InfiniBand — это кабельная технология который обеспечивает быструю передачу данных. Это один из самых важных компонентов в современных вычислительных системах, требующих быстрой связи и эффективности. InfiniBand имеет уникальный дизайн, который обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку, что делает его пригодным для использования в центрах обработки данных, суперкомпьютерах и высокопроизводительных вычислительных кластерах. В этом руководстве рассматриваются все эти кабели, включая их части, принципы работы и преимущества по сравнению с традиционными сетевыми методами. Рассматривая его технические характеристики вместе со сценариями развертывания, эта статья поможет читателям понять, как InfiniBand можно использовать для удовлетворения меняющихся требований современного цифрового мира, где многие приложения имеют дело с большими объемами информации.
Что такое кабель InfiniBand?
Объяснение технологии InfiniBand
Технология InfiniBand — это высокоскоростная архитектура межсоединений в основном используется в суперкомпьютерах, центрах обработки данных и высокопроизводительных вычислениях. Возможность одновременной передачи нескольких пакетов данных по каналам точка-точка значительно повышает эффективность использования полосы пропускания. Эта технология обеспечивает соединения с низкой задержкой, необходимые для обработки в реальном времени, поддерживая синхронные и асинхронные режимы связи. Кроме того, Infiniband имеет модульную конструкцию, которая позволяет создавать более крупные структуры путем соединения множества узлов. Благодаря возможности обработки больших объемов данных на высоких скоростях InfiniBand все чаще рассматривается как лучшая альтернатива Ethernet или любой другой традиционной сетевой системе, особенно при работе с приложениями, требующими огромной пропускной способности в сочетании с малыми задержками.
InfiniBand и Ethernet: основные различия
InfiniBand и Ethernet — две сетевые технологии, но они служат разным целям и разным средам, особенно в производительности и архитектуре. Одно из главных отличий — это пропускная способность, где InfiniBand может достичь более высокого скорость передачи данных, часто превышая 200 Гбит/с. В то же время в современных основных реализациях Ethernet она достигает максимума в 100 Гбит/с.
Кроме того, поскольку Infiniband был создан для связи с низкой задержкой, он отлично подходит для обработки в реальном времени, требующей приложений, таких как HPC (высокопроизводительные вычисления) или задач с интенсивным использованием данных. Однако, хотя они работали над уменьшением задержки с течением времени, Ethernet по-прежнему, как правило, несет более высокие накладные расходы, что приводит к большей задержке при передаче данных.
Другим важным отличием является масштабируемость, которая обусловлена конструкцией InfiniBand. Эта конструкция позволяет легко масштабировать ресурсы в модульных структурах, используемых в динамических средах, таких как центры обработки данных, хотя иногда для достижения аналогичных уровней масштабируемости с сетями Ethernet могут потребоваться более сложные конфигурации.
Наконец, существуют надежные и ненадежные транспортные варианты, поддерживаемые InfiniBand, что обеспечивает гибкость в управлении данными во время передачи. Напротив, в большинстве случаев Ethernet следует модели, ориентированной на соединение, которая подчеркивает надежность, но вносит дополнительную задержку. В целом, будучи универсальной и широко распространенной технологией, Ethernet остается сетевой системой общего назначения, поэтому, обладая некоторыми специализированными функциями, специально разработанными для удовлетворения потребностей высокопроизводительных приложений, работающих с большими объемами информации, лучше обслуживается InfiniBand.
Типы кабелей InfiniBand
Среды центров обработки данных используют кабели InfiniBand для установления высокоскоростных соединений. Существует три типа этих кабелей:
- Активные медные кабели (ACC): они дешевы и имеют систему согласования сигнала для поддержания производительности на больших расстояниях. ACC лучше всего работают в соединениях на коротких расстояниях — обычно в стойках — и могут передавать данные со скоростью до 100 Гбит/с.
- Пассивные медные кабели (PCC): они дешевле своих активных аналогов, поскольку в них отсутствует электроника. Это делает их пригодными только для более коротких пролетов, обычно около 5-10 м.
- Оптоволоконные кабели используют световые сигналы для передачи данных, предлагая самую высокую производительность на больших расстояниях среди всех трех типов. Кроме того, с их помощью можно достичь многогигабитных скоростей на расстоянии в несколько километров. Это делает оптоволоконные кабели идеальными для соединения центров обработки данных или соединения различных рядов в зале данных, таким образом удовлетворяя потребности сред с высокими требованиями к пропускной способности и низкой задержкой.
Выбор между этими типами кабелей зависит от конкретных вариантов использования, с учетом таких факторов, как расстояние, стоимость и требуемая производительность в каждой точке.
Каковы характеристики кабелей InfiniBand?
Стандарты подключения InfiniBand
Ассоциация InfiniBand Trade определяет стандарты для соединения InfiniBand, включая несколько спецификаций для обеспечения совместимости и производительности высокоскоростной передачи данных. Вот некоторые из наиболее важных стандартов соединения:
- Стандарты скорости передачи данных: InfiniBand поддерживает различные скорости передачи данных, включая, помимо прочего, SDR (Single Data Rate) на 2.5 Гбит/с, DDR (Double Data Rate) на 5 Гбит/с, QDR (Quad Data Rate) на 10 Гбит/с, FDR (Fourteen Data Rate) на 14 Гбит/с, EDR (Enhanced Data Rate) на 25 Гбит/с, HDR (High Data Rate) на 50 Гбит/с и NDR (Next Data Rate) до 100 Гбит/с. Эти усовершенствования в приращениях позволяют повысить производительность современных высокопроизводительных вычислительных приложений.
- Стандарты форм-факторов: разъемы QSFP для оптических или медных кабелей и стандартные форм-факторы для различных сред развертывания обеспечивают гибкость типов подключения в зависимости от требований приложения.
- Стандарты протоколов: IPoIB — IP через InfiniBand — один из протоколов, регулируемых этой ассоциацией. Он обеспечивает пакетную передачу с традиционными протоколами RDMA, которые позволяют эффективно использовать память без вмешательства ЦП, что приводит к снижению задержки и, следовательно, повышению пропускной способности.
Системные архитекторы и инженеры, которые проектируют или внедряют бесконечные сети в среде центра обработки данных, должны знать эти критерии для достижения наилучших результатов.
Скорость передачи данных и пропускная способность
Что касается InfiniBand, скорость передачи данных определяет пропускную способность сети, определяя ее скорость передачи данных и общую производительность. Согласно выводам, сделанным сегодня ведущими техническими ресурсами, соединения InfiniBand могут обеспечивать пропускную способность от 2.5 Гбит/с (SDR) до впечатляющих 100 гигабит в секунду (NDR).
- Использование полосы пропускания: эффективное использование полосы пропускания имеет решающее значение в высокопроизводительных вычислительных средах. Пропускная способность максимизируется, а задержка минимизируется, позволяя обрабатывать несколько потоков данных одновременно, как это предусмотрено архитектурой InfiniBand.
- Масштабируемость: Масштабируемость — еще один важный аспект, который нельзя упускать из виду, когда речь идет об Infiniband. Это означает, что организации могут масштабировать свои возможности по передаче информации без необходимости перепроектировать все заново, когда в связи с растущей сложностью систем и растущими потребностями в данных внедряются новые стандарты, такие как HDR или NDR.
- Реальные применения: Надежность Infiniband с точки зрения скорости используется в различных секторах, которые в значительной степени зависят от быстрой обработки больших объемов информации, включая научные исследования, финансовые торговые площадки и центры анализа больших данных, где требуется быстрое перемещение фактов вместе с возможностью анализа в реальном времени, обеспечиваемой этими скоростями, что указывает на необходимость внедрения более высоких требований к производительности стандартов подключения.
Понимание того, насколько быстрее стандарт межсоединения может передавать биты через взаимосвязанные системы, поможет администраторам оптимизировать современные системы управления трафиком в своих серверных фермах с помощью InfiniBand, чтобы не только сэкономить, но и гарантировать отсутствие потерь, сохраняя при этом высокую скорость по всем каналам.
Экранирование и качество строительства
Производительность, долговечность и способность минимизировать помехи кабелей InfiniBand в значительной степени зависят от их экранирования и качества сборки. Подходящие экранирующие материалы обеспечивают безопасность целостности данных в местах, содержащих электромагнитные помехи (EMI). Известно, что такие кабели обеспечивают надежную защиту от этого типа помех в соответствии со стандартами отрасли, что позволяет быстрым сигналам оставаться стабильными даже в сложных условиях.
Кроме того, общее качество конструкции этих соединений также влияет на их надежность и срок службы, т. е. типы разъемов, прочность оболочки кабеля и точность изготовления, среди прочего. Физическая стабильность с минимальной потерей сигнала достигается за счет использования прочных разъемов, в то время как оболочки, которые выдерживают износ и экологические аспекты, делают это, защищая их от истирания и т. д. Оптимальная устойчивость производительности сети требует инвестирования в компоненты InfiniBand высшего класса, которые адекватно поддерживают требования современных приложений с интенсивным использованием данных с течением времени.
Чем отличаются InfiniBand NDR и HDR?
Понимание InfiniBand NDR
InfiniBand NDR (Next Data Rate) — это масштабное усовершенствование архитектуры InfiniBand, созданное в основном для повышения скорости передачи данных и снижения задержек. Он поддерживает скорости до 400 Гбит/с — значительное улучшение по сравнению с предыдущими версиями. В отличие от HDR (High Data Rate), максимальная скорость которого составляет 200 Гбит/с, NDR использует сложные методы кодирования, которые обеспечивают более эффективную передачу данных, удваивая пропускную способность без необходимости в дополнительной физической инфраструктуре. Эти функции также включают в себя повышенную надежность соединения и более надежные возможности исправления ошибок, гарантирующие целостность информации во время быстрых операций. Это делает Infiniband NDR подходящим для использования в приложениях с высокими требованиями к производительности, в то время как задержки, такие как искусственный интеллект, машинное обучение или HPC (High-Performance Computing), должны быть низкими. Поэтому важно понимать эти различия при оптимизации сетевых настроек для рабочих нагрузок с интенсивным вводом-выводом.
Что такое InfiniBand HDR?
InfiniBand HDR (High Data Rate) — это стандарт передачи данных, который может передавать данные со скоростью до 200 Гбит/с. Он быстрее, чем старые версии, такие как EDR (Enhanced Data Rate), которая обеспечивает скорость 100 Гбит/с. HDR использует передовые методы обработки и кодирования сигналов для достижения высокой пропускной способности с низкой задержкой, поэтому лучше всего подходит для приложений, требующих большой полосы пропускания, таких как аналитика больших данных, глубокое обучение или высокопроизводительные вычисления (HPC). Кроме того, он обратно совместим с предыдущими протоколами InfiniBand для легкой интеграции в существующие системы. Эта спецификация также обеспечивает более высокую надежность соединения и более низкие показатели ошибок для более эффективной и надежной передачи в современных сетевых сценариях.
Сравнение NDR и HDR
Существуют четкие различия при сравнении InfiniBand NDR (Next Data Rate) и HDR (High Data Rate). В частности, NDR поддерживает скорость до 400 Гбит/с, что вдвое быстрее максимального значения в 200 Гбит/с, достигаемого с HDR. Эта дополнительная емкость имеет важное значение для расширенных приложений, полагающихся на аналитику в реальном времени или обширную обработку данных.
NDR также использует более сложные методы целостности сигнала и исправления ошибок, чем HDR, тем самым обеспечивая лучшую надежность. Хотя оба протокола были созданы с учетом низкой задержки, эти улучшения позволяют NDR работать значительно лучше в средах, где скорость и точность имеют решающее значение, например, в средах, используемых искусственным интеллектом или системами машинного обучения. И последнее, но не менее важное: хотя HDR поддерживает обратную совместимость с предыдущими технологиями InfiniBand, следует отметить, что организациям, планирующим модернизацию, необходимо учитывать совместимость из-за изменений, внесенных NDR, для оптимальной производительности в рамках существующих инфраструктур.
Каковы области применения кабелей InfiniBand?
InfiniBand в центрах обработки данных
Поскольку она позволяет серверам и системам хранения данных взаимодействовать друг с другом на высоких скоростях с низкой задержкой, технология InfiniBand является неотъемлемой частью современных центров обработки данных. Она поддерживает распределенные вычислительные приложения и эффективную обработку данных, что делает ее идеальной для использования в средах высокопроизводительных вычислений (HPC). Например, организации могут подключать несколько узлов с помощью этой технологии при работе над искусственным интеллектом, глубоким обучением или научным моделированием.
Кроме того, масштабируемость InfiniBand является одной из его сильных сторон, особенно с учетом крупномасштабных центров обработки данных, где может возникнуть необходимость в росте без необходимости столь существенной перестройки инфраструктуры. Кроме того, RDMA, что означает Remote Direct Memory Access, является еще одной функцией, поддерживаемой протоколом, которая повышает производительность, позволяя одному компьютеру получать доступ к памяти на другом напрямую, без участия операционной системы, тем самым снижая нагрузку на ЦП и ускоряя производительность приложений. Поскольку все больше центров обработки данных переходят на облачные и периферийные вычислительные модели, будет расти внедрение InfiniBand, поскольку он обеспечивает мощные и надежные решения для подключения, необходимые для таких сред.
Высокопроизводительные вычисления (HPC)
Высокопроизводительные вычисления подразумевают использование нескольких компьютеров для быстрой обработки больших объемов данных и выполнения сложных симуляций. Они используются во многих областях, таких как наука, инженерия и финансы. Для создания систем HPC вам нужны мощные процессоры и передовые методы параллельной обработки, что позволяет им работать намного быстрее стандартных ПК. Интеграция технологии InfiniBand в среды HPC особенно полезна, поскольку она дает им большую полосу пропускания для связи между узлами кластеров с незначительной задержкой. Эта функция становится существенной при работе с задачами, требующими значительной вычислительной мощности, такими как моделирование климата, моделирование молекулярной динамики или машинное обучение на больших наборах данных и т. д. Более того, постоянное развитие в этой области по-прежнему приносит лучшие результаты: добавление графических процессоров и других ускорителей повышает энергоэффективность и производительность, тем самым делая высокопроизводительные вычисления еще более важным инструментом для будущего развития индустрии, управляемой данными.
Сетевое взаимодействие в корпоративных средах
Сетевое взаимодействие необходимо в бизнесе, поскольку оно обеспечивает эффективную коммуникацию, обмен информацией и эффективность работы. Организации используют различные сетевые технологии для соединения устройств, пользователей и приложений. Локальные сети (LAN), глобальные сети (WAN) и облачные решения являются ключевыми компонентами корпоративных сетей, которые создают комплексную инфраструктуру для реализации целей компании.
Внедрение надежных инструментов управления сетью может улучшить мониторинг трафика, устранение неполадок и обслуживание протоколов безопасности. Программно-определяемые сети (SDN) и виртуализация сетевых функций (NFV) входят в число технологий, которые позволяют компаниям быстрее реагировать на изменения, обеспечивая тем самым эластичность и масштабируемость. Кроме того, защищенные архитектуры стали серьезной проблемой для многих предприятий из-за прогрессирующих киберугроз, когда внедряются несколько уровней защиты в сочетании с протоколами шифрования, которые защищают конфиденциальные данные. Это означает, что хорошие сетевые стратегии повышают производительность и планирование непрерывности против потенциальных сбоев в деятельности организации, вызванных такими инцидентами.
Как правильно выбрать кабель InfiniBand?
Пассивные и активные оптические кабели
Вам нужно знать, что каждый из них делает лучше всего, чтобы выбрать подходящий для ваших нужд между пассивными и активными оптическими кабелями. Пассивные оптические кабели не содержат никаких электронных частей; они используют свойства оптического волокна для передачи информации. POC в основном используются для соединений на короткие расстояния из-за их низкой стоимости и простоты производства. Они легкие и гибкие, что делает их идеальными для областей с ограниченным пространством.
С другой стороны, активные оптические кабели имеют встроенные трансиверы на обоих концах, что позволяет использовать их на больших расстояниях и обеспечивать лучшую целостность сигнала на этих расстояниях. Это, следовательно, означает, что их можно использовать в высокопроизводительных центрах обработки данных или других средах, где требуются высокие пропускные способности на больших расстояниях, например, между стойками оборудования и внутри серверов. Хотя AOC могут стоить дороже POC, их передовая технология компенсирует затухание сигнала, тем самым повышая производительность.
В заключение следует сказать, что выбор между пассивными и активными оптическими кабелями зависит от нескольких факторов, включая требования к расстоянию, потребности в полосе пропускания, а также бюджетные ограничения, среди прочих упомянутых здесь, но не в последнюю очередь, следует быть осторожным и не игнорировать ни один из факторов, поскольку все эти вещи играют жизненно важную роль в эффективности сетевой архитектуры, принятой различными организациями вокруг нас сегодня.
Типы разъемов: QSFP56, QSFP
Серия разъемов Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) предназначена для приложений передачи данных с высокой плотностью, таких как Ethernet и InfiniBand. QSFP56 Разъем представляет собой усовершенствованную версию своего предшественника QSFP+, который поддерживает скорость передачи данных до 200 Гбит/с. Для этого он использует четыре канала по 50 Гбит/с, что делает его достаточно прочным даже в экстремальных условиях, таких как высокоскоростные центры обработки данных.
Разъемы QSFP необходимы для эффективного проектирования сети, поскольку они могут работать с различными кабельными технологиями, например, медными или оптоволоконными кабелями. Это означает, что QSFP56 может использоваться для корпоративных сетей, телекоммуникаций и высокопроизводительных вычислений, среди прочего, предоставляя предприятиям пространство для роста по мере увеличения их потребностей в данных. Потребляемая мощность, вносимые потери и общая архитектура сети также должны учитываться организациями при выборе типа подключения для достижения максимальной производительности и надежности.
Учет других факторов, таких как радиус изгиба и экранирование
При поиске кабельных решений не забудьте оценить радиус изгиба и экранирующие свойства для улучшения производительности сети со временем. Радиус изгиба — это минимальный радиус, при котором кабель может быть согнут без каких-либо повреждений или изменения его эффективности. Несоблюдение этого может привести к потере сигнала, повышенному затуханию или даже полному выходу кабеля из строя, особенно на оптоволоконных и высокоскоростных медных кабелях. Во время установки важно придерживаться указанных производителем радиусов изгиба, чтобы не нарушить функциональность системы.
Другим важным фактором является экранирование, которое защищает от электромагнитных помех (EMI) и перекрестных помех, в основном на медных кабелях. Экранированные кабели могут значительно улучшить целостность сигнала при использовании в средах с большим количеством электромагнитных помех. Выбор между неэкранированной витой парой (UTP) и экранированной витой парой (STP) зависит от особенностей рабочей среды и ожидаемых уровней помех. Поэтому выбор продуктов с адекватными экранами и оптимальными характеристиками радиуса изгиба значительно поможет построить надежную сетевую инфраструктуру, способную поддерживать более высокие скорости передачи данных, обеспечивая при этом стабильные уровни производительности.
Справочные источники
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В: Для чего используются кабели InfiniBand?
A: Кабель InfiniBand используется в средах высокопроизводительных вычислений (HPC) для ускорения передачи данных между серверами, системами хранения данных и сетевыми устройствами, такими как маршрутизаторы и коммутаторы в суперкомпьютерах и центрах обработки данных, с низкой задержкой.
В: Чем InfiniBand отличается от Ethernet?
A: По сравнению с кабелями Ethernet, InfiniBand обычно имеет более высокую пропускную способность и меньшую задержку. В то время как Ethernet имеет широкий спектр корпоративных приложений, InfiniBand разработан специально для сред, требующих высокоскоростной связи с малой задержкой, таких как передовые системы HPC.
В: Какие типы кабелей InfiniBand доступны?
A: Существуют различные типы кабелей InfiniBand, включая пассивные медные кабели, кабели прямого подключения (DAC), активные медные кабели и оптоволоконные кабели; они также могут иметь разные скорости передачи данных, такие как SDR, DDR, QDR, FDR и EDR.
В: Что означает «4x» в кабелях InfiniBand?
A: «4x» представляет собой количество полос или каналов в кабеле, что влияет на скорость передачи данных. Например, 4x будет иметь большую пропускную способность, чем 1x.
В: Где можно использовать 4 кабеля InfiniBand?
A: Обычно они используются в сетевых сценариях или центрах обработки данных, где требуются высокая производительность и низкая задержка, например, в суперкомпьютерах или других современных системах HPC.
В: Что такое InfiniBand FDR?
A: Что означает аббревиатура «InfiniBand FDR»? Она означает Fourteen Data Rate и является версией InfiniBand со скоростью передачи данных до 56 Гбит/с на 4-полосную линию. Такое соединение используется в основном в средах, где требуется высокоскоростная передача данных.
В: Чем Infiniband EDR отличается от FDR?
A: Чем он отличается от других типов InfiniBand? Enhanced Data Rate (EDR) имеет более высокую скорость передачи данных, чем Fourteen Data Rate (FDR). Он может достигать 100 Гбит/с на 4-полосную линию, что делает его идеальным для приложений с максимальной пропускной способностью и требованиями к производительности с низкой задержкой.
В: Существуют ли кабели Infiniband, совместимые с PCI Express?
A: Можно ли подключить кабели InfiniBand к серверам и устройствам хранения данных через PCI Express? Да, это можно сделать с помощью адаптеров хост-шины (HBA), разработанных специально для этой цели. Эти адаптеры обеспечивают высокоскоростную передачу данных внутри компьютера.
В: Каковы преимущества использования пассивных медных кабелей Infiniband?
A: Пассивные медные кабели экономичны и просты в установке. Они обеспечивают надежные возможности подключения с низкой задержкой. Однако их диапазон ограничен по сравнению с активными проводами или волоконно-оптическими решениями.
В: Что делает трансивер InfiniBand?
A: Трансивер InfiniBand преобразует электрические сигналы в оптические и наоборот, обеспечивая быструю связь на больших расстояниях с использованием оптоволоконных соединений. Этот компонент обеспечивает наивысший уровень производительности в средах с интенсивным использованием данных.