Supercomputing netwerk vergelijking: InfiniBand vs Ethernet
September 20, 2025
Samenvatting:Naarmate de workloads voor high-performance computing (HPC) complexer en data-intensiever worden, is de keuze van interconnect-technologie cruciaal. Deze technische analyse vergelijkt de twee dominante paradigma's in HPC-netwerken—Mellanox's InfiniBand en traditioneel Ethernet—en evalueert hun architectonische verdiensten voor supercomputing en AI-onderzoekclusters van de volgende generatie.
De huidige high-performance computing-omgevingen reiken verder dan traditionele wetenschappelijke simulatie en omvatten artificial intelligence-training, big data-analyse en real-time verwerking. Deze workloads vereisen een interconnect-fabric dat niet alleen ruwe bandbreedte levert, maar ook ultra-lage latentie, minimale jitter en efficiënte CPU-offload. Het netwerk is getransformeerd van een passieve datapijp naar een actief, intelligent onderdeel van de computerarchitectuur, waardoor de keuze tussen InfiniBand versus Ethernet een fundamentele architectonische beslissing is die de algehele clusterprestaties en -efficiëntie dicteert.
Het belangrijkste verschil tussen InfiniBand en Ethernet ligt in hun ontwerpfilosofie. InfiniBand is vanaf het begin bedacht voor de high-stakes omgeving van HPC-netwerken, terwijl Ethernet is geëvolueerd van een algemene netwerkstandaard.
Onder leiding van Mellanox (nu onderdeel van NVIDIA), biedt InfiniBand een lossless fabric met geavanceerde functies:
- Native RDMA: Biedt directe memory-to-memory overdracht tussen servers, waarbij het OS en de CPU worden omzeild, wat de latentie vermindert tot minder dan 600 nanoseconden.
- In-Network Computing: Mellanox's SHARP-technologie maakt het mogelijk om aggregatiebewerkingen (zoals all-reduce) uit te voeren binnen de switch-fabric, waardoor de hoeveelheid data drastisch wordt verminderd en collectieve bewerkingen worden versneld.
- Hoge bandbreedte: Implementeert 400Gb/s NDR InfiniBand, wat zorgt voor consistente, congestievrije doorvoer.
Modern High-Performance Ethernet (met RoCE - RDMA over Converged Ethernet) heeft aanzienlijke stappen voorwaarts gezet:
- Vertrouwdheid en kosten: Maakt gebruik van bestaande IT-kennis en kan profiteren van schaalvoordelen.
- RoCEv2: Maakt RDMA-mogelijkheden over Ethernet-netwerken mogelijk, hoewel het een geconfigureerde lossless fabric (DCB) vereist om optimaal te presteren.
- Snelheid: Biedt vergelijkbare ruwe bandbreedtes, met 400Gb/s Ethernet direct beschikbaar.
De theoretische voordelen van InfiniBand komen tot uiting in tastbare prestatiewinsten in real-world HPC- en AI-omgevingen. De volgende tabel schetst de belangrijkste prestatieverschillen:
| Metriek | InfiniBand (HDR/NDR) | High-Performance Ethernet (400G) | Context |
|---|---|---|---|
| Latentie | < 0,6 µs | > 1,2 µs | Kritiek voor nauwgekoppelde MPI-toepassingen |
| CPU-gebruik | ~1% | ~3-5% | Met RDMA ingeschakeld; lager is beter |
| All-Reduce tijd (256 nodes) | ~220 µs | ~450 µs | Toont het voordeel van in-network computing |
| Fabric consistentie | Lossless by Design | Vereist configuratie (DCB/PFC) | Voorspelbaarheid bij zware belasting |
De InfiniBand versus Ethernet beslissing is niet alleen een technische beslissing; het heeft een aanzienlijk strategisch gewicht. InfiniBand, aangedreven door Mellanox technologie, levert consequent superieure en voorspelbare prestaties voor nauwgekoppelde simulaties en grootschalige AI-training, wat zich direct vertaalt in een snellere time-to-solution en een hogere resource-utilisatie. Ethernet biedt overtuigende voordelen in heterogene omgevingen en gemengde workloads waar integratie met bredere bedrijfsnetwerken een prioriteit is. De prestaties zijn echter vaak meer afhankelijk van zorgvuldige configuratie om die van een doelgericht InfiniBand-fabric te benaderen.
Er is geen one-size-fits-all antwoord in het HPC-netwerken debat. Voor missiekritische implementaties waar maximale applicatieprestaties, de laagste latentie en de hoogste efficiëntie niet onderhandelbaar zijn—zoals in top-tier supercomputing centers—blijft InfiniBand de onbetwiste leider. Voor clusters die diverse workloads uitvoeren of waar operationele vertrouwdheid van het grootste belang is, bieden geavanceerde Ethernet-oplossingen een haalbaar alternatief. De sleutel is om de netwerkarchitectuur af te stemmen op de specifieke computationele en economische vereisten van de workload.
Om de optimale interconnect-strategie voor uw computationele behoeften te bepalen, kunt u contact opnemen met deskundige partners voor een gedetailleerde workload-analyse en proof-of-concept-testen. Het beoordelen van uw applicatiecommunicatiepatronen is de eerste stap naar het bouwen van een evenwichtige en krachtige HPC-netwerken infrastructuur.