコネクタは、最大 200 Gbps のデータ レートをサポートする前身の QSFP+ の改良版です。これを実現するために 50 つの XNUMX Gbps チャネルを使用しているため、高速データ センターなどの過酷な環境でも十分な強度を備えています。
QSFP コネクタは、銅線や光ファイバーケーブルなど、さまざまなケーブル技術で動作するため、効率的なネットワーク設計に不可欠です。つまり、QSFP56 は、エンタープライズ ネットワーキング、電気通信、高性能コンピューティングなどに使用でき、データ ニーズの増加に応じてビジネスに成長の余地を与えます。組織は、接続タイプを選択してパフォーマンスと信頼性を最大限に高める際に、消費電力、挿入損失、全体的なネットワーク アーキテクチャも考慮する必要があります。
曲げ半径やシールドなどの他の要素を考慮する
ケーブル配線ソリューションを探す際には、時間の経過とともにネットワーク パフォーマンスが向上するよう、曲げ半径とシールド特性を評価することを忘れないでください。曲げ半径とは、ケーブルを損傷したり効率を変えたりすることなく曲げることができる最小半径です。これに従わないと、特に光ファイバーや高速銅ケーブルでは、信号損失、減衰の増加、さらにはケーブルの完全な破損につながる可能性があります。設置中は、システムの機能性を損なわないように、メーカーが指定した曲げ半径のガイドラインに従うことが重要です。
もう 1 つの重要な考慮事項はシールドです。これは主に銅ケーブルでの電磁干渉 (EMI) とクロストークから保護します。シールド ケーブルは、電磁ノイズの多い環境で使用すると、信号の整合性を大幅に向上させることができます。シールドなしツイスト ペア (UTP) とシールド ツイスト ペア (STP) のどちらを選択するかは、動作環境の特性と予想される干渉レベルによって異なります。したがって、適切なシールドと最適な曲げ半径仕様を備えた製品を選択すると、安定したパフォーマンス レベルを確保しながら、より高いデータ スループット レートを維持できる信頼性の高いネットワーク インフラストラクチャの構築に大きく役立ちます。
参照ソース
よくある質問（FAQ）
Q: InfiniBand ケーブルは何に使用されますか?
A: InfiniBand ケーブルは、高性能コンピューティング (HPC) 環境で使用され、スーパーコンピューターやデータセンター内のサーバー、ストレージ システム、ルーターやスイッチなどのネットワーク デバイス間のデータ転送を低遅延で高速化します。
Q: InfiniBand とイーサネットの違いは何ですか?
A: イーサネット ケーブルと比較すると、InfiniBand は通常、帯域幅が高く、レイテンシが低くなります。イーサネットは幅広いエンタープライズ アプリケーションで使用されていますが、InfiniBand は高度な HPC システムなど、高速で低レイテンシの通信を必要とする環境向けに特別に設計されています。
Q: どのような種類の InfiniBand ケーブルが利用可能ですか?
A: InfiniBand ケーブルには、パッシブ銅ケーブル、ダイレクト アタッチ銅 (DAC) ケーブル、アクティブ銅ケーブル、光ファイバー ケーブルなどさまざまな種類があり、SDR、DDR、QDR、FDR、EDR など、さまざまなデータ レートを持つこともできます。
Q: InfiniBand ケーブルの「4x」とはどういう意味ですか?
A: 「4x」はケーブル内のレーンまたはチャネルの数を表し、データの転送速度に影響します。たとえば、4x は 1x よりも帯域幅が広くなります。
Q: 4x InfiniBand ケーブルはどこで使用できますか?
A: これらは通常、スーパーコンピューターやその他の高度な HPC システム内など、高パフォーマンスと低レイテンシが求められるネットワークやデータセンターのシナリオで使用されます。
Q: InfiniBand FDR とは何ですか?
A: 「InfiniBand FDR」という略語は何の略ですか? これは Fourteen Data Rate の略で、56x レーンあたり最大 4 Gbps のデータ転送速度を持つ InfiniBand のバージョンです。このような接続は、主に高速転送が必要な環境で使用されます。
Q: Infiniband EDR と FDR の違いは何ですか?
A: 他のタイプの InfiniBand とどう違うのですか? Enhanced Data Rate (EDR) は Fourteen Data Rate (FDR) よりもデータ転送速度が高速です。100x レーンあたり最大 4 Gbps に達するため、最大のスループットと低レイテンシのパフォーマンス要件を持つアプリケーションに最適です。
Q: PCI Express と互換性のある Infiniband ケーブルはありますか?
A: InfiniBand ケーブルを PCI Express 経由でサーバーやストレージ デバイスに接続できますか? はい、この目的のために特別に設計されたホスト バス アダプター (HBA) を使用すれば可能です。これらのアダプターにより、コンピューター内で高速データ転送が可能になります。
Q: パッシブ銅 Infiniband ケーブルを使用する利点は何ですか?
A: パッシブ銅ケーブルはコスト効率が良く、設置も簡単です。信頼性が高く、低遅延の接続オプションを提供します。ただし、アクティブワイヤや光ファイバーソリューションと比較すると、範囲が制限されます。
Q: InfiniBand トランシーバーは何をするのですか?
A: InfiniBand トランシーバーは、電気信号を光信号に変換し、その逆も行います。これにより、光ファイバー接続を使用して長距離の高速通信が可能になります。このコンポーネントにより、データ集約型環境で最高のパフォーマンス レベルが保証されます。