Hochleistungs-Netzwerklösungen für Forschungseinrichtungen: ConnectX-7 Anwendungsszenarien

Das unaufhaltsame Streben nach wissenschaftlichen Entdeckungen und Innovationen erfordert eine Recheninfrastruktur, die mit den zunehmend komplexen Forschungsarbeitslasten Schritt halten kann. Dieses Lösungsübersicht untersucht, wie der Mellanox ConnectX-7 Adapter als grundlegende Technologie für moderne akademische Forschung dient und bahnbrechende Leistung in verschiedenen HPC Anwendungen von der Computerbiologie bis zur Astrophysik ermöglicht. Durch die Implementierung der ConnectX-7-Technologie können Forschungseinrichtungen die Zeit bis zur Entdeckung beschleunigen und die Rendite ihrer Recheninvestitionen maximieren.

Die moderne akademische Forschung ist in eine Ära der datenintensiven Entdeckung eingetreten, in der wissenschaftliche Durchbrüche zunehmend von der Fähigkeit abhängen, riesige Datensätze zu verarbeiten und zu analysieren. Der Umfang der rechnerischen Herausforderungen ist exponentiell gewachsen, wobei Forschungsprojekte in Bereichen wie Genomik, Teilchenphysik und Klimamodellierung Petabytes an Daten generieren, die eine anspruchsvolle Analyse erfordern. Diese Datenflut hat Hochleistungsnetzwerke nicht nur zu einer Verbesserung, sondern zu einer Notwendigkeit für hochmoderne HPC Umgebungen gemacht. Forschungseinrichtungen weltweit rüsten ihre Infrastruktur auf, um kollaborative Wissenschaft, multiinstitutionelle Partnerschaften und datenintensive Methoden zu unterstützen, die die Forschung des 21. Jahrhunderts definieren.

Forschungseinrichtungen stehen vor erheblichen Infrastrukturherausforderungen, die den wissenschaftlichen Fortschritt behindern und die Effektivität ihrer Rechenressourcen einschränken.

• Datenbewegungsbeschränkungen: Traditionelle Netzwerkinfrastrukturen können mit den Datenerzeugungsraten moderner wissenschaftlicher Instrumente nicht Schritt halten, was zu Engpässen führt, die Forschungsergebnisse verzögern und die Instrumentenauslastung verringern.
• Disziplinübergreifende Arbeitslastvielfalt: Rechenzentren für die Forschung müssen verschiedene Arbeitslasten mit unterschiedlichen Netzwerkanforderungen unterstützen, von großen Dateiübertragungen in der Genomik bis hin zu Small-Message-Traffic in Molekulardynamik-Simulationen.
• Anforderungen an die kollaborative Forschung: Multiinstitutionelle Forschungsprojekte erfordern eine nahtlose gemeinsame Datennutzung über geografische Grenzen hinweg, was Hochleistungs-Weitverkehrsnetzwerkfähigkeiten erfordert.
• Ineffizienz der Ressourcenauslastung: Teure Rechenressourcen, insbesondere GPUs und spezialisierte Beschleuniger, stehen oft still und warten auf den Abschluss von Datenübertragungen, was die Gesamtrendite der Investition verringert.
• Budgetbeschränkungen: Forschungseinrichtungen müssen maximale Leistung innerhalb begrenzter Budgets erzielen und Lösungen benötigen, die ein außergewöhnliches Preis-Leistungs-Verhältnis bieten.

Diese Herausforderungen führen häufig zu verzögerten Forschungsergebnissen, ineffizienter Ressourcenauslastung und einer eingeschränkten Fähigkeit, datenintensive Forschungsmöglichkeiten zu verfolgen.

Der Mellanox ConnectX-7 Adapter bietet eine umfassende Lösung für die Netzwerkherausforderungen, mit denen Forschungseinrichtungen konfrontiert sind, und bietet beispiellose Leistung und Flexibilität für HPC Umgebungen.

• 400 Gbit/s Leistung: Bietet 400 Gbit/s InfiniBand- und Ethernet-Konnektivität und stellt die Bandbreite bereit, die für datenintensive Forschungsanwendungen und groß angelegte Simulationen erforderlich ist.
• Hardware-Auslagerung: Lagert die Netzwerkverarbeitung von Host-CPUs aus und gibt wertvolle Rechenressourcen für Forschungsanwendungen frei, anstatt für Infrastrukturaufwand.
• Erweiterte RoCE-Unterstützung: Implementiert RDMA over Converged Ethernet mit erweiterter Staukontrolle, wodurch Hochleistungsnetzwerke über eine Standard-Ethernet-Infrastruktur ermöglicht werden.
• Multi-Host-Technologie: Ermöglicht es mehreren Servern, einen einzelnen ConnectX-7-Adapter gemeinsam zu nutzen, wodurch Infrastrukturkosten und -komplexität in dichten Rechenumgebungen reduziert werden.
• Präzises Timing: Bietet nanosekundengenaues Zeitstempeln, das für synchronisierte Datenerfassung und experimentelle Messungen unerlässlich ist.

Der Mellanox ConnectX-7 ermöglicht eine transformative Leistung in mehreren Forschungsbereichen, von denen jeder einzigartige Netzwerkanforderungen hat.

In groß angelegten Genomsequenzierungsprojekten beschleunigt der ConnectX-7 die Datenübertragung von Sequenzierungsinstrumenten zu Speichersystemen und Rechenressourcen. Forscher können ganze menschliche Genome in Stunden statt Tagen verarbeiten, was eine schnelle Analyse für die klinische Forschung und Bevölkerungsstudien ermöglicht.

Für globale Klimasimulationen, die die Kommunikation zwischen Tausenden von Rechenknoten erfordern, gewährleisten die geringe Latenz und die hohe Bandbreite des Adapters eine effiziente Modellausführung. Forscher können Modelle mit höherer Auflösung mit häufigerem Datenaustausch ausführen, wodurch die Simulationsgenauigkeit verbessert wird.

In Teilchenphysikexperimenten, die Petabytes an Daten generieren, ermöglicht der ConnectX-7 eine effiziente Datenverteilung an Verarbeitungsressourcen weltweit. Die Technologie unterstützt die Echtzeit-Datenfilterung und -analyse, die für die Erkennung seltener physikalischer Ereignisse erforderlich ist.

Die Implementierung der Mellanox ConnectX-7 Technologie liefert messbare Vorteile über wichtige Metriken des Forschungsrechnens hinweg.

Diese Verbesserungen führen zu schnelleren Forschungsergebnissen, höherer Produktivität und reduzierten Rechenkosten für akademische Forschung Einrichtungen.

Ein führendes nationales Labor setzte Mellanox ConnectX-7 Adapter in seinem Flaggschiff-HPC System ein, das verschiedene Forschungsprogramme unterstützt. Die Implementierung erreichte eine Skalierungseffizienz von 95 % bei Molekulardynamik-Simulationen mit 1024 Knoten und reduzierte die Datenanalysezeit für die Klimaforschung um 60 %. Das Labor berichtete über eine Verbesserung der Gesamtsystemauslastung um 40 % und eine deutliche Reduzierung der Time-to-Solution in mehreren Forschungsbereichen.

Der Mellanox ConnectX-7 stellt mehr als ein Netzwerk-Upgrade dar – er ist eine Technologie, die die wissenschaftliche Forschung des 21. Jahrhunderts ermöglicht. Durch die Beseitigung von Netzwerkengpässen und die Bereitstellung beispielloser Leistung ermöglicht der ConnectX-7 den Forschern, sich auf die Wissenschaft statt auf Rechenbeschränkungen zu konzentrieren. Für akademische Forschung Einrichtungen, die sich der Förderung des menschlichen Wissens verschrieben haben, ist die Investition in die ConnectX-7-Technologie eine Investition in zukünftige Entdeckungen und Innovationen.