Консорциум Ultra Ethernet объявил о том, что в его состав вошли 45 новых участников. Таким образом, на сегодняшний день общее количество членов этой организации достигает 55. К участию в Ultra Ethernet приглашаются и другие заинтересованные компании и институты.

Напомним, консорциум был создан в июле 2023 года. Его задача заключается в разработке основанной на Ethernet открытой высокопроизводительной архитектуры с полным коммуникационным стеком, отвечающей задачам современных рабочих нагрузок ИИ и НРС. Изначально в состав Ultra Ethernet входили AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden (Atos), HPE, Intel, Meta✴ и Microsoft. Позднее к консорциуму присоединилась компания Cornelis Networks, поставщик HPC-интерконнекта на базе Omni-Path.

Источник изображения: Ultra Ethernet

С ноября 2023-го организация начала принимать новых участников в массовом порядке. С тех пор инициативу поддержали Nokia, Lenovo, Baidu, Dell, Huawei, IBM, Supermicro, Tencent и многие другие компании. Примечательно, что в списке участников так и нет AWS, Google и NVIDIA. Последняя по-прежнему считает InfinBand лучшим интерконнектом для HPC/ИИ-кластеров и является фактически единственным поставщиком данной технологии. Более того, даже Ethernet-решения NVIDIA подвергаются критике со стороны конкурентов.

Источник изображения: Ultra Ethernet

Для тех, кто заинтересован в работах в рамках проекта, Ultra Ethernet предлагает различные варианты участия через восемь технических групп. В их число, в частности, входят физический, транспортный и программный уровни, хранение, управление, отладка и пр. В настоящее время ведётся активная работа над спецификацией Ultra Ethernet версии 1.0: представить её планируется в III квартале текущего года. Ожидается, что совместная работа десятков IT-компаний в перспективе позволит создать революционные коммуникационные платформы.

Дополнением к только что представленным ИИ-ускорителям NVIDIA Blackwell станут новые сетевые 800G-платформы Quantum-X800 и Spectrum-X800, а также сетевые адаптеры ConnectX-8. Именно они позволят вывести масштабирование ИИ-кластеров на новый уровень и позволят «прокормить» гигантские массивы ускорителей в дата-центрах гиперскейлеров.

Платформа NVIDIA Quantum-X800 ориентирована на наиболее производительные ИИ- и HPC-кластеры. Она использует новое поколение технологии InfiniBand, всё ещё обладающей рядом преимуществ в сравнении с Ethernet, и включает в себя обновлённые SHARP-движки. Технология SHARPv4 реализует «вычисления в сети» (In-Network Computing), что позволяет не только существенно разгрузить вычислительные узлы и серверы, но и обеспечить более высокую пропускную способность интерконнекта вкупе с более серьёзными возможностями его масштабирования.

NVIDIA Q3400-RA 4U (справа) и SN5600. Источник изображений здесь и далее: NVIDIA

Основой платформы Quantum-X800 стал 4U-коммутатор Q3400-RA, впервые в индустрии, как говорит компания, использующий 200G-блоки SerDes для каждой линии InfiniBand. Коммутатор располагает 144 портами 800G в 72 OSFP-модулях и выделенным портом для Unified Fabric Manager. Новинка имеет стандартное 19″ исполнение с воздушным охлаждением, но есть и вариант Q3400-LD с жидкостным охлаждением, предназначенный для 21″ OCP-стоек. В двухуровневом варианте fat tree коммутаторы позволят объединить 10 368 NIC.

Основным адаптером для новой платформы InfiniBand является ConnectX-8 SuperNIC с интерфейсом PCIe 6.0. Он является частью SHARPv4 и предлагается в однопортовом (OSFP224) и двухпортовом (QSFP112) вариантах и в нескольких форм-факторах, включая OCP 3.0. На платах также имеется разъём SocketDirect на 16 линий PCIe. Также компания представила компоненты NVIDIA LinkX: оптические трансиверы 2xDR4/2xFR4 и активные медные кабели (LACC).

Не забыла NVIDIA и про Ethernet: здесь вывести производительность сети на новый уровень должна платформа Spectrum-X800. Её основой служит новейший коммутатор SN5600 — это, по словам NVIDIA, первый в мире Ethernet-коммутатор класса 800GbE, специально разработанный для применения гиперскейлерами в крупных облачных ИИ-комплексах. Применяемая архитектура позволяет гарантировать каждому клиенту оптимальный и постоянный уровень производительности, а потоковая телеметрия позволит находить и ликвидировать возможные «бутылочные горлышки» в сети буквально на лету.

Общая пропускная способность SN5600 составляет 51,2 Тбит/с. Коммутатор располагает 64 портами 800GbE в формате OSFP. В нём используется ASIC пятого поколения на базе архитектуры Spectrum-4. В качестве основного адаптера предлагается SuperNIC на базе DPU BlueField-3 с двумя 400GbE-портами.

Фото: Twitter/NVIDIANetworkng

Spectrum-X800 сопровождает полноценный спектр инфраструктурных компонентов, включая кабели DAC и LACC. С оптическими трансиверами длина соединения 800GbE может достигать двух километров. Начиная со следующего года, решения на базе новых сетевых платформ NVIDIA будут доступны от широкого круга поставщиков оборудования, включая Aivres, DDN, Dell Technologies, Eviden, Hitachi Vantara, HPE, Lenovo, Supermicro и VAST Data.

Практически сразу после анонса чипов Broadcom Vantage 5 и 6 Astera представила свой вариант ретаймеров для инфраструктуры PCIe следующего поколения — серию чипов Aries 6, передаёт ServeTheHome. Высокий интерес к ретаймерам вызван теми возможностями, что открывает PCI Express 6.0 как в плане скоростей, так и в плане функциональности (CXL). А переход на новое поколение шины необходим для дальнейшего развития набирающего популярность генеративного ИИ.

По мере роста скоростей PCI Express обострялась и проблема длины проводников на печатной плате, при которой сигнал достаточно устойчив и вписывается в окно требуемых характеристик. Если при переходе от PCIe 3.0 к 4.0 удалось обойтись сравнительно малой кровью, то для PCIe 5.0 уже потребовались более сложная схемотехника и более продвинутые ретаймеры. PCIe 6.0 же накладывает ещё более жёсткие требования к целостности сигнала.

Источник здесь и далее: Astera Labs via Serve The Home

Платформы GPU-кластеров и СХД компактнее не становятся, так что требуемая длина проводников на печатных платах растёт, а вместе с ней растёт и важность ретаймеров, поскольку без них согласовать высокоскоростной сигнал PCIe 6.0 становится невозможно. Таким системам требуется сразу несколько подобных чипов, причём стоимость каждого из них достигает $20, так что суммарная стоимость этих компонентов на уровне целого ЦОД весьма внушительна.

Новые чипы Aries 6 относятся к третьему поколению «умных» DSP-ретаймеров. Они представлены в вариантах с 8 и 16 линиями PCIe 6.0 и позволяют в три раза увеличить длину соответствующего соединения на плате, говорит Astera Labs. При этом новинки поддерживают CXL 3.x и предоставляют расширенные средства диагностики и управления COSMOS. Энергопотребление в режиме PCIe 6.0 при этом заявлено меньше, чем у Broadcom Vantage 6 — 11 Вт против 13 Вт у конкурента.

Aries 6 уже протестированы на совместимость с полсотней разнообразных PCIe-соединений, включая root-комплексы и конечные устройства. И если Broadcom пока только говорит о ретаймерах для PCIe 6.0, а появление первого «кремния» Vantage 6 запланировано лишь на следующий год, то Astera Labs начала поставки образцов Aries 6 ещё в феврале. Похоже, Broadcom будет нелегко развернуться на этом рынке.

Одним из столпов, на которых зиждется господство NVIDIA в мире ускорителей, является NVLink — высокоскоростной интерконнект, позволяющий чипам общаться напрямую не только в составе одного узла, но и за его пределами. AMD пытается ответить на это продвижением XGMI/Infinity Fabric, и в предварительном обзоре Instinct MI300 были затронуты вопросы топологии серверов в исполнении «красных».

Ещё тогда, в момент анонса MI300, компания Broadcom объявила о поддержке данного интерконнекта в будущих поколениях своих PCIe-коммутаторов, а сейчас ресурс ServeTheHome поделился новыми подробностями. XGMI действительно станет коммутируемым, что упростит масштабирование систем на базе ускорителей AMD Instinct. Интерконнект получил официально название AFL (Accelerated Fabric Link).

В основе AFL по-прежнему будет лежать PCI Express, в данном случае речь идёт уже о PCI Express 7.0. Поддержка данной технологии дебютирует в PCIe-коммутаторах Broadcom Atlas 4. В дополнение к ним будут выпущены и новые ретаймеры Vantage 7, которые также получат поддержку CXL 4.0.

Источник здесь и далее: Broadcom via ServeTheHome

Но перед этим Broadcom начнёт поставки образцов чипов-коммутаторов Atlas 3 со 144 линиями PCIe 6.0 во II половине 2024 года, а серверы с такими коммутаторами появятся в 2025 году. Поддержка CXL здесь будет расширена до версии 3.1.

Что касается ретаймеров, то здесь Broadcom уже нанесла ответный удар Astera Labs, анонсировав чипы серий Vantage 5 и Vantage 6 для экосистем PCI Express 5.0 и PCI Express 6.0 соответственно. Они будут выпускаться в вариантах с 8 и 16 линиями с опцией бифуркации и поддержкой CXL 2.0 и 3.1.

Broadcom заявляет о более низком энергопотреблении, достигнутом за счёт применения 5-нм техпроцесса, лучших в индустрии блоках SerDes и расширенных средствах диагностики, интегрированных в новые ретаймеры.

Экономичность здесь играет важную роль: хотя даже 7-нм ретаймер потребляет немного, таких микросхем в составе каждого GPU-сервера несколько, что при дальнейшем масштабировании выливается весьма серьёзные цифры. К тому же меньшая нагрузка ляжет и на систему охлаждения, ведь если CPU и ускорители могут обслуживаться СЖО, то остальные компоненты в таких серверах по-прежнему охлаждаются обычными вентиляторами.

Что касается SerDes-блоков, то они позволят на 40 % удлинить соединения при сохранении стабильной работы. Ну а наличие продвинутого диагностического программного обеспечения с расширенными возможностями упростит разработку, отладку и ремонт систем нового поколения.

Ретаймеры Vantage 5 будут использоваться в комплекте с коммутаторами Atlas 2 в решениях Broadcom уже сегодня, они обеспечат поддержку CXL 2.0, ну а системы с Vantage 6 и поддержкой CXL 3.1, как уже упоминалось, должны увидеть свет в следующем году.

Astera Labs есть о чём беспокоиться: если на данный момент её ретаймерам почти нет альтернативы, то уже в ближайшем будущем ситуация может коренным образом измениться, поскольку Broadcom явно осознала всю важность этого компонента в экосистеме PCI Express и оценила солидный объём потенциальной клиентской базы.

Развитие пула технологий CXL естественным образом вызывает необходимость в разработке соответствующей кабельной инфраструктуры. Активные оптические кабели достаточно дороги для того, чтобы использовать их на соединениях малой длины, а полностью пассивная «медь» неизбежно потребует установки дополнительных ретаймеров. Astera Labs, разработчик решений для CXL, предлагает решить эту проблему путём использования активных медных кабелей, оснащённых встроенными ретаймерами.

Изображение: Astera Labs

Новый тип кабельных модулей получил название Aries PCIe/CXL Smart Cable, он гарантирует устойчивую работу при длине соединения до 7 м, в то время как PCIe 5.0-совместимая пассивная «медь» работоспособна лишь на длинах до 3 м. В основу легли разработанные ещё в 2022 году ретаймеры серии Aries, представленные в рамках анонса целого портфолио решений с поддержкой CXL.

Изображение: Astera Labs

Все решения Astera Labs поддерживают единую программно-аппаратную платформу COSMOS, отвечающую за управление и телеметрию, что должно упростить развёртывание и эксплуатацию крупномасштабных систем на базе PCIe/CXL-интерконнекта любой сложности, от комплексов GPU-кластеризации до пулов CXL-памяти.

Источник изображений здесь и далее: Astera Labs via Serve The Home

Сами ретаймеры Aries несмотря на свою компактность, представляют собой сложные устройства с достаточно производительными для работы на скоростях PCIe 5.0 сигнальными процессорами (DSP). Помимо DSP в состав чипа входит блок телеметрии и удалённого управления и программно-определяемый контроллер, отвечающий за режимы бифуркации.

Применение «умных» медных кабелей Astera упростит и удешевит конструкцию систем с более чем одной стойкой, а также позволит использовать более разнообразные варианты топологии. Для подключений длиной более 7 м компания ведёт разработку активных оптических соединителей.

Стоит отметить, что готовые кабели Astera Labs не продаёт. Она поставляет кабельные модули, которые гиперскейлеры и ОЕМ-производители вольны использовать в своих решениях так, как им представляется необходимым.

Консорциум PCI-SIG объявил о формировании рабочей группы PCI-SIG Optical Workgroup, которая займётся реализацией интерфейса PCI Express (PCIe) по оптическим соединениям. Это, как ожидается, станет важным этапом развития соответствующей экосистемы.

Внедрение оптических соединений для PCIe по сравнению с существующими решениями обеспечит более высокую пропускную способность, пониженное энергопотребление, увеличенную дальность действия и меньшие задержки.

Источник изображения: pixabay.com

Новая технология, как ожидается, будет востребована в облачных дата-центрах, системах НРС и на площадках гиперскейлеров. Речь идёт о создании системы, поддерживающей широкий спектр оптических технологий. Консорциум PCI-SIG призывает всех своих участников присоединиться к Optical Workgroup, поделиться опытом и помочь определить конкретные цели рабочей группы и требования к аппаратным компонентам.

Новая рабочая группа сосредоточит усилия над тем, чтобы сделать архитектуру PCIe более подходящей для оптических сетей. Между тем, как отмечается, продолжаются работы над спецификацией PCIe 7.0, которая предусматривает увеличение производительности до 128 ГТ/с по одной линии.

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.

Компания Google обнародовала новую информацию о своей облачной суперкомпьютерной платформе Cloud TPU v4, предназначенной для решения задач ИИ и машинного обучения с высокой эффективностью. Система может использоваться в том числе для работы с крупномасштабными языковыми моделями (LLM).

Один кластер Cloud TPU Pod содержит 4096 чипов TPUv4, соединённых между собой через оптические коммутаторы (OCS). По словам Google, решение OCS быстрее, дешевле и потребляют меньше энергии по сравнению с InfiniBand. Google также утверждает, что в составе её платформы на OCS приходится менее 5 % от общей стоимости. Причём данная технология даёт возможность динамически менять топологию для улучшения масштабируемости, доступности, безопасности и производительности.

Отмечается, что платформа Cloud TPU v4 в 1,2–1,7 раза производительнее и расходует в 1,3–1,9 раза меньше энергии, чем платформы на базе NVIDIA A100 в системах аналогичного размера. Правда, пока компания не сравнивала TPU v4 с более новыми ускорителями NVIDIA H100 из-за их ограниченной доступности и 4-нм архитектуры (по сравнению с 7-нм у TPU v4).

Изображение: Google

Благодаря ключевым инновациям в области интерконнекта и специализированных ускорителей (DSA, Domain Specific Accelerator) платформа Google Cloud TPU v4 обеспечивает почти 10-кратный прирост в масштабировании производительности по сравнению с TPU v3. Это также позволяет повысить энергоэффективность примерно в 2–3 раза по сравнению с современными DSA ML и сократить углеродный след примерно в 20 раз по сравнению с обычными дата-центрами.

На конференции Hot Chips 34 компания Lightmatter, занимающаяся созданием фотонного ИИ-процессора, рассказала о своей новой разработке, Lightmatter Passage, открывающей для чиплетов эру фотоники. Как известно, переход на чиплеты позволил разработчикам сложных чипов сравнительно малой кровью обойти ограничения, накладываемые технологиями на создание монолитных кристаллов большой площади. Однако современный высокоскоростной межчиплетный интерконнект всё равно весьма сложен и потребляет сравнительно много энергии. И по мере роста количества чиплетов на общей подложке проблема будет лишь обостряться.

Изображения: Lightmatter (via ServeTheHome)

Но технология Lightmatter Passage, призванная заменить электрический интерконнект оптическим, позволит эту проблему обойти. По сути, Passage — универсальная кремниевая прослойка, содержащая в своём составе лазеры, оптические модуляторы, фотодетекторы, волноводы, а также классические транзисторы для сопутствующей логики. Поверх этой прослойки Lightmatter и предлагает размещать чиплеты любой архитектуры.

Электрическая часть Passage имеет изменяемую конфигурацию и в текущей реализации поддерживает установку до 48 чиплетов (в виде матрицы 6×8). Производится такая прослойка из 300-мм кремниевой пластины SOI, верхний и нижний слои Passage имеют классические контакты для чиплетов и установки на PCB соответственно. При этом максимальная подводимая электрическая мощность может достигать 700 Вт. Вся же коммуникация чиплетов между собой происходит внутри и является оптической.

Матрица фотонных волноводов, плотность которой в 40 раз выше, чем у традиционных оптоволоконные технологий, обеспечивает латентность одного перехода на уровне менее 2 нс. Как заявляют разработчики, расстояние между чиплетами при этом роли не играет — для любого сочетания пары точек «входа» и «выхода» сигнала значение задержки одинаково. Высокая плотность волноводов позволяет «накормить» каждый чиплет потоком данных до 96 Тбайт/с, а внешние каналы Passage позволяют связать чипы с другими компонентами системы на скоростях до 16 Тбайт/с.

Основой данной технологии является фирменная разработка компании, позволяющая точно «сшивать» в пределах нескольких слоев SOI-кремния электрические соединения с многочисленными волноводами. Уже существующая в кремнии тестовая реализация Passage потребляет 21 Вт, позволяет устанавливать до 48 чиплетов площадью по 800 мм², обеспечивает каждое посадочное место 32 каналами с пропускной способностью 1024 Тбит/с, причём топологию интерконнекта можно динамически менять.

Тестовая подложка Passage, полученная из 300-мм пластины, содержит 288 лазеров мощностью 50 мВт каждый. Всего в состав системы входит 150 тыс. компонентов, и это заявка на абсолютный рекорд для фотонных чипов. Кроме того, новая технология совместима со стандартом UCIe — говорится о скорости 32 Гбит/с на линию. Впрочем, в случае простого SerDes-соединения, как считают создатели, этот показатель можно поднять до 112 Гбит/с.

Потребность в действительно быстром интерконнекте для ускорителей возникла давно, поскольку имеющиеся шины зачастую становились узким местом, не позволяя «прокормить» данными вычислительные блоки. Ответом NVIDIA на эту проблему стало создание шины NVLink — и компания продолжает активно развивать данную технологию. На конференции Hot Chips 34 было продемонстрировано уже четвёртое поколение, наряду с новым поколением коммутаторов NVSwitch.

Изображения: NVIDIA

Возможность использования коммутаторов для NVLink появилась не сразу, изначально использовалось соединение блоков ускорителей по схеме «точка-точка». Но дальнейшее наращивание числа ускорителей по этой схеме стало невозможным, и тогда NVIDIA разработала коммутаторы NVSwitch. Они появились вместе с V100 и предлагали до 50 Гбайт/с на порт. Нынешнее же, третье поколение NVSwitch и четвёртое поколение NVLink сделали важный шаг вперёд — теперь они позволяют вынести NVLink-подключения за пределы узла.

Так, совокупная пропускная способность одного чипа NVSwitch теперь составляет 3,2 Тбайт/с в обе стороны в 64 портах NVLink 4 (x2). Это, конечно, отразилось и на сложности самого «кремния»: 25,1 млрд транзисторов (больше чем у V100), техпроцесс TSMC 4N и площадь 294мм². Скорость одной линии NVLink 4 осталась равной 50 Гбайт/с, но новые ускорители H100 имеют по 18 линий NVLink, что даёт впечатляющие 900 Гбайт/с. В DGX H100 есть сразу четыре NVSwitch-коммутатора, которые объединяют восемь ускорителей по схеме каждый-с-каждым и дополнительно отдают ещё 72 NVLink-линии (3,6 Тбайт/с).

При этом у DGX H100 сохраняются прежние 400G-адаптеры Ethernet/InfiniBand (ConnectX-7), по одному на каждый ускоритель, и пара DPU BlueField-3, тоже класса 400G. Несколько упрощает физическую инфраструктуру то, что для внешних NVLink-подключений используются OSFP-модули, каждый из которых обслуживает 4 линии NVLink. Любопытно, что электрически интерфейсы совместимы с имеющейся 400G-экосистемой (оптической и медной), но вот прошивки для модулей нужны будут кастомные.

Подключаются узлы DGX H100 к 1U-коммутатору NVLink Switch, включающему два чипа NVSwitch третьего поколения: 32 OSFP-корзины, 128 портов NVLink 4 и агрегированная пропускная способность 6,4 Тбайт/с. В составе DGX SuperPOD есть 18 коммутаторов NVLink Switch и 256 ускорителей H100 (32 узла DGX). Таким образом, можно связать ускорители и узлы 900-Гбайт/с каналом. Как конкретно, остаётся на усмотрение пользователя, но сама NVLink-сеть поддерживает динамическую реконфигурацию на лету.

Ещё одна особенность нового поколения NVLink — продвинутые аппаратные SHARP-движки, которые избавляют CPU/GPU от части работ по подготовке и предобработки данных и избавляющие саму сеть от ненужных передач. Кроме того, в NVLink-сети реализованы разделение и изоляция, брандмауэр, шифрование, глубокая телеметрия и т.д. В целом, новое поколение NVLink получило полуторакратный прирост в скорости обмена данными, а в отношении дополнительных сетевых функций он стал трёхкратным. Всё это позволит освоить новые класса HPC- и ИИ-нагрузок, однако надо полагать, что удовольствие это будет недешёвым.