XConn Technologies представила первый, по её словам, в индустрии гибридный чип-коммутатор CXL 2.0/PCIe 5.0 XC50256, получивший кодовое название Apollo. Утверждается, что он обеспечивает самую низкую латентность port-to-port, а также самое низкое энергопотребление в отрасли.

Коммутатор способен работать с 256 линиями интерфейса и разработан с учётом потребностей, характерных для мира ИИ и машинного обучения, а также HPC-сегмента. Чип Apollo совместим с существующей инфраструктурой CXL 1.1, но поддерживает и режим 2.0, включая актуальные режимы CXL.mem или CXL.cache.

Источник изображений здесь и далее: XConn Technologies

Но наиболее интересной особенностью Apollo является возможность работы нового коммутатора в гибридном режиме — он способен одновременно обслуживать CXL и PCI Express, что в ряде случаев позволит избежать использования дополнительных коммутаторов под каждый стандарт, а значит, и снизить стоимость и сложность разработки конечной системы.

Новый коммутатор поддерживает подключение нескольких хостов к единому CXL-пулу памяти

Также компания анонсировала другой коммутатор, XC51256. Он также работает с 256 линиями, но поддерживает только PCI Express 5.0. Тем не менее, это самый высокоплотный PCIe-коммутатор на сегодня, поскольку большинство решений конкурентов обеспечивает в лучшем случае вдвое меньше линий PCI Express, утверждает XConn. ТXC51256 идеален для построения систем класса JBOA (Just-a-Bunch-Of-Accelerators).

В настоящее время образцы Apollo XC50256 и XC51256 уже доступны для заказчиков.

Компания Cisco успешно выпустила новые ASIC для сетевых коммутаторов с производительностью 51,2 Тбит/с. Как заявляют разработчики, коммутаторы на базе чипа серии G200 способны объединить в единый комплекс 32 тыс. ускорителей. Новое решение входит в портфолио Cisco Silicon One и изначально нацелено на рынок гиперскейлеров и создателей ИИ-кластеров.

В новом чипе в два раза увеличено количество блоков SerDes с производительностью 112 Гбит/с (с 256 до 512), что и позволило довести общую коммутационную производительность до 51,2 Тбит/с. Доступны конфигурации 64×800GbE, 128×400GbE или 256×200GbE, всё зависит от желаемой плотности размещения и скорости портов. Это, в частности, позволяет избавиться от избыточных уровней в топологии сети.

Источник изображений: Cisco

Cisco отмечает, что новинка вдвое энергоэффективнее и имеет вдвое меньшую задержку в сравнении с G100. Кроме того, чипы предлагают расширенную телеметрию, поддержку языка P4 для обработки трафика на лету, а также возможность использования современных интерфейсов, в том числе интегрированную оптику или медные кабели длиной до 4 м, чего более чем достаточно для организации связи на уровне стойки.

Как и Broadcom Tomahawk-5 или Jericho3-AI, Marvell Teralynx 10 и NVIDIA Spectrum-X, новый чип Cisco содержит возможности, востребованные в среде ИИ-систем, такие как продвинутые средства преодоления заторов в сети (congestion), технологии packet spraying и резервирование линков с возможностью мгновенного восстановления разорванного соединения. Новые чипы серии G200 уже поставляются, но компания пока не назвала даты появления на рынке коммутаторов Cisco на базе нового «кремния».

Компания Broadcom, один из ведущих поставщиков «кремния» для сетевых решений, анонсировала новый сетевой процессор Jerico3-AI, который ориентирован на ИИ-системы. Более того, Broadcom считает подход NVIDIA к «интеллектуальным сетевым решениям» с использованием InfiniBand неверным и даже вредным для кластерных ИИ-систем.

Ethernet-коммутаторы компании можно разделить три ветви: наиболее высокопроизводительные чипы Tomahawk, ориентированная на дополнительные возможности ветвь Trident и, наконец, серия Jericho, отличающаяся наибольшей гибкостью в программировании и располагающая более ёмкими буферами. Чип Jericho3-AI BCM88890 — новинка в последней категории, относящаяся к классу 28,8 Тбит/с. Новый коммутатор имеет 144 линка SerDes (106Gbps, PAM4) и может работать в конфигурации 18×800GbE, 36×400GbE или 72×200GbE.

Источник здесь и далее: Broadcom (via ServeTheHome)

В своей презентации Broadcom раскритиковала традиционный подход NVIDIA и других крупных игроков на сетевом рынке, заявив о том, что прямое наращивание пропускной способности и снижение латентности кластерной сети якобы является тупиковой ветвью развития. Вместо этого фабрика на базе Jericho3-AI, по словам компании, позволяет сделать так, чтобы процесс обучения нейросети как можно меньше времени тратил не сетевые операции.

Новый коммутатор обеспечивает идеальную балансировку загрузки, гарантирующую отсутствие заторов, и автоматическое переключение отказавшего соединения на резервное менее, чем за 10-нс, а также позволяет создавать большие «плоские» сети (до 32 тыс. портов 800GbE), характерные для ИИ-кластеров. Каждый ускоритель может получить 800G-подключение, а суммарная производительность фабрики на базе новых коммутаторов может достигать 26 Пбит/с.

Broadcom утверждает, что сеть Ethernet на базе Jericho3-AI превосходит аналогичную по классу сеть NVIDIA InfiniBand в тестах с использованием NCCL. При этом новый коммутатор не содержит никаких вычислительных мощностей общего назначения — он проще, а за счёт использования стандарта Ethernet сети на его основе универсальны, что также снижает стоимость владения инфраструктурой.

Высокая степень интегрированности обеспечит и большую экономичность, а значит, решения на базе нового коммутатора Broadcom окажутся и более дружелюбны к экологии. Новые чипы уже доступны избранным клиентам Broadcom.

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.

Растущие объемы сетевого трафика, широкое распространение медиа-сервисов и видеоконференций, новые облачные услуги — всё это требует и нового сетевого «железа», способного справляться с повышающейся нагрузкой. И если не так давно для ASIC высшего класса нормой стал считаться показатель 25,6 Тбит/с, то сейчас вендоры осваивают следующий уровень производительности. Первенство в этой гонке принадлежит NVIDIA с её чипами Spectrum-4, но сейчас в игру вступила Broadcom.

Компания представила пятое поколение «сетевого кремния» в серии StrataXGS Tomahawk, тоже способное осуществлять коммутацию на скоростях до 51,2 Тбит/с — 5-нм чип Tomahawk 5 (BCM78900). Появление ASIC такого класса существенно облегчает жизнь разработчикам HPС-систем для задач машинного обучения, поскольку позволит объединить в единый комплекс больше узлов без «наценки» на латентность в конфигурациях 64х800GbE, 128х400GbE или 256х100GbE. Поддерживается RoCEv2 и другие протоколы RDMA, виртуализация и сегментация сетей, VxLAN и прочие современные технологии.

Источник: Broadcom

Несколько ограничивают возможности новинки SerDes-блоки Peregrine (PAM4/106 Гбит/с). Каждые 8 таких блоков собраны в трансиверное ядро, всего ядер в новом чипе 64, что ограничивает эффективную производительность на порт именно цифрой 800 Гбит/с. Достоинством Tomahawk 5 станет его экономичность: использование 5-нм техпроцесса позволило довести удельное энергопотребление до цифры менее 1 Вт на 100 Гбит/с, то есть речь идёт о потреблении в районе 500 Вт для полной конфигурации. Цифра немалая, но всё же позволяющая сохранить воздушное охлаждение. Кроме того, новый ASIC снабжён шестью Arm-блоками для настраиваемой потоковой телеметрии.

Следует отметить, что реальной потребности в таких скоростях пока очень немного: лишь 15 % (в деньгах) рынка Ethernet-устройств приходится на 400G-оборудование, но Broadcom считает, что постоянный рост аппетитов гиперскейлеров должен довести этот показатель до более чем 50 % уже к 2026 году. В случае же Tomahawk 5 пока речь идёт о первых поставках самих чипов, которые OEM-производителям ещё предстоит интегрировать в свои продукты. Они должны появиться на рынке в следующем году.

NVIDIA, нынешний владелец Mellanox, представила обновления своих решений InfiniBand NDR: коммутаторы Quantum-2, сетевые адаптеры ConnectX-7 и ускорители DPU BlueField-3. Это весьма своевременный апдейт, поскольку 400GbE-решения набирают популярность, а с приходом PCIe 5.0 в серверный сегмент станут ещё более актуальными.

NVIDIA Quantum-2 (Здесь и ниже изображения NVIDIA)

Первый и самый важный анонс — это платформа Quantum-2. Новый коммутатор не только обеспечивает вдвое более высокую пропускную способность на порт (400 Гбит/с против 200 Гбит/c), но также предоставляет в три раза больше портов, нежели предыдущее поколение. Это сочетание позволяет снизить потребность в коммутаторах в 6 раз при той же суммарной ёмкости сети. При этом новая более мощная инфраструктура также окажется более экономичной и компактной.

Более того, Quantum-2 относится к серии «умных» устройств и содержит в 32 раза больше акселераторов, нежели Quantum HDR первого поколения. В нём также реализована предиктивная аналитика, позволяющая избежать проблем с сетевой инфраструктурой ещё до их возникновения; за это отвечает технология UFM Cyber-AI. Также коммутатор предлагает синхронизацию времени с наносекундной точностью, что важно для распределённых нагрузок.

7-нм чип Quantum-2 содержит 57 млрд транзисторов, то есть он даже сложнее A100 с 54 млрд транзисторов. В стандартной конфигурации чип предоставляет 64 порта InfiniBand 400 Гбит/с, однако может работать и в режиме 128 × 200 Гбит/с. Коммутаторы на базе нового сетевого процессора уже доступны у всех крупных поставщиков серверного оборудования, включая Inspur, Lenovo, HPE и Dell Technologies. Возможно масштабирование вплоть 2048 × 400 Гбит/с или 4096 × 200 Гбит/с.

NVIDIA ConnectX-7

Конечные устройства для новой инфраструктуры InfiniBand доступны в двух вариантах: это относительно простой сетевой адаптер ConnectX-7 и куда более сложный BlueField-3. В первом случае изменения, в основном, количественные: новый чип, состоящий из 8 млрд транзисторов, позволил вдвое увеличить пропускную способность, равно как и вдвое же ускорить RDMA и GPUDirect.

NVIDIA BlueField-3

DPU BlueField-3, анонсированный ещё весной этого года, куда сложнее с его 22 млрд транзисторов. Он предоставляет гораздо больше возможностей, чем обычный сетевой адаптер или SmartNIC, и крайне важен для будущего развития инфраструктурных решений NVIDIA. Начало поставок ConnectX-7 намечено на январь, а вот BlueField-3 появится только в мае 2022 года. Оба адаптера совместимы с PCIe 5.0.

Производительность любого современного суперкомпьютера или кластера во многом зависит от интерконнекта, объединяющего вычислительные узлы в единое целое, и практически обязательным компонентом такой сети является коммутатор. Однако последнее не аксиома: компания Rockport Networks представила своё видение HPC-систем, не требующее использования традиционных коммутирующих устройств.

Проблема межсоединений существовала в мире суперкомпьютеров всегда, даже в те времена, когда сам процессор был набором более простых микросхем, порой расположенных на разных платах. В любом случае узлы требовалось соединять между собой, и эта подсистема иногда бывала неоправданно сложной и проблемной. Переход на стандартные сети Ethernet, Infiniband и их аналоги многое упростил — появилась возможность собирать суперкомпьютеры по принципу конструктора из стандартных элементов.

Пассивный оптический коммутатор SHFL

Тем не менее, проблема масштабирования (в том числе и на физическом уровне кабельной инфраструктуры), повышения скорости и снижения задержек никуда не делась. У DARPA даже есть особый проект FastNIC, нацеленный на 100-кратное ускорение сетевых интерфейсов, чтобы в конечном итоге сгладить разницу в скорости обмена данными внутри узлов и между ними.

Сам по себе высокоскоростной коммутатор для HPC-систем — устройство непростое, требующее использования недешёвого и сложного кремния, и вкупе с остальными компонентами интерконнекта может составлять заметную долю от стоимости всего кластера в целом. При этом коммутаторы могут вносить задержки, по определению являясь местами избыточной концентрации данных, а также требуют дополнительных мощностей подсистем питания и охлаждения.

Подход, продвигаемый компанией Rockport Networks, свободен от этих недостатков и изначально нацелен на минимизацию точек избыточности и возможных коллизий. А достигнуто это благодаря архитектуре, в которой концепция традиционного сетевого коммутатора отсутствует изначально. Вместо этого имеется специальный модуль SHFL, в котором топология сети задаётся оптически, а все логические задачи берут на себя специализированные сетевые адаптеры, работающие под управлением фирменной ОС rNOS и имеющие на борту сконфигурированную нужным образом ПЛИС.

Модуль SHFL даже не требует отдельного электропитания, а вот адаптеры Rockport NC1225 его хотя и требуют, но умещаются в конструктив низкопрофильного адаптера с разъёмом PCIe x16 и потребляют всего 36 Вт. Правда, в настоящий момент речь идёт только о PCIe 3.0, поэтому полнодуплексного подключения на скорости 200 Гбит/с пока нет. Тем не менее, Техасский центр передовых вычислений (TACC) посчитал, что этого уже достаточно и стал одним из первых заказчиков — 396 узлов суперкомпьютера Frontera используют решение Rockport.

Использование не совсем традиционной оптической сети, впрочем, накладывает свои особенности: вместо популярных *SFP-корзин используются разъёмы MTP/MPO-24, а каждый кабель даёт для подключения 12 отдельных волокон, что при скорости 25 Гбит/с на волокно позволит достичь совокупной пропускной способности 300 Гбит/с. ОС и приложениям адаптер «представляется» как чип Mellanox ConnectX-5, который и входит в его состав, а потому не требует каких-то особых драйверов или модулей ядра.

Rockport фактически занимается транспортировкой Ethernet и реализует уровень OSI 1/1.5, однако традиционной коммутации как таковой нет — адаптеры самостоятельно определяют конфигурацию сети и оптимальные маршруты передачи сигнала по отдельным волокнам с возможностью восстановления связности на лету при каких-либо проблемах. Весь трафик разбивается на маленькие кусочки (FLIT'ы) и отправляется по виртуальным каналам (VC) с чередованием, что позволяет легко управлять приоритизацией (в том числе на L2/L3) и снизить задержки.

SHFL имеет 24 разъёма для адаптеров и ещё 9 для объединения с другими SHFL и Ethernet-шлюзами для подключения к основной сети ЦОД (в ней сеть Rockport видна как обычная L2). Таким образом, в составе кластера каждый узел может быть подключён как минимум к 12 другим узлам на скорости 25 Гбит/с. Однако топологию можно менять по своему усмотрению. Компания-разработчик заявляет о преимуществе своего интерконнекта на классических HPC-задачах, могущем достигать почти 30% при сравнении c InfiniBand класса 100G и даже 200G. Кроме того, для Rockport требуется на 72% меньше кабелей.