High-Performance-Computing-Netzwerklösung: InfiniBand treibt Durchbrüche in der Supercomputing-Performance voran
September 17, 2025
Einleitung:Die unersättliche Nachfrage nach Rechenleistung in der wissenschaftlichen Forschung, künstlichen Intelligenz und komplexen Simulationen drängt die Grenzen des Hochleistungsrechners (HPC) weiter.Während sich die Supercomputer von der Petaflop- bis zur Exaflop-Skala entwickeln, ist ein kritischer Engpass entstanden: die Vernetzung.Traditionelle Netzwerkgewebe haben Schwierigkeiten, mit dem massiven Datendurchsatz und den Anforderungen an ultra-niedrige Latenzzeit des modernen Parallelcomputing Schritt zu haltenHier ist es.Mellanox InfiniBandTechnologie der Herausforderung gerecht wird, indem sie die grundlegendenSupercomputer-NetzwerkeEin Stoff, der echte Leistungsdurchbrüche ermöglicht und sicherstellt, dass Tausende von Rechenknoten als ein einziges, leistungsstarkes System zusammenarbeiten können.
Die Landschaft vonHPCArbeitsbelastungen sind nicht mehr nur Rohberechnungen mit schwimmendem Zifferzeichen, sie sind zunehmend datenzentriert.mit massiven Datensätzen und schneller Kommunikation zwischen Knoten in einem ClusterEgal, ob es sich um die Simulation von Klimamodellen, die Entschlüsselung genomischer Sequenzen oder das Trainieren von groß angelegten KI-Modellen handelt, diese Anwendungen sind stark durch die Netzwerkleistung eingeschränkt.Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören:
- E/A-Flaschenhalse:Eine ineffiziente Datenbewegung zwischen Speicher, Rechenknoten und GPUs kann teure Prozessoren in die Leere bringen, Rechenzyklen verschwenden und die Zeit bis zur Lösung erhöhen.
- Kommunikationslatenz:Da Anwendungen auf Hunderttausende von Kernen skalieren, können sogar Mikrosekundenverzögerungen in der Nachrichtenübertragungsschnittstelle (MPI) -Kommunikation die Gesamtleistung der Anwendung exponentiell beeinträchtigen.
- Skalierbarkeitsbeschränkungen:Traditionelle Ethernet-Netzwerke sind in extremen Maßstäben mit Problemen der Staus und Komplexität konfrontiert, was es schwierig macht, bei groß angelegten Einsätzen eine vorhersehbare Leistung zu erhalten.
- Leistungs- und Kosteneffizienz:Der Aufbau eines Exascale-Systems mit ineffizienter Vernetzung ist wirtschaftlich und ökologisch nicht nachhaltig und erfordert allein für den Datenverkehr eine immense Leistung.
Diese Herausforderungen erfordern ein neuesSupercomputer-Netzwerke, eine, die von Grund auf für die Anforderungen des Exascale Computing konzipiert wurde.
Mellanox InfiniBandbietet eine umfassende End-to-End-Lösung, die speziell entwickelt wurde, um die Einschränkungen traditioneller Netze zu überwinden.Es ist ein intelligenter Stoff, der sich nahtlos mit modernenHPCDie Lösung umfasst mehrere wichtige technologische Innovationen:
Dies ist ein revolutionärer Ansatz, der kollektive Operationen (z. B. Reduktionen, Sendungen) von der CPU an das Switch-Netzwerk ablädt.SHARP reduziert drastisch das Datenvolumen, das durch das Netzwerk fließt, und die Anzahl der Operationen, die von Rechenknoten erforderlich sind, die MPI-Operationen beschleunigen und CPU-Ressourcen für die Berechnung freisetzen.
Mellanox InfiniBand bietet eine End-to-End-Latenz von weniger als 500 Nanosekunden und Bandbreiten von 200 Gb/s, 400 Gb/s und darüber hinaus.so dass CPUs und GPUs mit maximaler Auslastung arbeiten können.
Das InfiniBand-Gewebe ist mit einer nicht blockierenden Fat-Tree-Topologie ausgelegt, die ein nahtloses Skalieren auf Zehntausende von Knoten ohne Leistungsabnahme ermöglicht.Adaptive Routing- und Überlastungskontrollmechanismen sorgen auch unter starker Belastung für einen effizienten Datenfluss, wobei eine vorhersehbare Leistung beibehalten wird.
InfiniBand unterstützt die GPUDirect®-Technologie, die es GPUs ermöglicht, Daten direkt über das Netzwerk zu übertragen, wobei die CPU und der Host-Speicher umgangen werden.NVMe über Fabrics (NVMe-oF) -Unterstützung bietet Remote-Speicherzugriff mit lokalen Geschwindigkeiten, die E/A-Engpässe beseitigen.
Die Durchführung derMellanox InfiniBandDie Ergebnisse der Studie zeigen, dass dieHPCDiese Ergebnisse werden in den weltweit führenden Supercomputing-Zentren konsequent nachgewiesen.
| Metrische | Traditionelles Ethernet-Gewebe | Mellanox InfiniBand Gewebe | Verbesserungen |
|---|---|---|---|
| Anwendungslatenz (MPI) | 10-20 Mikrosekunden | < 1 Mikrosekunde | > 10-fache Verringerung |
| Datendurchsatz | 100 Gb/s | 400 bis 600 Gb/s | Zunahme von 4-6x |
| Effizienz des Systems (Nutzung) | 60 bis 70% | > 90% | ~ 30% Zunahme |
| CPU-Überlastung für Netzwerke | Hoch (20-30% Kerne) | Sehr niedrig (< 5% Kern) | ~ 80% Verringerung |
| Gesamtbetriebskosten (TCO) | Höher (Leistung, Platz, CPU) | Wesentlich niedriger | Bis zu 40% Verringerung |
Die Reise zum Exascale Computing und darüber hinaus ist grundsätzlich eine Netzwerk-Herausforderung.Mellanox InfiniBandDurch die Lösung der kritischen Probleme von Latenz, Bandbreite, Skalierbarkeit und Effizienz,Es ermöglicht es Forschern und Ingenieuren, sich auf ihre Kernmission Innovation zu konzentrieren, anstatt sich durch Infrastrukturbeschränkungen zu behindernDa sich KI, Simulation und Datenanalyse immer weiter verschmelzen, wird die Rolle vonSupercomputer-NetzwerkeWir müssen uns nicht nur an die Frage der
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