NVIDIA、高性能データセンターネットワーキング向け Spectrum-4 イーサネットスイッチを発表

２０２４年７月１１日

ジェイソンリーブス

情報に依存する現代の世界では、Spectrum のような超高速ネットワークソリューションは、スムーズで信頼性の高いデータセンターの運用に不可欠です。NVIDIA の Spectrum-4 Ethernet Switch の登場により、ネットワークテクノロジーは飛躍的に進歩し、現代のデータセンターの高まるニーズに対応できるようになりました。この記事では、この種のスイッチの技術仕様、パフォーマンス測定、および潜在的な用途について説明し、データセンター内の効率と拡張性を向上させる方法を説明します。この包括的なレビューでは、ネットワークエンジニア、マネージャー、またはテクノロジーに関心のあるすべての方に、NVIDIA の新しい Ethernet スイッチングソリューションについて知っておく必要のあるすべての情報を提供します。ネットワークエンジニアとして働いている方、データセンターを管理している方、または単に新しいガジェットが好きな方など、今すぐ始めましょう。

NVIDIA Spectrum-4 イーサネットスイッチとは何ですか?

NVIDIA Spectrum-4 テクノロジーの概要

NVIDIA の Spectrum-4 イーサネットスイッチは、高度なシリコンアーキテクチャと高密度を利用して、低遅延で前例のないパフォーマンスレベルを実現します。双方向帯域幅容量が 51.2Tbps のこのスイッチは、市場の他のデバイスでは見たことがありません。このような機能は、今日のデータセンターの大量のトラフィック負荷を処理するために使用できます。将来のネットワークの重要な機能は、新しいテクノロジの登場に簡単に適応できる拡張性です。そのため、このスイッチは、イーサネットの 400G および 800G 標準などをサポートしています。さらに、これらの革新的なネットワークソフトウェアパッケージは、特定のタスクを自動化しながら、ネットワーク自体で何が起こっているかについての可視性を向上させ、必要なホスト接続のみが許可されるようにセキュリティ体制を改善します。特に、私たちが作業するセンターが内部または外部から行われるあらゆる種類の不正アクセスの試みから常に保護されている必要があるこのような現代の DC 環境では、クライアントの情報を保護することには十分な注意を払っていなければなりません。侵害された場合、顧客を失うだけでなく、裁判で有罪判決を受けた場合は過失で訴えられ、破産につながる可能性があり、その結果、天国が来るまで永遠に経済的に不安定になるからです。

Spectrum-4 イーサネットスイッチの特徴

NVIDIA Spectrum-4 イーサネットスイッチは、次の特性によって簡単に識別できます。

ポート密度: 最大 128 個の 400G ポートまたは 256 個の 200G ポートを備えており、ネットワークインフラストラクチャをシームレスに拡張できます。
他に類を見ないパフォーマンス: このスイッチは 51.2 Tbps の双方向帯域幅容量を提供し、低遅延で高いスループットを保証します。
高度なテレメトリ: このスイッチの包括的な高度なテレメトリ機能により、リアルタイムのネットワーク監視と診断が可能になり、可視性が向上し、パフォーマンスが最適化されます。
強力なセキュリティ: ハードウェアベースの暗号化やセキュアブートなどの統合された安全対策により、脅威から保護します。
自動化と管理: NVIDIA のネットワークソフトウェアにより、自動化が強化されるとともに運用の複雑さが軽減され、管理の合理化も可能になり、効率的なリソース割り当てが促進されます。
未来のためのデザイン: このスイッチは、今後の 400G および 800G イーサネット規格をサポートしているため、耐用年数の延長による投資保護に加えて、将来の技術進歩にも十分対応できます。

これらすべての機能を組み合わせることで、この製品はパフォーマンス、セキュリティ、スケーラビリティの点で他の製品よりも優れた、現代のデータセンターで非常に役立つものになります。

Spectrum-3などの旧世代と比較すると

Spectrum-4 イーサネットスイッチは、前身の Spectrum-3 と比べていくつかの点で改良されています。改良点は次のとおりです。

ポート密度: 容量が 2 倍の Spectrum-4 には最大 128 個の 400G ポートがありますが、Spectrum 3 はこの速度で 64 個のポートしかサポートしません。
帯域幅： スペクトル 4 の帯域幅容量は、51.2Tbps しか提供しないスペクトル 2 とは対照的に、3 倍の 25.6 Tbps (XNUMX 倍) に達します。
パフォーマンス： Spectrum 4 で行われたパフォーマンス強化の中でも、スループットの向上とレイテンシの短縮が際立っています。
テレメトリー: スペクトラムプラットフォームファミリーに属するスペクトラム 4 と呼ばれるこのバージョンには、ネットワーク監視を向上させるための強化されたテレメトリ機能が含まれています。
セキュリティ： ハードウェア暗号化やセキュアブートに基づく追加のセキュリティ対策は、後付けやアドオン機能セットではなく、Spectrum Four という新しいリリースに組み込まれています。
オートメーション： Spectrum-4 では、自動化と管理を可能にする改良されたネットワークソフトウェアが導入されており、そのような機能がまったくなかったり、これまで存在していたとしても実装が不十分だった Spectrum XNUMX などの以前のバージョンとは差別化されています。ここですでにすべてをもう一度述べたので、これらの側面についてもう一度言及する必要があるでしょうか?
将来の準備: スペクトル 800 を同クラスの他のスイッチと区別する XNUMX つの点は、XNUMXG イーサネット標準と互換性があることです。そのため、周囲のテクノロジーがどれだけ速く変化しても、常に関連性があります。

これらの改善は、現代のデータセンターにおける効率性と拡張性に向けた大きな前進となり、最適なパフォーマンスを求める組織にとってこのアップグレードは極めて重要です。

NVIDIA Spectrum-4 はデータセンターのパフォーマンスをどのように向上させるのでしょうか?

Spectrum-4 で AI と HPC を高速化

NVIDIA Spectrum-4 イーサネットスイッチは、前例のない拡張性とパフォーマンスを確保し、人工知能 (AI) やハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) のワークロードを大幅に加速できるため、現代のデータセンターに最適です。Spectrum-4 は、最大 51.2 個の 400G ポートを使用して 128 Tbps の速度でデータを転送できるため、より高速な情報共有が可能になります。これは、インテリジェンスを備えたマシンやスーパーコンピューターで実行されるデータ集約型のコンピュータープログラムに不可欠です。膨大な量の生の事実を可能な限り短時間で有用な知識に変換し、キューの待機時間を短縮するとともに計算タスクを最適化するために、このスイッチは、帯域幅の増加と遅延自体の削減を組み合わせることで、速度を向上させ、レイテンシを削減します。さらなる利点は、高度なレポートツールが搭載されているため、診断が数秒以内に完了することです。また、リモートコントロールテレメトリなどの自動化機能により、離れた場所からリアルタイムで問題や問題の状況を表示したり、ワンタッチ管理システムを使用したりすることで、今日のほとんどの企業で使用されているような高性能コンピューティングエンジンと人工知能が関わる複雑な状況でも簡単に使用できるように設計されています。

ネットワークスループットとレイテンシの最適化

ネットワークスループットとレイテンシを最適化する機能は、NVIDIA Spectrum-4 Ethernet Switch が実行する多くの重要な機能の 128 つであり、データセンターの高速動作を保証します。これは、最大 4 個のポートをサポートする革新的な設計アーキテクチャによって実現され、各ポートの速度は XNUMX ギガバイト/秒 (Gbps) を超えないため、異なる場所間でデータを移動できる速度が最大化されると同時に、場所内で発生する輻輳の問題によってトラフィックジャムが発生する可能性が最小限に抑えられます。このデバイスのもう XNUMX つの重要な特徴は、XNUMX テラビット/秒 (Tbps) に達する巨大なバックプレーン容量です。そのため、膨大な量の情報を含む大容量を可能な限り短時間で XNUMX つのポイントから別のポイントに移動できるため、不要な遅延を回避できます。また、テレメトリなどのより高度な機能も組み込まれています。テレメトリは、リアルタイムのネットワークパフォーマンスデータを提供し、パケットの配信待ちの長いキューによって発生する遅延や、パケット内の輻輳によってドロップされる遅延から生じる潜在的な問題を迅速に特定して解決できるようにします。これらすべてを組み合わせることで、ネットワークの全体的なパフォーマンスが大幅に向上し、通常よりもはるかに高速になるため、Spectrum-XNUMX スイッチは現在のデータセンター構造で使用される重要なコンポーネントとなっています。

ハイパースケーラーとクラウドビルダーにとってのメリット

ハイパースケーラーやクラウドビルダーは、優れたスケーラビリティ、これまでにないパフォーマンスレベル、および高度な機能が組み込まれている NVIDIA Spectrum-4 Ethernet Switch を導入することで大きなメリットを得ることができます。この特定の製品が提供する帯域幅 (51.2 Tbps) の点での膨大な容量と、最大 128 ギガビット/秒 (Gbps) の速度をサポートする最大 4 個のポートを処理できることを組み合わせることで、このようなスイッチは、クラウドベースの運用を行っている大企業に最適です。クラウドベースの運用では、敷地内のさまざまな場所や、数キロメートル離れた高速リンクで相互接続された複数の国にまたがる広いエリア間で大量の情報を共有する必要があります。大量のデータを効率的に処理する際のレイテンシが低く、スループット率が高いため、サービス提供基準が向上します。クラウドコンピューティングプラットフォームは、主にここで提供されるテレメトリ機能セットのおかげで、これらのプロセス中にかかる不要な費用を削減しながら、インテリジェンスリソースの使用状況を同時に監視できます。また、含まれている自動化機能によって提供されるリアルタイムの洞察により、コスト管理プラクティスを最適化して運用効率を高めることができます。したがって、俊敏性、信頼性、成長を実現するハイパースケーラーは、望ましい結果を迅速に達成するために、Spectrum -XNUMX に加えて現在利用可能なその他のオプションを考慮する必要があります。

NVIDIA Spectrum-4 は GPU や DPU とどのように連携しますか?

NVIDIA Spectrum-4とNVIDIA H100 GPUの統合

NVIDIA Spectrum-4 と NVIDIA H100 GPU の組み合わせにより、今日のデータセンターにおける AI およびデータ分析ワークロードに不可欠な、中断のない高速データ転送と処理機能が保証されます。Spectrum-4 は、高スループットと低レイテンシのネットワーク基盤を確立し、情報をある場所から別の場所に転送する時間を短縮しながら、情報がすぐに利用できるようにすることで、H100 GPU が最高のパフォーマンスを発揮できるようにします。これにより、グラフィックユニット (GPU) に組み込まれた強力なプロセッサを通じて提供される大規模な計算能力を活用した迅速なタスク実行が可能になります。Spectrum-4 に組み込まれた高度なテレメトリ機能と自動化機能も、これらのリソースを効率的に管理するのに役立ち、全体的なシステムパフォーマンスの向上という観点から信頼性を高めます。

Bluefield-3 DPU を使用したワークロードの強化

NVIDIA Spectrum-4 は NVIDIA Bluefield-3 DPU と統合されており、主要なネットワーク操作を CPU から移動することでワークロードパフォーマンスを高速化し、コンピューティングリソースを他のタスクに解放します。特に、インライン暗号化パケット処理などのインテリジェントデータパスサービスは、ストレージアクセラレーション機能と組み合わせた Bluefield XNUMX DPU によってネットワークインターフェイスで提供されます。このオフロードによって CPU オーバーヘッドが削減され、カバーされるシステム全体で使用効率が向上し、アプリケーションパフォーマンスが向上します。中央処理装置にかかるワークロードが軽減されるだけでなく、Bluefield XNUMX に関連付けられた分散入出力制御機能によって、データ転送中のセキュリティとともにスケーラビリティが向上し、さまざまなタイプや形式のクラウドとセンター全体でワークロード管理が最適化されるため、多くの領域にわたる共通の目標に向けて両者が共生して連携することで、非常に必要な運用上の信頼性が実現されます。

Spectrum-4 エンドツーエンドネットワーキングソリューション

NVIDIA Spectrum 4 は、サーバー環境からクラウド環境設定などのエッジコンピューティングプラットフォームまで、パスのあらゆる部分に及ぶ完全なエンドツーエンドのネットワークソリューションを提供します。無制限の接続性と帯域幅でリンクされた高性能なスイッチを使用すると、優れたデータスループットでサーバー間のスムーズな通信が可能になり、インバンドテレメトリなどの機能によるリアルタイムのネットワーク監視が可能になり、ネットワークのプロアクティブな管理が可能になります。さらに、NVIDIA Spectrum を搭載した DPU と GPU を組み合わせると、さまざまな業界のさまざまなワークロードを処理できる強力で適応性の高いインフラストラクチャが作成され、セキュリティが最も重要となるネットワーク全体で最適なパフォーマンスレベルが確保されます。

NVIDIA Spectrum-4 は何に使用できますか?

AIワークロードとシミュレーションにおけるアプリケーション

NVIDIA Spectrum-4 は、データ集約型のタスクに必要な超高速接続を提供するため、AI ワークロードとシミュレーションのパフォーマンスが向上します。これにより、高度なスイッチと GPU および DPU とのペアリングサポートを通じて、AI モデルとシミュレーションの処理が高速化されます。データ転送のボトルネックが解消されるため、トレーニングと推論が高速化され、機械学習アプリケーションのパフォーマンスが向上します。さらに、リアルタイムテレメトリと Spectrum-4 の診断を組み合わせることで、AI 操作の最適化に役立つ貴重な情報が得られ、さまざまなセクターにわたって AI 操作を拡張できるようになります。

エンタープライズデータセンターおよびハイパースケーラー内での展開

エンタープライズデータセンターやハイパースケーラーは、NVIDIA Spectrum-4 によってもたらされる高速パフォーマンスの向上、および Mellanox テクノロジなどのポートフォリオ内のその他の機能 (またはその他) から大きな恩恵を受けています。主な理由は、これらの場所では通常、大量のデータを短距離で高速に転送する必要があり、複雑なアプリケーション要件と相まって低遅延スイッチが必要になるためです (これが、この製品が非常に好まれている理由です)。さらに、このシステムはダクトテープから 400G ポートまですべてをサポートし、NVIDIA 自身が提供する他の GPU と一緒に DPU などのより広範なエコシステムへの統合により、さまざまなワークロードタイプでの互換性を確保しています。したがって、Spectrum 4 でスムーズに実行できないワークロードの問題はありません。インバンドテレメトリを高度な機能と組み合わせると、DCIM プラットフォームの管理チームはネットワークで何が起こっているかを把握できるため、リソースの使用率が向上し、運用コストが削減され、セキュリティ体制が強化されると同時に、今日のエンタープライズコンピューティング環境で求められる非常に大規模なデータ操作要件に合わせて特別に設計された弾力性のある堅牢性も実現できます。

スーパーコンピューティングとHPC環境における役割

スーパーコンピューティングやハイパフォーマンスコンピューティング環境では、大量のデータを非常に高速に処理する必要があります。ここで、Spectrum-4 が活躍します。全体的な計算効率を高めるには、計算ノード間の通信を高速にする必要があります。そのため、NVIDIA Spectrum-4 の、常に最小限の遅延でトラフィックを切り替える機能は、このようなシステムで重要な役割を果たします。さらに、この製品は、DPU や Mellanox テクノロジを含む NVIDIA の他の GPU と連携して動作できるため、シームレスな統合が可能になり、非常に複雑なシミュレーションやデータ処理タスクを実行できます。Spectrum-XNUMX は、リアルタイム診断とインバンドテレメトリに基づく洞察を提供することで HPC 内の堅牢性を高め、膨大な量の情報が関係する科学研究やエンジニアリングなどの計算集約型の領域で信頼性を確保します。

イーサネットスイッチ Spectrum 4 とは何ですか?

プログレッシブ、アダプティブルーティングとROCE

NVIDIA Spectrum-4 は、アダプティブルーティングと RDMA over Converged Ethernet (RoCE) で大きな進歩を遂げ、Spectrum ファミリー内での地位をさらに確立しました。アダプティブルーティングは、データパケットの最適なパスを動的に選択することで機能し、他の何よりも効率的に輻輳を軽減します。この機能は、トラフィックパターンが予測不可能で要求が非常に厳しい高性能環境に対応できるため、重要です。さらに、Spectrum XNUMX の RoCE サポートにより、サーバー間のイーサネット接続によって作成される低遅延の高スループットチャネルを介して、サーバーが直接相互通信できます。高度なハードウェア最適化により、超低遅延のスイッチングファブリックが実現され、HPC 内のアプリケーション間での高速データ転送に必要なスループットの向上をサポートすると同時に、電力消費が一定の制限を超えないようにすることで、エネルギーを節約します。

パフォーマンスと電力効率の向上

新しい NVIDIA Spectrum-4 には、パフォーマンスと電力効率の向上を目的とした多くの機能が搭載されています。高度なハードウェア最適化を使用することで、このデバイスは超低レイテンシを実現し、高需要の HPC 内で実行されているさまざまなアプリケーション間のデータ転送時に高速化を保証します。この製品には、電力リソースの動的割り当てなどのエネルギー管理技術と、使用されていないデバイスの一部をインテリジェントに休止状態にして、必要なパフォーマンスレベルを満たしながら全体的な電力消費を削減できるスリープモードを組み合わせた省電力機能が導入されています。Spectrum 4 では、パフォーマンスと電力効率をターゲットにしたさまざまな機能強化が導入されています。高度なハードウェア最適化を利用することで、スイッチングファブリックは超低レイテンシとスループットの向上を実現し、高需要の HPC 環境内での高速データ転送を保証します。電力効率の点では、Spectrum 4 は、動的な電力割り当てや高度なスリープモードなどの革新的なエネルギー管理技術を採用しており、パフォーマンスを犠牲にすることなく電力消費を大幅に削減します。これらの改善により、データセンターはワークロードをより適切に処理できるようになりました。電力を節約し、環境の持続可能性と優れた機能性のバランスをとることができます。

イーサネットネットワーキング: トレンドと将来の開発

イーサネットネットワークは、技術と需要の変化により、近い将来に大幅な進歩を遂げると予想されています。最初の進展は、より高い帯域幅が実現し、人工知能、機械学習、ビッグデータ分析などのよりデータ集約的なアプリケーションをサポートできるようになることです。つまり、400GbE または 800GbE ポートがすぐに普及すると予想されます。サイバーセキュリティは今日のあらゆるビジネスにとって最重要事項であるため、ランサムウェアなどの高度な脅威から保護するために、従来のファイアウォールを超えてイーサネットネットワークに追加のセキュリティ対策を統合するという別のトレンドが考えられます。これらの追加対策の XNUMX つには、時間に敏感なネットワークを介したリアルタイムのデータ転送や、大きな損害が発生する前にそのような脅威を早期に検出できるだけでなく、脅威に対処する際の応答時間を短縮できるその他の高度なネットワーク機能が含まれる可能性があります。NVMe-oF などのプロトコルに基づくイーサネットベースのストレージネットワーク間の統合により、ユーザーがファイルにアクセスしやすくなるだけでなく、ディスクから大量の情報を読み取る傾向があるため、全体的なパフォーマンスが向上します。また、SDN および IBN 環境内の自動化オーケストレーション機能により、一部のネットワーク操作を最適化できるため、複雑さが軽減されると同時に、通信プロセス中に関係するさまざまなコンポーネント間の俊敏性が向上します。現代の企業の現在のニーズを満たすには、イーサネットシステムに継続的なイノベーションが必要です。そうしないと、すべてのタスクを一度に効率的に処理できなくなります。