Infiniband のパワーを解き放つ: 銅線ケーブルと直接接続ソリューションの詳細

近年、効率的なデータフローと伝送技術が成熟し、Infiniband は効果的な媒体として際立っています。この進化により、高帯域幅と低遅延のパフォーマンスが急増しています。Infiniband は、高速データ通信が不可欠な環境でプロセッサと I/O デバイスの相互接続を容易にします。このブログでは、 銅ケーブル Infiniband の使用における、直接接続アプリケーションの側面について解説します。これらのコンポーネントを、常にアグレッシブな今日の「コンピューティング インフラストラクチャ」での使用に最適化する方法を探ります。徹底的かつ詳細に、銅ツイスト ペア上の Infiniband の仕組み、その利点、および導入に踏み切る前に考慮する必要がある経済的および産業的要因について説明します。全体として、このホワイト ペーパーでは、その他の最新の業界標準やベスト プラクティスを考慮しながら、Infiniband ケーブルの使用と活用について完全に理解できるようにしています。これにより、最終的には、読者がこのテクノロジを自分の仕事に適用して、パフォーマンスを向上させるのに十分な知識を身に付けることができます。

目次

Infiniband とは何ですか?またその仕組みは何ですか?

インフィニバンドケーブル

インフィニバンド技術は、次のような期待される役割で際立っています。 データ転送速度 2 つのデバイスを接続するだけにもかかわらず、低レイテンシと高帯域幅を実現します。これは、負荷の高いコンピュータ システムやエンタープライズ ソリューション アーキテクチャでよく採用されています。この機能を実現するために、このテクノロジでは、ケーブルと光ファイバーを使用して接続されたルーターのネットワークを使用します。このテクノロジは、多数のチャネル間でデータ パケットを移動し、帯域幅を効率的に確保しながら、RDMA によるデータ移動による通信時間を短縮します。これにより、データは CPU を経由せずにシステムのメモリ間を移動できるため、システムのパフォーマンスが維持され、DDR などの計算構成の制限が軽減されます。

Infiniband テクノロジーの基礎を理解する

Infiniband テクノロジをその全体像で理解するには、その必須要素と設計コンセプトについて触れるのが適切です。テクノロジとして、Infiniband は、物理層、リンク層、ネットワーク層を含む階層化アーキテクチャで設計されており、インフラストラクチャ全体での情報の伝送が容易になっています。物理層は、データ信号を送信する水または光ファイバーの大容量シールド ケーブルで構成されています。リンク層は、フロー制御とエラー検出/修正を処理します。対照的に、ネットワーク層は、データ パケットを最終宛先に配信し、直接接続された銅線 Twinax ケーブルの管理がスムーズに機能するようにします。Infiniband の要素の 1 つに、CPU を通過せずに 1 つのメモリ位置から別のノードの別のメモリ位置に直接データを転送できる RDMA 機能があります。これにより、レイテンシが短縮されます。Infiniband は相互通信の一種であり、高速なデータ取得と転送を必要とするデータ センターや高拡張コンピューティング クラスター環境に適した手段です。

Infiniband は Ethernet とどう違うのですか?

Infiniband と Ethernet は一般的なデータ転送技術ですが、それぞれ異なる要件と標準を満たしています。Infiniband は、スループットが高くレイテンシが低いという点で優れており、高速データ処理に重点を置く高性能コンピューティング (HPC) やデータ センターに適しています。100 Gbps およびその倍数で動作できます。CPU に負担をかけずにデータ転送を可能にする RDMA 機能を備えています。

逆に、イーサネットはより利用しやすく、より安価なため、一般的なネットワークの展開で主流となっています。イーサネットは長年にわたって速度が向上し、最新の進歩では最大 400 Gbps に達していますが、Infiniband が提供するレイテンシには遅れをとっています。現在開発中の Ethernet RDMA over Converged Ethernet (RoCE) はこの目標を追求していますが、XNUMX マイクロ秒が重要な分野では Infiniband が好まれます。したがって、ネットワーク インフラストラクチャのパフォーマンス要件とコストの考慮事項によって、XNUMX 種類のネットワークの選択が決まるようです。

高速データ転送における Infiniband ケーブルの役割を探る

Infinibandシステムは、ネットワークインフラストラクチャのコンピューティングノード間の高速相互接続を提供し、これは以下を使用して実現できます。 インフィニバンドケーブルInfiniband ケーブルは、必要な帯域幅と低い通信遅延で知られる Infiniband テクノロジーの高速データ転送アーキテクチャをサポートできます。これらのケーブルは、ノードのパケット転送を伝播し、その逆も行うことで、パケット Infiniband システムをサポートします。RDMA (リモート ダイレクト メモリ アクセス) 機能により、標準的なネットワーク アプローチで発生するオーバーヘッドが大幅に削減されます。この機能により、アプリケーションは CPU を経由せずにリモート メモリに直接アクセスできます。これは、クラスターでのデータ取得の効率を大幅に向上させます。パフォーマンスが最優先される HPC システムのコンテキストでは、30AWG パッシブ ダイレクト アタッチ銅線 Twinax などの Infiniband ケーブルを選択すると、データ センターと HPC クラスター内でのテクノロジーの実装のメリットを最大限に活用できます。

ネットワークにダイレクトアタッチ銅線を選択する理由

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ダイレクトアタッチ銅ケーブルを使用する利点

ダイレクト アタッチ銅線 (DAC) ケーブルは、データ センター環境での低コストとパフォーマンスの低さから、ますます人気が高まっています。まず、これらのケーブルは光ケーブルよりも電力効率が高く、ミリ秒単位の遅延が少ないため、速度と電力消費が重要なラック インターフェイスに適しています。次に、DAC ケーブルは、頻繁なプラグの抜き差しによる摩耗に強い丈夫な素材で作られているため、信頼性が高く、寿命が長く、ライフサイクルが長くなります。3 番目に、追加のトランシーバーが不要なため、導入コスト効率が高く、特にパッシブ ダイレクト アタッチ銅線 Twinax ケーブルを使用する場合は、インストールが簡単です。これらの特性により、DAC ケーブルは高密度のネットワークや HPC 環境に適した合理的なソリューションになります。

ダイレクトアタッチ銅線とアクティブ光ケーブルの比較

ダイレクト アタッチド カッパー (DAC) ケーブルとアクティブ オプティカル ケーブル (AOC) を分析し始めると、ネットワーク要件に応じてどちらかを選択できるいくつかの重要な違いが明らかになります。データ センターのラック内またはラック間の接続に適した 30AWG バージョンを考えると、DAC ケーブルは通常、短距離接続に対応しており、消費電力が少なく、信頼性が高く、比較的安価です。頻繁なプラグの抜き差しによる力に耐える頑丈な構造のため、結果として生じる遅延は大幅に少なく、接続の信頼性は高くなります。

一方、DAC ケーブルは優れた帯域幅を提供しますが、AOC ケーブルはより長距離に接続できるという利点があるため、長距離通信を行う場合は DAC と一緒に必要になることがよくあります。この懸念または懸念事項の欠如により、AOC の方が使いやすく、重量も軽いため、AOC を積極的に使用することでメリットが得られます。ただし、トランシーバーなどの追加コンポーネントが必要であることを考えると、AOC に比べて高価であるため、コスト面での懸念が生じます。2 つのオプションのいずれのソリューションにも、距離、設置設計、複雑さ、消費電力、予算などの制限があります。

ニーズに合った適切なダイレクトアタッチ銅線ケーブルの選択

サービスに適したダイレクト アタッチ銅線 (DAC) ケーブルの選択は、ネットワークの特性によって決まります。まず、アプリケーションに必要なデータ レートを決定することが重要です。1 Gbps から 400 Gbps の範囲のデータ レートの DAC ケーブルを購入できます。次に、コネクタ端間の距離を評価します。DAC ケーブルは短距離接続 (通常 10 m 未満) に最適化されているため、ラック内アプリケーションで優先的に使用されます。また、最良の結果を得るには、すでに使用されているハードウェアとの互換性を維持する必要があります。低消費電力も目指す経済性が重視される分野では、光ケーブルよりも DAC ケーブルの方が優れています。最後に、DAC ケーブルは相当の摩耗に耐えられるため、環境とコードの抜き差しの頻度を考慮してください。つまり、ケーブルは長持ちし、常に変化するネットワーク状況でも信頼性が高くなります。

無限帯域幅 EDR に適した銅ケーブルを選択するにはどうすればよいでしょうか?

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銅ケーブルアセンブリで注目すべき主な機能

EDR (Enhanced Data Rate) 標準帯域幅を満たすように設計された銅ケーブル アセンブリでは、いくつかの重要な特性を調べる必要があります。まず、問題の帯域幅を見直して、低遅延に加えて大容量の安全なデータ通信を促進できることを確認する必要があります。また、EMI シールドを強化したり、メッシュ ハーネスを改善したりする導体材料と構造の進歩についても調査します。これらの接続プロトコルとの統合は、既存のシステムを将来的に強化するための必須要件です。その他の機能には、耐久性、信頼性、柔軟性があります。厚い設計で優れた被覆が可能であれば、アクティブな動作条件でも柔軟性に耐えることができます。また、ネットワーク ソリューションの信頼性と長期的な持続可能性に役立つため、熱性能とエネルギー効率も考慮してください。

データレートと帯域幅の機能を理解する

EDR の無限帯域幅を評価する際、主要なデータ レートと帯域幅の特徴は、信号周波数、変調、およびチャネル容量です。周波数が高いほど、データ伝送の可能性は大きくなりますが、EDR QSFP28 はデータ転送速度が高くなります。振幅変調と周波数変調は、帯域幅の単位ヘルツあたりのデータをより効率的に転送する上で同様に重要です。この用語はチャネルの能力として定義できます。シャノン - ハートレーの定理によると、特定の帯域幅で特定のノイズ レベルで可能な最大ビットレートが含まれます。必要なネットワーク内で銅ケーブルを最適に動作させながら必要な時間を短縮するには、適切な帯域幅利用でこれらの要素を考慮する必要があります。

Infiniband EDR システムとの互換性の確保

InfiniBand 拡張データ レート システムとの相互運用性を拡大するには、ハードウェア コンポーネントとソフトウェア コンポーネントに対処する必要があります。InfiniBand EDR 機能をサポートする機能を備えた Prefined アダプタ、スイッチ、ケーブルを組み込むことが最も重要です。統合ネットワーク アダプタを採用すると、既存のデータ センター インフラストラクチャ上でネットワークがさらに拡張されます。さらに、InfiniBand Trade Association などの専門企業が確立した仕様の承認により、ネットワーク コンポーネントの一貫性が保証されます。ソフトウェア機能のパフォーマンスとセキュリティ レベルを維持するには、ドライバとファームウェアの定期的な更新も重要です。相互運用性の要件を無視しないことで、重大な障害から保護され、ネットワーク システム間で効果的なデータ転送が可能になります。

NVIDIA Infiniband ケーブルが優れている点は何ですか?

NVIDIA インフィニバンド DAC の詳細

NVIDIA Infiniband ソリューションの利点を探る

NVIDIA ソリューションには多くの利点があり、高性能コンピュータ ネットワークに適しています。たとえば、高帯域幅の提供に優れています。これにより、データ転送速度が速いためアプリケーションのパフォーマンスが向上し、ビッグ データ アプリケーションでもスムーズに実行できます。従来のネットワークや通信テクノロジでは遅延が発生する可能性がありますが、低遅延の MicroTCA システムに実装された InfiniBand には、分析サイクル全体にわたってそのデータを記録するという利点があります。 

さらに、ネットワーク要件は高まっており、特に Nvidia InfiniBand はより優れたネットワーク パフォーマンスを提供し続けています。これは、データ センターの数を増やすために必要であり、より大規模なクラスターの環境とのシームレスな統合を保証します。

さらに、NVIDIA InfiniBand の対象となるリソースには、タスクを効率的に実行するのに役立つ高度なネットワーク管理機能があります。このような機能には、インテリジェント ルーティング、サージ制御、その他の高度なエラー検出および修正メカニズムが含まれます。このような機能は、特に InfiniBand ソリューションの目的を考えると、サーバー全体の効率と安定性を高め、パフォーマンスを低下させることなくサーバーが取り組む負荷の高いタスクを支援するために不可欠でした。

Mellanox と NVIDIA Infiniband の製品比較

NVIDIA と Mellanox のネットワーク テクノロジーについて語るときにまず覚えておくべきことは、両社が 2020 年に Mellanox Technologies を買収したことです。つまり、両社は現在、同じ組織エコシステムの一部になっています。この一致は以前は存在しなかったため、歴史的説明は異なります。両社は、業界を熱狂させたイノベーションでも知られています。同社の製品は、大規模なサーバーとストレージ インフラストラクチャを圧倒されることなく構築するために不可欠でした。

NVIDIA の InfiniBand は、Mellanox の豊かな歴史のおかげで、改善され続けています。これらのソリューションは、ワークロード要件や AI 最適化を支援するものなど、より堅牢な NVIDIA インフラストラクチャにも統合されています。Mellanox のコア技術と NVIDIA の開発を組み合わせることで、Mellanox やその他の企業はシームレスなデータ移動サービスを提供し、複数のネットワーク間で最大限のデータ転送可用性を確保できます。NVIDIA が今日 InfiniBand ソリューションを販売しているのは、同社が数十年にわたって豊富なネットワーク技術の専門知識を蓄積してきたからです。

銅ケーブルを効率的に設置および保守するにはどうすればよいでしょうか?

NVIDIA インフィニバンド DAC

銅ケーブルアセンブリの設置に関するベストプラクティス

干渉と将来のメンテナンスの制限を最小限に抑えるために、経路と末端を詳細に分析して、銅ケーブル アセンブリを効率的に設置してください。耐久性と満足のいくパフォーマンスを保証するために、関連規格で指定されている高品質の材料を使用してください。設置中にケーブルがねじれないように、指示に従って曲げ半径を設定してください。ねじれると、設置セットで信号が歪む原因になります。高密度 QSFP 接続など、ハードウェアで適切に固定して、時間の経過とともに過度の負担や損傷を防ぎます。各ケーブルをラベルで識別し、将来のメンテナンスやトラブルシューティングのために整合性を維持します。EDR または FDR テクノロジを使用するコネクタは、定期検査中に常にチェックして、設置がパフォーマンス要件に準拠していることを確認する必要があります。すべてが正しく実行されていれば、作業の優れたパフォーマンスとケーブル インフラストラクチャの寿命が保証されます。

銅線およびTwinaxケーブルの寿命を延ばすためのメンテナンスのヒント

銅線および Twinax ケーブル「新改良ケーブル」の寿命を最大限に延ばすには、定期的なクリーニングを含む適切なメンテナンスが不可欠です。ワイヤーを清潔に保つには、定期的にワイヤーを覗いて、パフォーマンスの低下につながる可能性のある損傷がないか確認することも必要です。常に環境条件に細心の注意を払い、温度と湿度を最適なレベルに保ち、熱膨張と収縮が起こらないようにして、電荷の完全性を高めます。また、ケーブルを半径を超えて曲げたり、ケーブル タイを締めすぎたりしないように注意してください。補助配線を配置して、電磁干渉がワイヤーに影響を与えないようにし、信号を増幅する必要があります。これらの原則を順守することで、ケーブルを定期的にメンテナンスすることで、最大限の信頼性と効率が保証されます。

ダイレクトアタッチ銅線設置における一般的な問題への対処

ダイレクト アタッチド 銅線 (DAC) ネットワークでは、接続のドロップアウト、クロストーク、ケーブルの取り扱いミスなどの問題もあります。切断を回避するには、コネクタ全体と接続デバイスをしっかりと固定する必要があります。物理構造の周囲に強力な磁場がある場合は、信号への干渉を排除するために適切な接地対策が必要です。シールドされた DAC ケーブルは、特に 4x 構成を使用する場合に、パフォーマンスの低下を最小限に抑えて必要な CADM も提供します。ケーブルを効果的に配線する必要があります。配線が不十分でケーブルがきつく曲がっていると、ワイヤに機械的な力が加わり、ケーブルの寿命が短くなる可能性があります。これは予算の範囲内で時間をかけて行う必要があります。そうすることで、変更が必要な領域またはデバイスにのみテクノロジの改善や展開を行うことができます。

参照ソース

光ファイバ

よくある質問(FAQ)

Q: QSFP28 100G EDR Infiniband ケーブルを使用する利点は何ですか?

A: QSFP28 100G Infiniband ケーブルは、最大 100G の速度を維持するように設計されているため、このようなテクノロジを必要とするデータ センターで高帯域幅、低レイテンシ、および全体的な優れたパフォーマンスをサポートできます。高性能コンピューティングおよびストレージ ネットワークに適しています。このような構成は現在、DAC (ダイレクト アタッチ銅線) および AOC アクティブ光ケーブルで利用可能であり、アクティブ ケーブルでは不十分な距離に対してツインナックス オプションを有効にします。 

Q: InfiniBand 接続の距離侵害に関して DAC ケーブルと AOC ケーブルを比較してください。 

A: DAC (ダイレクト アタッチ銅線) ケーブルの接続は安価で、パッシブ銅線ツイナックス ケーブルを使用して 5 ~ 7 メートルの接続距離を延長できます。AOC アクティブ光ケーブルを使用すると、光ファイバーを使用してワイヤ間の延長距離を長くすることができ、ケーブル性能を損なうことなく最大 100 メートル以上の距離まで接続できます。手頃な価格ですが、AOC は接続性能に優れており、ゾーンに応じて重量が軽くなりながら距離を延長できます。唯一の欠点は、AOC が銅線よりも高価なことです。

Q: QSFP28 から QSFP28 への Infiniband ケーブルにはどのような長さがありますか?

A: Infiniband ケーブルには、さまざまなデータ センターの要件に合わせて、さまざまな種類のケーブル長があります。DAC ケーブルの標準の長さは 1 ~ 7 m で、1 m、2 m、3 m、5 m、7 m です。AOC ケーブルは、最大 10 m、15 m、20 m で製造され、30 m を超える長さまでジップされています。適切な製品長を選択することの本質は、信号損失を削減して効果的なパフォーマンスを向上させることです。

Q: Infiniband 製品ではどのようなパラメータを考慮すべきですか? 

A: 必要なデータレート(EDR、HDR、NDR)、デバイス間のスペース、コネクタの種類(QSFP28、 QSFP56) であり、Infiniband ネットワークを効率的に動作させるための決定を行う際には、設定された予算を考慮する必要があります。デバイスが近くにある場合は、Twinax DAC ケーブルが手頃な価格です。長距離配線や拡張の可能性がある場合には、AOC が適しています。さらに、ネットワーク デバイスが正常であることを確認し、必要なブレークアウト ケーブルまたはトランシーバーがあることを確認してください。

Q: Infiniband ネットワークでパッシブ銅線ツイナックス ケーブルを使用するとどのような利点がありますか?

A: Twinax パッシブ銅ケーブル (DAC) には、Infiniband ネットワークでいくつかの利点があります。これらは、安価でパッシブに直接接続された銅 Twinax ケーブルであり、エネルギー消費量が少なく、短距離でのみ有効です。このようなケーブルはレイテンシ レベルが低く、相互接続やトップ オブ ラック リンク (TOR) アプリケーションに適しています。また、個別のトランシーバーを必要としないため、簡単に導入でき、直接接続された銅 Twinax ケーブルが使用される多くのデータ センター シナリオでますます人気が高まっています。 

Q: Infiniband 以外に 100G EDR QSFP28 ケーブルが動作するプラットフォームはありますか?

A: QSFP28 Infiniband EDR ケーブルは、多くの場合、イーサネット用の 100GBASE-CR100 などの他の 4G ネットワーク規格と互換性があります。ただし、機器の互換性をテストすることが重要です。イーサネットと Infiniband のみをサポートするように特別に設計されたケーブルは、幅広い用途に対応できる可能性がありますが、他のケーブルは XNUMX つのプロトコルのみをサポートする可能性があります。常に仕様を確認し、互換性の詳細については製造元またはベンダーにお問い合わせください。

Q: 新しく実装された Infiniband 標準とは何ですか? また、EDR と比較してどうですか?

A: Infiniband SDR (シングル データ レート)、DDR (ダブル データ レート)、QDR (クアッド データ レート)、EDRA は、最新の標準規格です。HDR は QSFP200 コネクタを使用してポートあたり最大 56 Gb/s をサポートし、NDR は 400 Gb/s までサポートします。これらの標準規格は帯域幅が高く、100 Gbps の EDR よりもパフォーマンスが優れています。ただし、EDR は依然として広く普及しており、ほとんどの既存システムで十分です。アップグレードする場合は、ネットワークの拡張と新しい技術を実装するコスト メリットを考慮してください。

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