AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden (Atos), HPE, Intel, Meta✴ и Microsoft в рамках Linux Foundation сформировали новый консорциум Ultra Ethernet Consortium, который намерен создать на базе Ethernet новый масштабируемый и эффективный с точки зрения стоимости коммуникационный стек, ориентированный на высокопроизводительные вычисления (HPC) и ИИ. Иными словами, речь идёт о создании спецификаций интерконнекта нового поколения на базе Ethernet для современных кластеров, облаков и иных платформ.

UEC сформировал четыре рабочих группы, ответственных за физический, канальный и транспортный уровни, а также за уровень ПО. Целью же является создание современного сетевого стека, который учитывает потребности HPC- и ИИ-нагрузок, включая новые методы борьбы с заторами в сети, высокий уровень утилизации канала (в том числе 800G/1.6T), многопутевую и гарантированную доставку, сквозную телеметрию, консистентность и низкий уровень задержек, автоматизацию, безопасность и защищённость, масштабируемость, стабильность, надёжность, снижение TCO и так далее.

Источник: Ultra Ethernet Consortium

Фактически отдельные вендоры уже наделили рядом перечисленных свойств свои продукты, однако унификация и объединение усилий, как считается, должны пойти на пользу всем. Всем, кроме, по-видимому, NVIDIA, которой в списке основателей UEC нет (как и Marvell, к слову). NVIDIA после поглощения Mellanox фактически стала монополистом на рынке InfiniBand, который она активно продвигает, не забывая, впрочем, и о своём проприетарном интерконнекте NVLink, который в последней своей версии выбрался за пределы узла. Справедливости ради — про Ethernet компании тоже не забывает.

В обзоре UEC аккуратно критикуется и InfiniBand, и его адаптация в виде RoCE. Авторы указывают на правильность и успешность идеи RDMA, но жалуются на не слишком высокую практичность и удобство современных реализаций. И именно поэтому они первым делом предлагают внедрить новый транспортный протокол Ultra Ethernet Transport (UET), который и позволит реализовать интерконнект будущего, а заодно ещё раз доказать эффективность и гибкость технологии Ethernet, которой в этом году исполнилось 50 лет. Впрочем, это только один из кирпичиков UEC. Примечательно, что первые продукты на базе новых спецификаций обещали показать уже в 2024 году.

Компания GigaIO анонсировала HPC-систему SuperNODE, предназначенную для решения ресурсоёмких задач в области генеративного ИИ. SuperNODE позволяет связать воедино до 32 ускорителей посредством компонуемой платформы GigaIO FabreX. Архитектура FabreX на базе PCI Express, по словам создателей, намного лучше InfiniBand и NVIDIA NVLink по уровню задержки и позволяет объединять различные компоненты — GPU, FPGA, пулы памяти и пр.

SuperNODE даёт возможность более эффективно использовать ресурсы, нежели в случае традиционного подхода с ускорителями в составе нескольких серверов. В частности для SuperNODE доступны конфигурации с 32 ускорителями AMD Instinct MI210 или 24 ускорителями NVIDIA A100 с хранилищем ёмкостью до 1 Пбайт. При этом платформа компактна, энергоэффективна (до 7 кВт) и не требует дополнительной настройки перед работой.

Источник изображений: GigaIO

Поскольку приложения с большими языковыми моделями требуют огромных вычислительных мощностей, технологии, которые сокращают количество необходимых обменов данными между узлом и ускорителем, имеют решающее значение для обеспечения необходимой скорости выполнения операций при снижении общих затрат на формирование инфраструктуры. Что немаловажно, платформ, по словам разработчиков, демонстрирует хорошую масштабируемость производительности при увеличении числа ускорителей.

«Система SuperNODE, созданная GigaIO и работающая на ускорителях AMD Instinct, обеспечивает привлекательную совокупную стоимость владения как для традиционных рабочих нагрузок HPC, так и для задач генеративного ИИ», — сказал Эндрю Дикманн (Andrew Dieckmann), корпоративный вице-президент и генеральный менеджер по дата-центрам AMD. Стоит отметить, что у AMD нет прямого аналога NVIDIA NVLink, так что для объединение ускорителей в большие пулы с высокой скоростью подключения возможно как раз с использованием SuperNODE.

Китайская компания Metax, по сообщению ресурса ITHome, разработала ускоритель Xisi N100, предназначенный для решения задач, связанных с обработкой видеоматериалов, алгоритмами ИИ и пр. Новинка уже готова к серийному производству и в скором времени поступит на местный рынок.

Технических подробностей относительно Xisi N100 пока не слишком много. Известно, что основой ускорителя служит GPU с обозначением MXN100. Обеспечивается 128-канальное кодирование и 96-канальное декодирование. Заявлена поддержка форматов HEVC, H.264, AV1 и AVS2, а также разрешений вплоть до 8К.

Ускоритель выполнен в виде однослотовой карты расширения с интерфейсом PCIe. Применено пассивное охлаждение. Заявленное быстродействие достигает 160 TOPS при вычислениях INT8 и 80 Тфлопс на операциях FP16.

Источник изображений: ITHome

Metax намерена в 2025 году выпустить GPU для игровых приложений. Чип получит поддержку всех основных методов рендеринга графики и сможет использовать современные API. Кроме того, Metax обещает предоставить оптимизированное ПО и необходимые драйверы: это, как ожидается, поможет в продвижении продукта на коммерческом рынке.

Разработка собственных GPU важна для Китая в условиях торговой войны с США. Из-за американских санкций NVIDIA прекратила поставки в Поднебесную ускорителей A100 и H100: компании пришлось выпустить экспортные варианты названных изделий, не подпадающие под ограничения.

Компания NVIDIA анонсировала вычислительную платформу нового типа DGX GH200 AI Supercomputer для генеративного ИИ, обработки огромных массивов данных и рекомендательных систем. HPC-платформа станет доступна корпоративным заказчикам и организациям в конце 2023 года. Платформа представляет собой готовый ПАК и включает, в частности, наборы ПО NVIDIA AI Enterprise и Base Command.

Для платформы предусмотрено использование 256 суперчипов NVIDIA GH200 Grace Hopper, объединённых при помощи NVLink Switch System. Каждый суперчип содержит в одном модуле Arm-процессор NVIDIA Grace и ускоритель NVIDIA H100. Задействован интерконнект NVLink-C2C (Chip-to-Chip), который, как заявляет NVIDIA, значительно быстрее и энергоэффективнее, нежели PCIe 5.0. В результате, скорость обмена данными между CPU и GPU возрастает семикратно, а затраты энергии сокращаются примерно в пять раз. Пропускная способность достигает 900 Гбайт/с.

Источник изображений: NVIDIA

Технология NVLink Switch позволяет всем ускорителям в составе системы функционировать в качестве единого целого. Таким образом обеспечивается производительность на уровне 1 Эфлопс (~ 9 Пфлопс FP64), а суммарный объём памяти достигает 144 Тбайт — это почти в 500 раз больше, чем в одной системе NVIDIA DGX A100. Архитектура DGX GH200 AI Supercomputer позволяет добиться 10-кратного увеличения общей пропускной способности по сравнению с HPC-платформой предыдущего поколения.

Ожидается, что Google Cloud, Meta✴ и Microsoft одними из первых получат доступ к суперкомпьютеру DGX GH200, чтобы оценить его возможности для генеративных рабочих нагрузок ИИ. В перспективе собственные проекты на базе DGX GH200 смогут реализовывать крупнейшие провайдеры облачных услуг и гиперскейлеры. Для собственных нужд NVIDIA до конца 2023 года построит суперкомпьютер Helios, который посредством Quantum-2 InfiniBand объединит сразу четыре DGX GH200.

Компания NVIDIA на выставке Computex 2023 представила архитектуру MGX, которая открывает перед разработчиками серверного оборудования новые возможности для построения HPC-систем, платформ для ИИ и метавселенных. Утверждается, что MGX закладывает основу для быстрого создания более 100 вариантов серверов при относительно небольших затратах.

Концепция MGX предусматривает, что разработчики на первом этапе проектирования выбирают базовую системную архитектуру для своего шасси. Далее добавляются CPU, GPU и DPU в той или иной конфигурации для решения определённых задач.

Таким образом, на базе MGX может быть построена серверная система для уникальных рабочих нагрузок в области наук о данных, больших языковых моделей (LLM), периферийных вычислений, обработки графики и видеоматериалов и пр. Говорится также, что благодаря гибридной конфигурации на одной машине могут выполняться задачи разных типов, например, и обучение ИИ-моделей, и поддержание работы ИИ-сервисов.

Источник изображений: NVIDIA

Одними из первых системы на архитектуре MGX выведут на рынок компании Supermicro и QCT. Первая предложит решение ARS-221GL-NR с NVIDIA Grace, а вторая — сервер S74G-2U на базе NVIDIA GH200 Grace Hopper. Эти платформы дебютируют в августе нынешнего года. Позднее появятся MGX-платформы ASRock Rack, ASUS, Gigabyte, Pegatron и других производителей.

Архитектура MGX совместима с нынешним и будущим оборудованием NVIDIA, включая H100, L40, L4, Grace, GH200 Grace Hopper, BlueField-3 DPU и ConnectX-7. Поддерживаются различные форм-факторы систем: 1U, 2U и 4U. Возможно применение воздушного и жидкостного охлаждения.

Meta✴ анонсировала свой первый кастомизированный процессор, разработанный специально для ИИ-нагрузок. Изделие получило название MTIA v1, или Meta✴ Training and Inference Accelerator: оно оптимизировано для обработки рекомендательных моделей глубокого обучения.

Проект MTIA является частью инициативы Meta✴ по модернизации архитектуры дата-центров в свете стремительного развития ИИ-платформ. Утверждается, что чип MTIA v1 был создан ещё в 2020 году. Это интегральная схема специального назначения (ASIC), состоящая из набора блоков, функционирующих в параллельном режиме.

Источник изображений: Meta✴

Известно, что при производстве MTIA v1 используется 7-нм технология. Конструкция включает 128 Мбайт памяти SRAM. Чип может использовать до 64/128 Гбайт памяти LPDDR5. Задействован фреймворк машинного обучения Meta✴ PyTorch с открытым исходным кодом, который может применяться для решения различных задач в области компьютерного зрения, обработки естественного языка и пр.

Процессор MTIA v1 имеет размеры 19,34 × 19,1 мм. Он содержит 64 вычислительных элемента в виде матрицы 8 × 8, каждый из которых объединяет два ядра с архитектурой RISC-V. Тактовая частота достигает 800 МГц, заявленный показатель TDP — 25 Вт.

Meta✴ признаёт, что у MTIA v1 присутствуют «узкие места» при работе с ИИ-моделями большой сложности: требуется оптимизация подсистем памяти и сетевых соединений. Однако в случае приложений низкой и средней сложности платформа, как утверждается, обеспечивает более высокую эффективность по сравнению с GPU.

В дальнейшем в семействе MTIA появятся более производительные изделия, но подробности о них не раскрываются. Ранее говорилось, что Meta✴ создаёт некий секретный чип, который подойдёт и для обучения ИИ-моделей, и для инференса: это решение может увидеть свет в 2025 году.

Хотя в генеративных ИИ-моделях вроде GPT-4 или Midjourney отдельные эксперты усматривают много угроз человечеству, далеко не все обращают внимание на важный фактор — не исключено, что скоро ИИ и люди будут конкурировать за обычную пресную воду. Как сообщает The Register, по прогнозам учёных, её будет всё больше требоваться для охлаждения ЦОД.

Проблема привлекла внимание учёных Калифорнийского университета в Риверсайде и Техасского университета в Арлингтоне. По оценкам исследователей, обучение языковой модели уровня GPT-3 требует использования около 700 тыс. литров воды — столько тратится на выпуск 320 электромобилей Tesla. Более того, на простой диалог из 20-50 вопросов ChatGPT требуется около 500 мл воды, а с развитием ИИ потребление воды такими системами достигнет огромных масштабов — если заранее не принять меры по оптимизации охлаждения ЦОД.

Источник изображения: Drew Dizzy Graham/unsplash.com

При этом эксперты обещают, что к середине века огромные территории в США будут страдать от засухи. Уже сейчас ЦОД крайне неохотно делятся информацией о потреблении воды, при этом используя разные системы подсчёта и, как Google, пытаясь скрыть следы в судебном порядке. В результате учёным приходится при расчётах пользоваться преимущественно косвенными данными. Впрочем, утверждается, что можно повсеместно использовать модель, разработанную SPX Cooling Technologies, и это позволит определить, сколько воды уходить на обучение и эксплуатацию языковых моделей.

Но, как считают в Dell'Oro Group, проблема на деле не в ИИ — он не испытывает настоящей жажды. В первую очередь речь идёт о рационализации систем терморегулирования. Даже от того, где находится ЦОД с ИИ, может значительно меняться потребление воды. Многие ЦОД используют не жидкостное охлаждение, а другие варианты. Например, в прошлом месяце Microsoft говорит об использовании систем с нулевым водопотреблением в ЦОД Аризоны — но они потребляют больше энергии.

Предлагается немало вариантов — от воздушного до водяного или погружного охлаждения, каждый из которых имеют свои преимущества и недостатки. Впрочем, вендоры вроде Submer и LiquidStack предлагают системы иммерсионного охлаждения, обеспечивающие PUE на уровне менее 1,05, тогда как системы воздушного охлаждения обычно обеспечивают лишь 1,4–1,5.

Источник изображения: redcharlie | @redcharlie1/unsplash.com

В научной работе приводятся не только возможные пути оптимизации систем охлаждения, но и рекомендации для того, чтобы ЦОД в принципе выделяли меньше тепла. В частности, речь идёт о том, что дата-центры стоит строить в местах с прохладным климатом вместо жарких азиатских стран, а некоторые задачи можно выполнять во второй половине дня, когда становится прохладнее. Хотя это ограничивает использование солнечных элементов питания, сам собой напрашивается вывод о применении резервных аккумуляторных источников вместо генераторов для накопления энергии днём.

Учёные считают, что залогом эффективного использования энергетических систем и охлаждения является большая прозрачность деятельности ЦОД. В Европе, например, пересматривают поправки к Директиве об энергоэффективности, которые заставят отчитываться по многим параметрам всё ЦОД кроме самых мелких. Как заявил один из учёных, «индустрия ЦОД столь скрытна, что иногда трудно получить подходящие данные для построения моделей». Впрочем, учёные опасаются, что у гиперскейлеров может не хватить времени на внедрение качественной отчётности — индустрия ИИ развивается чересчур быстро.

Компания Meta✴ прибегла к необычному экспериментальному способу утилизации строительного мусора. Совместно с биоинженерами Mycocycle она занялась превращением остатков гипсокартона, сохранившихся после строительства ЦОД Meta✴ в Галлатине (США), в ценное сырьё. Как сообщает DataCenter Dynamics, мусор буквально пожирают грибы. Ранее Meta✴ c партнёрами уже разработали с помощью ИИ «зелёный» экобетон для своих новых дата-центров.

Только в США ежегодно «генерируется» 660 млн тонн строительных отходов, как от самой стройки, так и в результате предварительного сноса зданий и очистки строительных площадок. Одним из наиболее распространённых и при этом проблемных материалов является гипсокартон, простые методы переработки которого пока отсутствуют — гипсокартон может вступать в реакции с другими материалами, в результате чего выделяются опасные вещества, в том числе сероводород и аммиак. Meta✴ же является одним из крупных «поставщиков» таких отходов на мусорные полигоны.

Источник изображения: Meta✴

В результате сотрудничества Meta✴ с Mycocycle с 2022 года разрабатывается метод, позволяющий буквально «скармливать» гипсокартон грибам, в результате чего создаётся перспективный побочный продукт, который тоже можно использовать в качестве строительного материала. Он, например, может применяться в составе термо- или шумоизоляционных панеле. В Meta✴ уже сообщили о сотрудничестве с крупными строительными компаниями для расширения экспериментов по созданию многократно перерабатываемого сырья.

Вырастая на гипсокартоне, грибы распространяют грибницу, которая буквально «взламывает» сам материал, питаясь мелкими остатками. Новый композит на основе остатков гипсокартона и грибницы может служить для формирования огнеупорного, крепкого и водонепроницаемого сырья, в перспективе способного заменить пластик. Известно, что Mycocycle уже участвовала в исследовании на эту же тему, профинансированным Microsoft.

Источник изображения: Meta✴

По мнению представителей строительной компании DPR, тоже участвующей в проекте Meta✴, инициатива имеет критически важное значение, поскольку отходы гипсокартона являются огромной проблемой для строительной отрасли. Как сообщает DataCenter Dynamics, Mycocycle уже «тренировала» грибы для переработки других типов материалов — например, битумной черепицы. Пока не уточняется, какие меры безопасности принимаются и как грибы смогут отличить «полезный» гипсокартон от строительного мусора.

Компания Meta✴, по сообщению Reuters, была вынуждена пересмотреть конфигурацию своих дата-центров из-за отставания от конкурентов в плане развития ИИ-платформ. Компания, в частности, решила отказаться от дальнейшего внедрения инференс-чипов собственной разработки.

Отмечается, что до прошлого года Meta✴ применяла архитектуру, в которой традиционные CPU соседствуют с кастомизированными решениями. Однако выяснилось, что такой подход менее эффективен по сравнению с применением ускорителей (GPU). При этом ранее компания отказалась от ИИ-ускорителей Qualcomm, указав на недоработки ПО, которые, судя по всему, были устранены только недавно. А с Esperanto, вероятно, отношения у Meta✴ пока не сложились. Впрочем, теперь компании интересен генеративный ИИ, а не только рекомендательные системы, что накладывает иные требования к оборудованию.

Источник изображения: Meta✴

В течение почти всего 2022 года Meta✴ активно инвестировала в развите инфраструктуры, однако в конце года стало известно, что она приостановила строительство целого ряда ЦОД, а затем пересмотрела расходы на дата-центры. Компания решила кардинально переосмыслить архитектуру своих ЦОД, сделав ставку на СЖО. Как теперь выясняется, связано это с тем, что Meta✴ отказалась от собственных ИИ-чипов в пользу ускорителей NVIDIA: объём заказов последних исчисляется «миллиардами долларов». Соответствующую платформу Grand Teton компания показала в конце прошлого года.

Источник изображения: Meta✴

Но ускорители потребляют больше энергии и выделяют больше тепла, нежели CPU или узкоспециализированные ASIC. Кроме того, ускорители должны физически находиться довольно близко друг к другу, хотя с интерконнектом компания тоже уже экспериментирует. Всё это влияет на архитектуру ЦОД. Тем не менее, Meta✴ всё же разрабатывает некий секретный чип, который сгодится и для обучения ИИ-моделей, и для инференса. Ожидается, что это решение увидит свет в 2025 году. Пока что для обучения ИИ компания намерена использовать собственный ИИ-суперкомпьютер RSC и облачные кластеры Microsoft Azure.

Похожий путь избрала Microsoft, решившая создать свой ИИ-чип, не отказываясь пока от ускорителей NVIDIA. The Information добавляет, что вице-президент Microsoft по разработке «кремния» Жан Буфархат (Jean Boufarhat) присоединится к Meta✴. Он возглавит команду Facebook✴ Agile Silicon Team (FAST), чтобы помочь компании в реализации проектов по созданию чипов. Ранее Meta✴ переманила из Intel руководителя разработки сетевых решений для дата-центров. У Google и Amazon уже есть свои ИИ-чипы для обучения и инференса.

Технологии искусственного интеллекта (ИИ) сегодня бурно развиваются и требуют всё более серьёзных вычислительных мощностей. Но наряду с наращиванием этих мощностей растут требования и к сетевой подсистеме, поэтому крупные компании и исследовательские организации ищут всё новые способы оптимизации инфраструктуры.

Компания Meta✴ в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT) и рядом прочих исследовательских организаций опубликовала данные любопытного эксперимента, в котором ИИ-кластер мог менять топологию своего интерконнекта с помощью механической «роборуки».

Система получила название TopoOpt, поскольку вычислительные узлы в ней использовали полностью оптическую сеть с оптической же патч-панелью. Эта сеть объединяла 12 вычислительных узлов ASUS ESC4000A-E10, каждый из которых был оснащён ускорителем NVIDIA A100, сетевыми адаптерами HPE и Mellanox ConnectX-5 (100 Гбит/с) с оптическими трансиверами.

Источник здесь и далее: USENIX

Наиболее интересное устройство в эксперименте — оптическая патч-панель Telescent, оснащённая механическим манипулятором, способным производить перекоммутацию на лету. Эта «роборука» работала под управлением специализированного ПО, целью которого ставилось нахождение оптимальной сетевой топологии и сегментации сети применительно к различным задачам машинного обучения.

Система с перекоммутируемой оптической сетью не требует энергоёмких высокоскоростных коммутаторов и обеспечивает ряд других преимуществ

Такая роботизированная патч-панель не столь расторопна, как оптические коммутаторы Google с микрозеркальной механикой, но стоит впятеро дешевле и имеет больше портов. Опубликованные экспериментальные данные уверенно свидетельствуют о том, что топология «толстого дерева» (fat tree), использующая несколько слоёв коммутаторов, не оптимальна и даже избыточна для ряда нейросетевых задач.

К тому же перекоммутируемая оптическая сеть без традиционных высокоскоростных коммутаторов требует меньше оборудования, а значит, может быть не только быстрее сети fat tree в ряде ИИ-задач, но и существенно дешевле в развёртывании и поддержании в рабочем состоянии — как минимум за счёт отсутствия затрат на питание множества коммутаторов.