Раскрытие возможностей оптического кабеля Infiniband: подробное руководство

Стремительный технологический прогресс в центрах обработки данных и высокопроизводительных вычислениях значительно увеличил потребность в более высоких скоростях передачи данных и решениях для межсетевых соединений. Оптический кабель Infiniband — это технология, которая заполняет этот пробел, обеспечивая самую высокую скорость передачи данных, масштабируемость и надежность. Цель этой статьи — представить оптические кабели Infiniband, их технические характеристики, области применения и преимущества по сравнению с обычными смещениями. Внимание будет уделено структуре этих новых кабелей, позволяющей им эффективно работать в насыщенных данными средах и служить ядром для оптимальных систем обработки и хранения данных. Для профессионалов, заинтересованных в улучшении своих инфраструктур, или исследователей, интересующихся современными коммуникационными технологиями, оптические кабели Infiniband и их диэлектрики, несомненно, будут в центре любой высокопроизводительной вычислительной архитектуры.

Что такое кабель Infiniband и как он работает?

Кабели Infiniband улучшают связь и предназначены для высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных как средство для быстрой передачи данных. Он обеспечивает эффективные соединения с низкой задержкой и высокой пропускной способностью, которые лучше всего подходят для ситуаций, когда требуется быстрая передача данных с минимальной задержкой. Кабель использует метод последовательных каналов связи точка-точка, в которых пакеты данных передаются по нескольким каналам параллельно, что значительно увеличивает пропускную способность. Его структура обеспечивает более быструю и высокую скорость передачи данных, которая в большинстве случаев превосходит скорости Ethernet. Благодаря оптическим волокнам, если сравнивать расстояние и скорость, кабели InfiniBand значительно превосходят стандартные медные кабели, которые позволяют устройствам подключаться и обрабатывать большие объемы данных более эффективно.

Понимание протокола Infiniband

Infiniband Protocol — это высокоскоростной протокол передачи данных, разработанный для связи между компьютерными системами и внутри компьютерных систем в высокопроизводительных вычислениях. Он обеспечивает связь по каналам связи с ограниченной задержкой и высокой пропускной способностью, предоставляемым кабелями Infiniband, и, следовательно, быстрый обмен данными, критически важный для таких сред. Он использует топологию коммутируемой структуры и обеспечивает возможность RDMA, которая позволяет осуществлять передачу данных из памяти в память без участия ЦП, что снижает задержку и нагрузку на ЦП. Кроме того, обширная масштабируемость его архитектуры позволяет удовлетворять требованиям современных расширяющихся центров обработки данных для эффективной и надежной работы при значительных нагрузках данных с минимальным временем простоя.

Роль активного оптического кабеля в Infiniband

Поддержка больших расстояний, низкая задержка и высокая пропускная способность — вот некоторые из преимуществ экосистемы Infiniteband, которые подчеркиваются активные оптические кабели (AOC) и другие провода. Электрический сигнал преобразуется в оптический сигнал, отправляется по оптоволокну, а затем преобразуется обратно в электрический сигнал на приемном конце линий передачи. Это позволяет осуществлять связь между центрами обработки данных с меньшим ухудшением сигнала и снижением электромагнитных помех, превосходя производительность медных проводов, особенно при использовании кабелей AOC. В высокопроизводительных вычислительных средах сети Infiniband не только увеличивают расстояние через AOC, но и отвечают требованиям RDMA, обеспечивая передачу данных без прерывания работы системы.

Сравнение кабелей Infiniband и Ethernet

Кабели Infiniband и Ethernet необходимы для сетевых целей, но разработаны для достижения различных результатов. Поскольку Infiniband допускает RDMA, способный обеспечивать низкую задержку и высокую пропускную способность, Infiniband больше всего подходит для высокопроизводительных вычислительных сред. Он также больше всего подходит для сред, требующих головокружительных скоростей и низких уровней задержки передачи данных. С другой стороны, кабели Ethernet Markos и Интегративные подходы: теоретизирование трансъязыкового поворота-Andrey V. используются в более повседневной сетевой деятельности или приложениях, поскольку они дешевле, более широко доступны и работают с различными устройствами и применениями. Хотя Ethernet продолжает совершенствоваться с новыми стандартами более высоких скоростей, он по-прежнему обычно имеет более значительную задержку, чем Infiniband. Следовательно, выбор Infiniband или Ethernet зависит от требований сети, которые могут включать уровни скорости, расстояние и тип приложения.

Как выбрать правильный активный оптический кабель для вашей установки?

Оценка требований к пропускной способности

Необходимо изучить как эксплуатационную, так и перспективную нагрузку данных, чтобы правильно оценить требования к пропускной способности, что позволит выбрать наиболее подходящий активный оптический кабель (AOC). Первое, что нужно сделать, это оценить пиковые значения пропускной способности данных, которые соответствуют эксплуатационным требованиям системы, и рассчитать требуемую пропускную способность со всеми подключенными устройствами. Оцените текущую топологию сети и распознайте возможные источники перегрузки в системе при пиковых нагрузках. Кроме того, рассмотрите потенциал роста вашей сети, чтобы AOC мог вместить будущие более высокие уровни передачи данных при расширении вашей организации или новые приложения, требующие более высокой пропускной способности, такие как 200G QSFP56 развернуть. В связи с этим изучите технические характеристики предлагаемых AOC в контексте их производительности, а именно, скорость передачи данных, расстояние, на которое они могут передавать, и доступные интерфейсы данных. Такие меры позволят вам выбрать наилучший вариант при установке и настройке AOC для повышения живучести сетевой среды в будущем.

Изучение Mellanox и других продуктов Infiniband

Чтобы лучше понять Mellanox и общие предложения Infiniband, передовой опыт также требует краткого обзора ведущих вариантов. В NVIDIA мы знакомы с ассортиментом продукции, производимой Mellanox, которая производит несколько высокопроизводительных сетевых продуктов, включая сетевые адаптеры ConnectX и интеллектуальные сетевые адаптеры BlueField. Такие продукты обеспечивают быстрый обмен данными и низкую задержку, что выгодно для центров обработки данных и рабочих нагрузок ИИ. Кроме того, некоторые альтернативные системы Infiniband, такие как архитектура Intel Omni-Path, обеспечивают хорошую производительность с дополнительным преимуществом использования в средах обработки Intel. Наконец, Cray, дочерняя компания Hewlett Packard Enterprise, предлагает межсоединения Slingshot, разработанные для удовлетворения требований высокопроизводительных вычислений для сетей с низкой задержкой, в основном с использованием кабелей AOC. Эти ведущие продукты предназначены для улучшенной масштабируемости и производительности центров обработки данных для конкретных организаций.

Типы разъемов: QSFP28, QSFP56 и другие

Различные конструкции разъемов, такие как QSFP28, QSFP56 или другие, обеспечивают быстрый обмен информацией по каналу с высокой пропускной способностью и обеспечивают безопасную и надежную структурную поддержку для развернутых сетей. Для решения расширенных функций разъемы QSFP28 указывают скорость передачи данных 100 Гбит/с с улучшением производительности за счет 4 каналов, работающих на скорости 25 Гбит/с каждый. Эти разъемы популярны в крупных центрах обработки данных, которые имеют дело с большими объемами передачи данных, и используются вместе с приложениями 100G Ethernet и Infiniband EDR.

Разъемы QSFP56 представляют собой прогрессивный масштаб этой технологии, поскольку они предлагают скорость, вдвое превышающую скорость предыдущей версии, позволяя увеличить скорость передачи данных в четыре раза за счет четырехполосного упрощения для общей скорости 200 Гбит/с. Это делает их подходящими для высокопроизводительных вычислений и вычислений будущего поколения, а также для соединения маршрутизаторов и коммутаторов высокого класса. Они также демонстрируют обратную совместимость с QSFP28, что обеспечивает простоту развертывания в полевых условиях. Они становятся все более предпочтительными, когда существует высокий спрос на полосу пропускания, но низкую задержку.

История разработки разъемов QSFP и подобных подчеркивает прогресс процессов развития сетей. Такие продукты должны не только соответствовать существующим технологическим требованиям конечных пользователей, но и удовлетворять будущие потребности в скоростях передачи данных, такие как постоянный рост и прогресс в фокусе связи.

Что делает Mellanox лидером в производстве продукции Infiniband?

История и развитие технологий Infiniband

Mellanox оказался на вершине разработки технологий на основе топологии InfiniBand благодаря своему существенному участию в разработке и недавнем расширении высокоскоростных сетей. Infiniband, дебютировавший в 2000 году, является результатом альянса технологических гигантов, которые стали пионерами его разработки с целью создания эффективной и масштабируемой структуры данных. С тех пор Mellanox активно участвует в разработке Infiniband, улучшая его характеристики производительности, пропускную способность, низкую задержку и надежную передачу данных. Основная часть лидерства в Mellanox охватывает технологии и исследования, гарантируя, что компания разрабатывает решения для межсоединений следующего поколения, которые интегрируют ИИ, большие данные и облачные технологии. Эти атрибуты снижают сложность центра обработки данных, делая продукты Mellanox Infiniband фаворитом для корпораций с высокими требованиями к производительности и вычислительным мощностям. Эта преданность производительности и инновациям ставит Mellanox в отдельную категорию как ведущего игрока на рынке сетей Infiniband.

Перспективы на будущее: Infiniband HDR и 800G

Благодаря HDR и предполагаемой пропускной способности более 800G будущее развитие технологий Infiniband существенно улучшит производительность центра обработки данных. Это важно, поскольку пропускная способность Infiniband HDR составляет до 200 Гбит/с на канал и имеет решающее значение для удовлетворения растущей рабочей нагрузки ИИ и требований к обработке крупномасштабных данных. В этом контексте 800G закроет все потребности предприятий в пропускной способности и низкой задержке. С достижениями в области цифровой трансформации, устаревших систем, разработки устройств IoT и периферийных вычислений требуются надежные инфраструктуры для использования данных независимо от масштаба. Благодаря ведущим инновациям в этих сферах Mellanox стремится не только соответствовать текущим технологическим требованиям, но и подготовиться к будущему вычислений. Возможности продуктов Infiniband следующего поколения включают бесшовный трафик данных, высокую пропускную способность и низкое энергопотребление. Эти возможности позволят Infiniband сохранить свою роль в высокопроизводительных вычислительных средах в будущем.

Интеграция с инфраструктурой центра обработки данных

Соединение центров обработки данных с технологией Infiniband повышает масштабируемость, эффективность и производительность центра. Она позволяет подключать множество серверов к устройствам хранения данных, обеспечивая быстрый обмен данными с малыми задержками и высокой скоростью передачи данных. Архитектура Infiniband также приносит пользу центрам обработки данных, поскольку они могут быстро и эффективно масштабироваться по мере роста объема данных. Наконец, поскольку Infiniband имеет связь с низкой задержкой, она улучшает поток информации, что необходимо для высокопроизводительных вычислений и корпоративной разведки. Infiniband лучше всего подходит для современных центров обработки данных, стремясь сократить эксплуатационные расходы и повысить энергоэффективность, прокладывая путь для новаторских технологий.

Почему высокая пропускная способность имеет решающее значение для вычислений и операций с данными?

Роль активного оптического кабеля в HPC

Активные оптические кабели (AOC) играют важную роль в высокопроизводительных вычислениях из-за высокоскоростных соединений, необходимых для приложений, управляемых данными. Поскольку AOC поддерживают большую длину связи, они предоставляют решение в крупных установках HPC, что имеет решающее значение в современных практиках. По сравнению с более традиционными медными кабелями, AOC, включая активные оптические кабели FDR, предлагают более высокую пропускную способность и меньшие электромагнитные помехи, что увеличивает скорость связи, что необходимо для задач HPC. Эти устройства повышают производительность HPC, обеспечивая высокую пропускную способность и низкую задержку, что соответствует требованиям сложных симуляций, научных исследований и анализа данных и в то же время снижает объем инфраструктуры и требований к питанию. Их роль в HPC обеспечивает идеальную масштабируемость, что упрощает рост и изменение систем по мере необходимости увеличения вычислительной мощности.

Преимущества решений 200G и 100G

Переходя к преимуществам решений 200G и 100G, (единственный) негативный момент, который можно здесь отметить, заключается в том, что они помогают повысить производительность сети, также увеличивая эффективность. Эти решения обеспечивают улучшенную пропускную способность и более быструю скорость передачи данных, что имеет решающее значение для удовлетворения требований современных центров обработки данных и сред HPC. Тамар отметила, ссылаясь на знакомые источники, что существуют 200G, такие как 200G QSFP56, которые практически вдвое превышают емкость 100G. Они позволяют учреждениям справляться с растущими объемами данных, сохраняя производительность. Кроме того, оба решения улучшают масштабируемость и стратегическую готовность сетей к будущему за счет улучшения за счет расширения сетей, когда возникает потребность в непрерывности. Основная реализация этих передовых решений эффективно минимизирует задержку. Она увеличивает пропускную способность системы, позволяя пользователям использовать высокочастотную торговлю, массивную облачную архитектуру и аналитику в реальном времени с превосходной надежностью и скоростью.

Чем отличаются по производительности кабели Infiniband и кабели Ethernet?

Возможности скорости передачи данных: FDR, EDR, HDR

Существует очень важное ограничение, которое следует учитывать в отношении кабелей Infiniband и их скоростей передачи данных, а именно: разница между этими стандартами: FDR, EDR и HDR. Скорость передачи данных FDR Infiniband может достигать эффективности полосы пропускания до 56 Гбит/с, что значительно эффективнее при обработке задач, требующих обработки данных, чем предыдущие стандарты. EDR, с другой стороны, значительно увеличивает это число, поскольку он может поддерживать скорость передачи данных в 100 Гбит/с, что необходимо для современных вычислительных сред с высоким спросом на передачу данных и низкими требованиями к задержкам передачи. Последним скачком в этой эволюции данных является HDR, который обеспечивает скорость передачи до 200 Гбит/с. Эта функция необходима для удовлетворения потребностей современных центров обработки данных, где полоса пропускания, необходимая для поддержки эффективных приложений ИИ и машинного обучения, является основным требованием. Каждое продвижение от FDR к HDR представляло собой заметное повышение эффективности и пропускной способности полосы пропускания, которую будет использовать Infiniband.

Пригодность приложений: корпоративные и потребительские

Что касается корпоративных и потребительских приложений, выбор между кабелями Infiniband и Ethernet основывается на конкретных потребностях этих приложений. В наиболее требовательном корпоративном сегменте, где требуются высокопроизводительные сети с малой задержкой, кабельные системы Infiniband являются наиболее подходящими, и их можно использовать из-за их более высокой пропускной способности и лучшей масштабируемости. Эти системы обычно используются в центрах обработки данных, высокочастотной торговле и крупных облачных инфраструктурных системах. Эти приложения требуют надежной и прочной производительности, что не является проблемой для Infiniband. С другой стороны, потребительские приложения часто используют кабели Ethernet для сетей большой площади, поскольку они недороги, просты в установке и обеспечивают достаточную производительность для домашних сетей и небольших офисов. Благодаря своей привлекательности и охвату широкой сетевой области технология Ethernet набирает обороты, поскольку она обеспечивает подходящий компромисс между производительностью и затратами для обычных потребителей.

Экономическая эффективность: AOC против медного кабеля

При проведении анализа стоимости между активными оптическими кабелями (AOC) и медными кабелями следует учитывать множество факторов. Первое, что следует отметить относительно AOC, это то, что они обычно имеют более высокую скорость передачи данных и меньшую задержку, и эти функции весьма полезны для корпоративных приложений, которым требуется передача больших объемов данных. Это особенно полезно для крупных предприятий, которым необходимо передавать большие объемы данных. К сожалению, их стоимость обычно выше, чем у медных кабелей. Напротив, медные кабели являются более дешевым вариантом, что снижает производительность при передаче на короткие расстояния и делает их пригодными только для небольших сетей или там, где требуется доступный вариант, чтобы вписаться в бюджетные ограничения. Кроме того, медные кабели проще в установке и обслуживании, поскольку они специализируются на работе с AOC; например, оптические трансиверы 850 нм не являются обязательным требованием. Следовательно, выбор двух вариантов является компромиссом между капитальными затратами и требованиями к приложениям с точки зрения размера сети, объема передаваемых данных и возможностей для будущего расширения.

Справочные источники

InfiniBand

Mellanox Technologies

Оптоволокно

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Что такое оптический разъем Infiniband и чем он отличается от других разъемов?

A: Оптический разъем Infiniband является членом семейства оптических кабелей, целью которого является передача данных на высокой скорости в центрах обработки данных, высокопроизводительных компьютерах или по сетям. Оптические разъемы Infiniband отличаются от разъемов прямого подключения медных кабелей (DAC) тем, что они используют световые сигналы для передачи вместо электрических сигналов, что позволяет увеличить пропускную способность и радикально повысить скорость, как в случае с активными оптическими кабелями в FDR. Независимо от этого, они выпускаются во многих конструкциях, включая QSFP28 и QSFP56, которые соответствуют различным скоростям передачи данных Infiniband, таким как скорости EDR, HDR и NDR.

В: Каковы преимущества использования QSFP28 AOC в системах Infiniband?

A: Среди других преимуществ, он облегчает использование QSFP28 AOC в системах Infiniband, точное нацеливание и распределение элементов в сложных сетях. Он может поддерживать полосу пропускания до 100G и предлагает большие расстояния, чем DAC, и обеспечивает лучшее качество сигнала. Кроме того, гибкие и легкие кабели AOC облегчают установку и управление в плотных установках центров обработки данных и с защелками для сборки кабелей. Работа с различными моделями Infiniband на разных расстояниях также может быть подходящей для обеспечения того, чтобы связь между устройствами не прерывалась.

В: Какие улучшения производительности сети были достигнуты с помощью QSFP56 Infiniband HDR AOC Gen-3?

A: Использование активного оптического кабеля Infiniband HDR QSFP56 Infiniband HDR AOC улучшило производительность сети, поддерживая скорость передачи данных 200G. Он включает в себя оптические технологии и технологии обработки сигналов в устройствах более высокого поколения, которые помогают снизить задержку и пропускную способность. Благодаря своей передовой конструкции QSFP56 HDR AOC повышают общую производительность и подходят для рабочих нагрузок HPC и AI/ML, которые передают большие объемы данных, поддерживая соединение с низкой задержкой.

В: Какие конкретные функции выполняют AOC, а оптические трансиверы — в сетях Infiniband?

A: Активные оптические кабели (AOC), такие как QSFP56-QSFP56, и оптические трансиверы — это разные устройства, используемые для схожих или даже одинаковых приложений. Устройства AOC — это готовые кабели с процессорами сигналов и оптическими устройствами, которые обеспечивают быстрое решение plug-and-play. Напротив, трансиверы AOC — это модули, которые можно вставлять в сетевые устройства и подключать к оптоволоконным соединениям. Системы AOC относительно дешевле и имеют меньшую сложность развертывания; однако трансиверы AOC имеют более гибкую длину и тип в зависимости от используемого кабеля.

В: В чем преимущество оптических кабелей Infiniband перед медными кабелями прямого подключения (DAC)?

A: Оптические кабели Infiniband предлагают лучшие характеристики, чем DAC на многих уровнях. Более расширенный диапазон, более высокая пропускная способность и неподверженность электромагнитным помехам — вот некоторые из общих преимуществ, предлагаемых оптическими кабелями. Они меньше весят, более гибкие и, таким образом, более доступны для маршрутизации в центрах обработки данных. Они уступают медным кабелям прямого подключения (DAC) по основным затратам, пока требования к расстоянию остаются небольшими, но уступают по производительности по длине и скорости AOC. В случае интенсивной обработки данных и высокопроизводительных вычислений оптические кабели Infiniband являются очень предпочтительными из-за их превосходных характеристик производительности.

В: Для каких типов приложений потребуются кабели Infiniband EDR и HDR AOC? Каковы их параметры?

A: Infiniband EDR (Enhanced Data Rate) и HDR (High Data Rate) AOC обеспечивают надежные высокопроизводительные соединения в течение месяцев. По оценкам, EDR способен передавать данные со скоростью 100 Гбит/с, тогда как HDR прогнозирует 200 Гбит/с. Благодаря интегрированной обработке сигнала и усовершенствованной оптике, как EDR, так и HDR AOC могут поддерживать целостность сигнала на больших расстояниях по проводам.

В: Каким образом AOC повышают скорость и взаимосвязанность выполнения взаимосвязей в центре обработки данных с экономической точки зрения?

A: AOC — это дешевые оптические соединительные кабели, подходящие для высокоскоростной передачи данных в центре обработки данных. Они объединяют трансиверы и оптоволоконные кабели в единую систему, что снижает затраты. AOC менее сложны в установке и обслуживании, что снижает эксплуатационные расходы. Кроме того, они работают с относительно меньшей мощностью, чем некоторые решения с трансиверами, и, таким образом, обеспечивают экономию затрат в течение длительного периода использования, что делает их подходящими для крупномасштабного развертывания.

В: Каковы максимально доступные скорости и их протоколы в рамках Infiniband, и как оптические кабели обеспечивают эти функции?

A: Протоколы Infiniband охватывают широкий диапазон скоростей, включая FDR (56 Гбит/с), EDR (100 Гбит/с), HDR (200 Гбит/с) и новейший NDR, достигающий 400 Гбит/с. AOC (активные оптические кабели) позволяют достичь этих более высоких скоростей, поскольку они используют оптику и усовершенствованные элементы обработки сигнала. Он идеально подходит для оптоволоконной связи, поскольку имеет широкую полосу пропускания, низкую задержку и большие расстояния лучше, чем медь. Следовательно, оптические кабели Infiniband смогут справиться с растущими потребностями в производительности современных центров обработки данных и систем HPC.