HPC Netwerk Vergelijking: InfiniBand vs. Ethernet

Datum: 12 november 2023

De niet aflatende zoektocht naar exascale computing en complexe AI-workloads heeft de high-performance computing (HPC)-infrastructuur tot het uiterste gedreven. De kern van deze evolutie is een cruciale architecturale beslissing: de keuze van de interconnect-fabric. Het debat over InfiniBand vs Ethernet staat centraal bij het ontwerpen van efficiënte HPC-netwerk omgevingen. Met de overname van Mellanox door NVIDIA, een leider in high-performance interconnects, is deze concurrentie geïntensiveerd, wat innovatie stimuleert en data-gedreven vergelijkingen afdwingt voor enterprise- en researchklanten.

Ruwe prestaties zijn de belangrijkste onderscheidende factor. InfiniBand, expliciet ontworpen voor datacentermilieu's met lage latentie en hoge doorvoer, heeft een aanzienlijk voordeel.

• Latentie: InfiniBand levert consequent end-to-end latentie van minder dan 600 nanoseconden, wat cruciaal is voor MPI (Message Passing Interface)-communicatie in nauw gekoppelde simulaties. Ethernet, zelfs met RoCE (RDMA over Converged Ethernet), opereert doorgaans in het microsecondenbereik (>1,2 µs), wat knelpunten introduceert in parallelle workloads.
• Doorvoer: Hoewel beide technologieën 200G- en 400G-oplossingen bieden, zorgen de congestiecontrole en adaptieve routing van InfiniBand voor een consistentere en efficiëntere bandbreedtebenutting, waardoor de applicatieprestaties worden gemaximaliseerd.

Voor applicaties waarbij time-to-solution van het grootste belang is, zoals klimaatmodellering of genoomsequencing, vertaalt deze prestatiekloof zich direct in versnelling van het onderzoek.

Naast basisstatistieken introduceert de architectuur van InfiniBand paradigmaverschuivende functies die Ethernet moeilijk kan evenaren.

• SHARP (Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol): Deze baanbrekende functie van Mellanox InfiniBand-switches voert rekenkundige bewerkingen (zoals MPI-reducties) uit binnen de netwerkfabric, waardoor deze taak wordt ontlast van de CPU. Dit kan collectieve bewerkingen met tot wel 50% versnellen, een functie die niet beschikbaar is in standaard Ethernet.
• Native Congestiecontrole: De ingebouwde adaptieve routing van InfiniBand beheert dynamisch het verkeer om hotspots te voorkomen. Ethernet vertrouwt op aanvullende protocollen (bijv. DCQCN) voor congestiebeheer, wat minder efficiënt kan zijn en complexe afstemming vereist.

De dominantie van Ethernet in algemene datacenters presenteert een overtuigende case op basis van bekendheid en ecosysteem.

• Alomtegenwoordigheid en vaardigheden: Ethernet wordt universeel begrepen en een enorme pool van netwerkingenieurs is bekend met het beheer en de probleemoplossing ervan. Dit kan de operationele overhead en opleidingskosten verlagen.
• Convergentie: Een enkele Ethernet-fabric kan mogelijk opslag-, data- en beheerverkeer vervoeren, waardoor de netwerkarchitectuur wordt vereenvoudigd. Deze convergentie vereist echter vaak complexe QoS-beleidsregels om prestatiegevoelig HPC-netwerk verkeer te beschermen.
• Kosten: Historisch gezien hadden Ethernet-componenten een lagere prijs. De kloof is echter aanzienlijk kleiner geworden met de introductie van high-speed Ethernet en de totale eigendomskosten (TCO) die rekening houden met prestaties per watt en prestaties per dollar, geven vaak de voorkeur aan InfiniBand voor dedicated HPC-clusters.

De keuze tussen InfiniBand en Ethernet is geen kwestie van welke universeel beter is, maar welke optimaal is voor de specifieke workload. Voor pure, missie-kritische HPC-netwerk omgevingen—waarbij het bereiken van de snelste time-to-solution voor complexe berekeningen het belangrijkste doel is—blijft InfiniBand, aangedreven door Mellanox technologie, de onbetwiste prestatieleider. De geavanceerde in-network computing-mogelijkheden en superieure efficiëntie bieden een tastbare ROI voor onderzoek en AI-gedreven ondernemingen. Omgekeerd, voor omgevingen met gemengde workloads of clusters waar extreme prestaties minder kritisch zijn, biedt high-speed Ethernet een vertrouwde en capabele alternatief.