InfiniBand HDR: De Ruggengraat van Supercomputing
In de snel evoluerende wereld van supercomputing en kunstmatige intelligentie (AI) vormen netwerken een cruciale schakel in de efficiëntie en schaalbaarheid van systemen. InfiniBand HDR (High Data Rate) heeft zich bewezen als de beste optie voor datacenters met hoge prestaties, dankzij de lage latentie, hoge bandbreedte en optimalisatie van gegevensverwerking. Met de groeiende vraag naar cloudverwerking, AI en machine learning, blijft InfiniBand Ethernet en andere technologieën overtreffen in HPC (High-Performance Computing) omgevingen.
InfiniBand: De Ruggengraat van Supercomputing
InfiniBand is een communicatiestandaard die is ontworpen voor ultra-snelle en betrouwbare interconnectie in high-performance computing systemen. Het gebruik van deze technologie is de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen en is de voorkeurskeuze geworden in de belangrijkste supercomputers wereldwijd. Volgens de Top500-lijst van november 2023 blijft InfiniBand de markt domineren met 189 systemen die op deze technologie zijn gebaseerd, vooral in de top 100.
Belangrijkste voordelen van InfiniBand in supercomputing:
- Extreem hoge bandbreedte: HDR kan tot 200 Gbps bereiken en NDR tot 400 Gbps, waardoor een soepelere en snellere communicatie tussen servers mogelijk is.
- Lage latentie: Terwijl Ethernet latenties van enkele microseconden kan hebben, reduceert InfiniBand deze tijd tot minder dan 100 nanoseconden, ideaal voor AI en HPC.
- CPU-ontlasting: De architectuur optimaliseert het gebruik van de CPU door middel van RDMA (Remote Direct Memory Access) en GPUDirect-technologie, waardoor directe toegang tot het geheugen van de GPU mogelijk wordt zonder tussenkomst van de CPU.
- Verliesvrije netwerken: Dankzij een efficiënte flow control voorkomt InfiniBand het retransmissie van pakketten en optimaliseert het de prestaties van datacenters.
De Laatste Innovaties: HDR en NDR
De transmissiesnelheden in InfiniBand zijn snel geëvolueerd. Momenteel is HDR de dominante technologie in datacenters met hoge prestaties, terwijl NDR (Next Data Rate) met 400 Gbps steeds meer tractie wint in geavanceerde infrastructuren. De volgende generatie, XDR (Extreme Data Rate), zal een snelheid van 800 Gbps bereiken en de verwerking van realtime gegevens verder stimuleren.
| Technologie | Maximale Snelheid | Hoofdaanpak |
|---|---|---|
| SDR | 8 Gbps | Basis HPC |
| DDR | 16 Gbps | Intermediate HPC |
| QDR | 40 Gbps | Gedistribueerde rekenschap |
| FDR | 56 Gbps | AI-clusters |
| EDR | 100 Gbps | Geavanceerde zakelijke netwerken |
| HDR | 200 Gbps | Datacenters en supercomputing |
| NDR | 400 Gbps | Grootschalige AI-infrastructuren |
| XDR | 800 Gbps | Volgende generatie supercomputing |
InfiniBand vs. Ethernet: Wat is de Beste Keuze?
Hoewel Ethernet nog steeds de standaard netwerktechnologie is in traditionele datacenters, wordt de prestaties in HPC en AI-toepassingen beperkt door het hogere CPU-verbruik en de hogere latentie. InfiniBand is ontworpen om grote datavolumes met een minimale latentie en efficiënte inzet van middelen te verwerken.
Technische vergelijking tussen InfiniBand en Ethernet:
| Kenmerk | InfiniBand | Ethernet |
|---|---|---|
| Bandbreedte | Tot 400 Gbps (NDR) | Tot 400 Gbps |
| Latentie | Onder 100 ns | 2-10 μs |
| CPU-verbruik | Laag (RDMA) | Hooger (TCP/IP) |
| Betrouwbaarheid | Verliesvrij netwerk | Mogelijke pakketverlies |
| Netwerkbeheer | Subnet Manager (SDN) | VLAN, STP, ARP |
| Kosten | Hoog | Laag |
| Toepassingen | HPC, AI, Supercomputing clusters | Zakelijke netwerken, Cloud, Virtualisatie |
Het grootste verschil ligt in de latentie en het CPU-verbruik. InfiniBand maakt het mogelijk om serverclusters met bijna nul latentie te interconnecteren, wat essentieel is voor AI en grootschalige machine learning-modellen. Ethernet, hoewel goedkoper en flexibeler, kan de prestaties van InfiniBand in HPC niet evenaren.
Toepassingen van InfiniBand in Kunstmatige Intelligentie en HPC
De acceptatie van InfiniBand is gestimuleerd door bedrijven en onderzoekscentra die grote rekenkracht en hoge snelheid van gegevensoverdracht vereisen. Enkele van de meest markante toepassingen zijn:
- Training van AI-modellen: Platforms zoals OpenAI en NVIDIA Selene depend on InfiniBand om geavanceerde machine learning-modellen te trainen met grote datavolumes.
- Wetenschappelijke supercomputing: Instellingen zoals het Nederlands Centrum voor Supercomputing (BSC) maken gebruik van InfiniBand voor onderzoek in astrofysica, biomedicine en klimaatmodellering.
- Zakelijke datacenters: Bedrijven zoals Microsoft Azure hebben InfiniBand geïntegreerd in hun cloudinfrastructuur om de efficiëntie van hun diensten te verbeteren.
De HDR Infrastructuur van InfiniBand: Switches en Netwerkkaarten
De laatste hardware-innovaties hebben de uitbreiding van InfiniBand in supercomputing-omgevingen mogelijk gemaakt. NVIDIA, een van de toonaangevende hardwarefabrikanten voor AI en HPC, heeft HDR en NDR switches en netwerkkaarten ontwikkeld die geoptimaliseerd zijn voor deze workloads.
InfiniBand HDR Switches
De HDR-switches maken it mogelijk om duizenden nodes met geoptimaliseerde prestaties te interconnecteren. Modellen zoals de NVIDIA QM8700-HS2F en QM8790-HS2F bieden tot 40 QSFP56-poorten van 200 Gbps, met een latentie van minder dan 130 ns.
| Model | Poorten | Snelheid | Formaat |
|---|---|---|---|
| QM8700-HS2F | 40 x QSFP56 | 200 Gbps | 1RU |
| QM8790-HS2F | 40 x QSFP56 | 200 Gbps | 1RU |
InfiniBand HDR Netwerkkaarten (NIC)
De SmartNICs InfiniBand HDR maken optimaal gebruik van de snelheid en lage latentie van het netwerk. Modellen zoals de MCX653106A-ECAT ondersteunen tot 200 Gbps, met ondersteuning voor RDMA en GPUDirect.
| Model | Poorten | Maximale Snelheid | Interface |
|---|---|---|---|
| MCX653106A-ECAT | Dual | 200 Gbps | QSFP56, PCIe 4.0 |
De Toekomst van InfiniBand: Waar Gaan We Heen?
Met de komst van exascale supercomputing, zal InfiniBand blijven evolueren om zelfs intensievere workloads te ondersteunen. De volgende generatie XDR (800 Gbps) zal het mogelijk maken om complexe simulaties en AI-training uit te voeren met ongekende snelheden.
De tendensen tonen aan dat InfiniBand de standaard technologie voor hoge prestaties netwerken zal worden, waardoor Ethernet in HPC-omgevingen wordt verdrongen. De combinatie van snelheid, lage latentie en CPU-optimalisatie maakt het essentieel voor de toekomst van computing.
Conclusie
InfiniBand HDR heeft zich bewezen als de ideale oplossing voor supercomputing, AI en datacenters met hoge prestaties. Terwijl Ethernet de meest veelzijdige keuze blijft voor conventionele netwerken, is InfiniBand de enige optie die in staat is om de exponentiële groei van AI en geavanceerde computing aan te pakken.
Naarmate technologieën zoals XDR en NDR blijven voortschrijden, zullen datacenters van de volgende generatie steeds meer afhankelijk zijn van InfiniBand om optimale prestaties en onbeperkte schaalbaarheid te bereiken.
Bron: FS