InfiniBand は、PCI や SCSI などの以前の相互接続テクノロジの後継として 1990 年代後半に開発された高速ネットワーキングおよび入出力 (I/O) テクノロジです。 これらのテクノロジーの制限を克服し、データセンターやハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC) 環境でサーバー、ストレージ システム、その他のコンピューティング デバイスを接続するための、より効率的でスケーラブルな低遅延のファブリックを提供するように設計されました。
InfiniBand は、デバイス間のポイントツーポイント リンクを使用するスイッチド ファブリック アーキテクチャであり、高帯域幅と低遅延を実現します。 データ転送にはチャネルベースのアプローチが使用され、データは「データ パケット」と呼ばれる小さなパケットに分割され、ファブリック上で転送されます。 このアーキテクチャにより、複数のデータ パケットを同時に送信できる並列処理も可能になり、パフォーマンスが向上します。
InfiniBand には、イーサネットなどの従来のネットワーク テクノロジに比べていくつかの利点があります。 200 つは、現在利用可能な最大 XNUMX Gb/s の速度で、大幅に高い帯域幅を実現します。 さらに、InfiniBand はイーサネットよりも遅延がはるかに低いため、データを迅速に処理する必要があるハイパフォーマンス コンピューティングのワークロードに最適です。
InfiniBand のもう XNUMX つの利点は、その拡張性です。単一ファブリックで数万のノードをサポートするため、大規模なデータセンター環境にとって理想的な選択肢となります。 また、冗長メッシュ トポロジを通じて高い信頼性と可用性を提供し、接続の問題が発生した場合でもファブリックが確実に稼働し続けるようにします。
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InfiniBand ネットワーク アーキテクチャは複数のレイヤーで構成されており、各レイヤーが特定の機能を実行して、ファブリック全体での効率的なデータ転送を保証します。 これらの層には次のものが含まれます。
物理層: この層はデバイス間の物理接続を処理し、データが正しく送受信されることを保証します。
データ リンク層: この層は、確認応答とチェックサムを使用して、エラーを検出して修正する信頼性の高いデータ転送を提供します。 また、フロー制御も管理して、データが適切な速度で送信されるようにします。
ネットワーク層: この層は、ファブリック全体でのデータ パケットのルーティング、トラフィックの管理、および輻輳制御を提供します。
トランスポート層: この層は、信頼性の高いエンドツーエンドのデータ配信を提供し、データが正しい順序で配信されることを保証します。
InfiniBand スイッチとアダプターは、InfiniBand ネットワークの重要なコンポーネントです。 InfiniBand スイッチは、ファブリック内のデバイス間でデータをルーティングするために使用され、通常、複数のデバイスをマテリアルに接続できるようにする複数のポートを備えています。 一方、InfiniBand アダプターはサーバーまたはストレージ システムにインストールされ、InfiniBand ファブリックへの接続を提供します。
これらのスイッチとアダプターは、InfiniBand 専用に設計されています。 これらは、低遅延、高帯域幅のデータ転送用に最適化されており、HPC 環境やその他のデータ集約型アプリケーションに最適です。
InfiniBand は標準化されたテクノロジーであり、その開発と保守にはいくつかの業界組織が関与しています。 InfiniBand Trade Association (IBTA) は、InfiniBand 仕様の開発を監督し、最新のテクノロジーの進歩を常に最新の状態に保つよう努めています。 IBTA は、異なるベンダーの InfiniBand 製品が単一のファブリックで連携できることを検証する相互運用性テスト プログラムも管理しています。
InfiniBand は現在、InfiniBand シングル データ レート (SDR)、ダブル データ レート (DDR)、クアッド データ レート (QDR)、およびエイト データ レート (EDR) などのいくつかのバージョンで利用できます。 各反復では、帯域幅、遅延、その他のパフォーマンス指標が向上しており、InfiniBand はデータセンターおよび HPC 環境にとってますます魅力的なオプションとなっています。
イーサネットは、ローカル エリア ネットワーク (LAN) で広く使用されているテクノロジです。 イーサネットは、接続されたデバイス間でデータ パケットを送信するための一貫した信頼性の高い方法を提供する配線およびデータ プロトコルのシステムです。 物理層 (PHY) およびメディア アクセス コントロール (MAC) プロトコルを使用して、スター型トポロジの銅線または光ケーブルを介して情報を送信します。 イーサネットは、小規模なアプリケーションから大規模なネットワークに至るまで、ほぼすべての業界で使用されています。
最初のイーサネット システムは、1973 年にゼロックスのパロアルト研究センターのボブ メトカーフによって発明されました。 Metcalfe のオリジナルの Ethernet プロトコルである 10Base5 は、太い同軸ケーブルを介した 10 Mbps 接続用に設計されました。 イーサネット テクノロジーは長年にわたって進化しており、現在、40GB、100GB、400GB イーサネットなど、より高速なオプションが他にも多数あります。
イーサネット パケットはヘッダーとデータ ペイロードで構成されます。 タイトルには送信元アドレスと宛先アドレスが含まれ、データ ペイロードには送信される情報が含まれます。 MAC アドレスは、ネットワークに接続されているすべてのデバイスに一意の識別子を割り当てます。この識別子は、接続の確立に使用されます。
イーサネット テクノロジーは、他のネットワーク テクノロジーに比べて次のような多くの利点をもたらします。
コスト効率が高い: イーサネットにより、ネットワークの実装とメンテナンスを低コストで行うことができます。
スケーラビリティ: イーサネット システムはスケーラブルであり、帯域幅の必要性の増加に応じて簡単にアップグレードできます。
信頼性: イーサネットは、稼働時間が非常に長く、エラー率が低いため、信頼性が高いことが証明されています。
セキュリティ: イーサネット ベースのネットワークは、さまざまなセキュリティ機能により、他のネットワーク テクノロジよりも高い保護を提供します。
互換性: イーサネット テクノロジーはさまざまなデバイスと互換性があり、共有ネットワークにとって理想的なソリューションです。
イーサネット ネットワークは、スイッチ、ルーター、シートを使用してスター型トポロジでデバイスを接続するハブ アンド スポーク アーキテクチャを中心に設計されています。 イーサネット アーキテクチャにより、接続されたデバイス間でデータ パケットが正確に送受信されることが保証されます。
イーサネット スイッチとアダプタは、デバイス間の接続を提供するイーサネット ネットワーク アーキテクチャに不可欠です。 イーサネット スイッチは、複数のデバイスを接続してネットワークを形成します。 データの衝突を減らし、ネットワークの輻輳を防ぐのに役立ちます。 イーサネット アダプタ (ネットワーク インターフェイス カードまたは NIC とも呼ばれます) は、コンピュータやその他のデバイスをイーサネット ネットワークに接続するために使用されるデバイスです。 デジタル信号をウェブ上で送信できる電気信号に変換します。
イーサネット プロトコルは、イーサネット ネットワーク間の通信を管理する規則と手順です。 イーサネット通信は、IEEE (電気電子学会) 802.3 イーサネット ネットワーキング標準に基づいています。 IEEE は、イーサネット プロトコルとインターフェイス ハードウェアの仕様を開発するためのフレームワークを提供します。 イーサネット標準の成果により、さまざまなメーカーのネットワーク機器やデバイスが確実に通信できるようになります。
イーサネット テクノロジーの最新開発は、25 ギガビット イーサネット (25GbE) として知られています。 このテクノロジーは、単一の接続を使用して 25 ギガビット/秒 (Gbps) でデータを転送します。 帯域幅需要が増え続ける次世代データセンター環境をサポートするように設計されています。
イーサネット テクノロジーは、10 年代初頭の 1980Mbps イーサネットから最新の 400GB イーサネットまで、その誕生以来大幅に進化してきました。 堅牢でスケーラブルなアーキテクチャを備えたイーサネットは、ほとんどのネットワークのバックボーンであり、高速で信頼性が高く、経済的な通信を可能にします。
InfiniBand と Ethernet は、コンピュータ業界で広く使用されている XNUMX つの高度なネットワーク テクノロジです。 InfiniBand は、サーバー クラスター、データ センター、およびハイ パフォーマンス コンピューティング環境向けの高速、低遅延の相互接続テクノロジです。 一方、イーサネットは、家庭やオフィスのネットワーキング、ネットワーク ストレージ、データセンター ネットワーキングなどの多くのアプリケーションをサポートする、広く使用されているネットワーキング プロトコルです。
InfiniBand とイーサネットを比較した場合、遅延は 20 つのテクノロジー間の最も大きな違いの 200 つです。 遅延とは、ネットワーク内でデータが送信者から受信者に移動する時間を指します。 InfiniBand の遅延は利用可能な相互接続テクノロジーの中で最も低く、往復遅延は XNUMX ～ XNUMX マイクロ秒の範囲です。 イーサネットの遅延は長く、往復遅延は XNUMX ～ XNUMX マイクロ秒の範囲です。
InfiniBand は、イーサネットに比べてパフォーマンスにおいても大きな利点があります。 InfiniBand は最大 200 Gb/s の高速データ転送速度を実現できますが、現在利用可能な Ethernet の最速速度は 100 Gb/s です。 さらに、InfiniBand はリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) をサポートしており、CPU を介さずにサーバーのメモリ間でデータを直接転送できます。 これにより、ネットワーク プロトコル処理の必要性がなくなり、パフォーマンスが向上します。 イーサネットは RDMA をサポートしておらず、データ転送における CPU の関与に依存しているため、パフォーマンス レベルが低下します。
スケーラビリティは、InfiniBand とイーサネットを比較する際のもう XNUMX つの重要な要素です。 InfiniBand は拡張性が高いため、大規模なサーバー クラスターやハイ パフォーマンス コンピューティング アプリケーションにとって理想的な選択肢となります。 InfiniBand の拡張性は、数百万のノードをサポートできるスイッチベースのファブリック アーキテクチャを使用して実現され、ネットワークの成長に合わせてシームレスに拡張できます。 一方、イーサネットには、その共有メディアの性質により、固有のスケーラビリティ制限があります。 そのため、イーサネットは小規模なネットワークに最適ですが、Web が成長するにつれてパフォーマンスが低下する可能性があります。
InfiniBand と Ethernet は、それぞれの独自の利点に応じて、さまざまなアプリケーションで使用されます。 InfiniBand は、科学シミュレーション、ゲノム配列決定、財務分析など、低遅延と高帯域幅の接続を必要とするハイパフォーマンス コンピューティングおよびデータセンター アプリケーションに最適です。 イーサネットは、オフィスや家庭のネットワーク、ネットワーク ストレージ システム、インターネット接続で一般的に使用されています。 イーサネットは、高性能の接続を必要としない小規模なデータセンター アプリケーションにも適しています。
近年、サーバー業界ではイーサネットの使用がトレンドになっており、イーサネットはより広く採用され、さまざまなアプリケーションで信頼性が証明されています。 対照的に、InfiniBand は主に、高性能と低遅延を必要とする特殊なアプリケーションで使用されます。 しかし、新しい AI/ML アプリケーションの出現と、より高性能なコンピューティングの需要により、InfiniBand への関心が再び高まっています。 InfiniBand とイーサネットの将来は、これらのアプリケーションやその他の新たなアプリケーション、およびイーサネットに最大 800 Gbps の帯域幅レベルを提供できる Light Peak テクノロジーの使用などの新技術の開発によって影響を受ける可能性があります。 s.
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近年、人工知能 (AI) はデータセンター ネットワーキングの重要性を増しています。 イーサネットは長い間データセンターのネットワーキングの標準でしたが、InfiniBand はハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC) および AI ワークロードに特に適した強力な代替手段として台頭してきました。
InfiniBand は、当初 HPC クラスター用に設計された高速ネットワーク テクノロジです。 低遅延、高帯域幅の機能により、近年 AI ワークロードでの人気が高まっています。 InfiniBand は、HPC および AI ワークロードの重要なコンポーネントである並列コンピューティングに特に適しています。
イーサネットは、データセンターで使用される従来のネットワーク技術です。 これは、企業環境に広く導入されている低コスト、高帯域幅のテクノロジです。 イーサネットは InfiniBand よりも遅い速度で動作しますが、それでもほとんどのデータセンターのワークロードを処理できます。
データセンターのネットワーク アーキテクチャは通常、コア層、ディストリビューション層、アクセス層で構成されます。 コア層はデータセンター内のすべてのデバイスに高速接続を提供し、ディストリビューション層はコア層とアクセス層の間の接続を提供します。 アクセス層は、エンドユーザーのデバイスがネットワークに接続する場所です。 イーサネットは、データセンター ネットワーク アーキテクチャのすべての層で広く使用されています。
HPC ワークロードに関しては、InfiniBand にはイーサネットに比べていくつかの利点があります。 何よりもまず、InfiniBand はイーサネットよりもはるかに低い遅延を提供します。 これは、高速なノード間通信を必要とする HPC ワークロードにとって重要です。 また、InfiniBand はイーサネットよりも高い帯域幅を提供するため、ノード間で大量のデータを転送する必要がある HPC アプリケーションに最適です。
AI ワークロードは、大量のデータを迅速かつ正確に処理するために、高性能コンピューティング リソースに依存しています。 InfiniBand は、低遅延と高帯域幅機能により、AI ワークロードに特に適しています。 これにより、クラスター内のノード間で大量のデータを迅速に転送できます。これは、分散コンピューティングを必要とする AI モデルに不可欠です。
InfiniBand HDR (高データ レート) は、InfiniBand テクノロジーの最新バージョンであり、以前のものよりもはるかに高速な速度を提供します。 HDR はポートあたり最大 200 Gbps の速度を提供するため、高帯域幅と低遅延を必要とする AI ワークロードにとって理想的な選択肢となります。 200G InfiniBand は、HDR の機能に基づいて構築された新しいテクノロジーで、AI および HPC ワークロードに対してさらに高速で低遅延を実現します。
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ネットワーク プロトコルとアダプターにより、複雑なネットワーク全体での効果的な通信とデータ転送が可能になります。 InfiniBand の場合、ネットワーク アダプターは、サーバーとネットワーク ファブリック間の高速接続を提供する役割を果たします。 InfiniBand アーキテクチャは、ホスト チャネル アダプタ (HCA)、ターゲット チャネル アダプタ (TCA)、スイッチ チャネル アダプタ (SCA) などのさまざまなアダプタ テクノロジをサポートします。 これらのアダプターの種類はそれぞれ、ネットワーク内の異なるコンポーネント間の通信とデータ転送を促進する上で独自の役割を果たします。
同様に、イーサネットでは、ネットワーク アダプタはネットワークとコンピューティング システム間のインターフェイスとして機能します。 ネットワーク インターフェイス カード (NIC) として知られるイーサネット アダプターは、高速データ転送をサポートしながら、サーバーとネットワーク インフラストラクチャ間の接続を提供します。 イーサネット アダプタには、銅線ベース、ファイバ ベース、ワイヤレスなどのさまざまな形式があり、複数の帯域幅オプションを提供します。
InfiniBand と Ethernet は、ネットワーク プロトコルを利用して、独自のアプリケーション要件に対応します。 InfiniBand は、InfiniBand アーキテクチャ (IBA) と呼ばれる低遅延、高速プロトコルを使用します。 IBA は大量のデータを効率的に送信することを目的としており、高速かつ低遅延の通信を必要とする HPC 環境に最適です。
一方、イーサネットは、伝送制御プロトコル (TCP)/インターネット プロトコル (IP) スイートを採用して、ネットワーク接続とデータ転送を提供します。 TCP/IP は、さまざまなアプリケーション環境と互換性のある広く採用されているプロトコルです。 イーサネットは、ユーザー データグラム プロトコル (UDP) やインターネット プロトコル セキュリティ (IPSec) などのプロトコルもサポートしています。
イーサネット スイッチと InfiniBand スイッチは、コンピューティング リソース、ストレージ システム、およびその他のネットワーク コンポーネント間の通信を可能にするネットワーク デバイスです。 ただし、両方のスイッチは同じ基本的なタスクを実行しますが、その基礎となるアーキテクチャと機能は大きく異なります。
イーサネット スイッチは、エンドユーザーのデバイスやサーバーへの接続を提供するように設計されており、エンタープライズ レベルのネットワーキングに最適です。 イーサネット スイッチは、OSI モデルのネットワーク層で動作します。つまり、IP ベースのプロトコルを使用してネットワーク デバイス間の通信を確立します。
対照的に、InfiniBand スイッチは、HPC クラスター間に高性能で低遅延の接続を提供するように設計されており、データセンターやスーパーコンピューティング環境に最適です。 InfiniBand スイッチは OSI モデルのデータ リンク層で動作します。これは、イーサネット スイッチよりも下位レベルのプロトコルを使用することを意味します。 これにより、イーサネット スイッチよりも高速な伝送速度と低い遅延を実現できます。
InfiniBand はさまざまなネットワーク アダプター テクノロジをサポートしており、それぞれのテクノロジには、ネットワーク コンポーネント間の高速かつ効率的な通信をサポートする独自の役割があります。 ホスト チャネル アダプター (HCA) は、サーバーを InfiniBand ネットワークに接続します。 PCIe インターフェース。 ターゲット チャネル アダプタ (TCA) はストレージ デバイスへの接続を提供し、スイッチ チャネル アダプタ (SCA) はスイッチとルーターをネットワークに接続します。
InfiniBand は、ネットワーク アプリケーションがオペレーティング システムのプロトコル スタックを経由せずにリモート ストレージ デバイス内のデータにアクセスできるようにするテクノロジであるリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) もサポートしています。 RDMA は、より高速なデータ転送と CPU オーバーヘッドの削減を促進し、InfiniBand の高性能アーキテクチャの不可欠なコンポーネントとなっています。
相互接続テクノロジとしての InfiniBand とイーサネットの利点は、それらが使用されるアプリケーション環境に大きく依存します。 InfiniBand の低遅延、高速アーキテクチャは、多くのコンピューティング要素間で高速かつ効率的な通信を必要とするデータセンターや HPC アプリケーションに最適です。
対照的に、イーサネットはユビキタスな性質を備えているため、ほとんどのエンタープライズ レベルのネットワーク環境では推奨されています。 イーサネットの柔軟性と拡張性により、さまざまなワークロードのバランスをとるクラウドベースのアプリケーションやデータセンター インフラストラクチャにとって理想的な選択肢となります。
高速データ伝送の需要が高まり続けるにつれ、ネットワーク相互接続技術の進歩の必要性がますます高まっています。 イーサネットの 400 ギガビット イーサネット (GbE) などの新しいプロトコルの登場により、これまで以上に高いスループットが提供され、データセンターの効率と処理能力が大幅に向上しました。
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A: InfiniBand と Ethernet はネットワーク テクノロジですが、いくつかの重要な違いがあります。 イーサネットは古くから存在し、広く使用されているネットワーク標準ですが、InfiniBand は、低遅延と高帯域幅の通信を提供するように特別に設計された高速ネットワーク テクノロジです。
A: InfiniBand は、従来のイーサネットと比較して大幅に高速な速度を提供できます。 イーサネットは通常、1Gbps、10Gbps、または 100Gbps の速度で動作しますが、InfiniBand は最大 200Gbps、またはそれ以上の速度を提供できます。
A: InfiniBand には、イーサネットに比べていくつかの利点があります。 待ち時間が短く、帯域幅が広く、スケーラビリティが優れているため、ハイパフォーマンス コンピューティング環境に適しています。 InfiniBand はリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) もサポートしており、CPU を介さずにシステム間でデータを転送できます。
A: はい、InfiniBand はオープンスタンダードです。 これは、テクノロジー業界の企業で構成される InfiniBand Trade Association (IBTA) によって開発および保守されています。
A: はい、InfiniBand とイーサネットは同じネットワーク内で共存できます。 最新のデータセンターの多くは、パフォーマンスを最適化し、さまざまなネットワークのニーズを満たすために両方のテクノロジーを使用しています。
A: はい、イーサネットには、10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T など、さまざまな種類があります。 これらは、イーサネット テクノロジーのさまざまなバージョンと速度を指します。
A: InfiniBand HDR (High Data Rate) は、InfiniBand 標準の最新バージョンです。 前世代と比較して、さらに高速でパフォーマンスが向上しています。
A: InfiniBand はスイッチベースであり、イーサネットとは異なるパケット処理メカニズムを使用します。 InfiniBand はリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) を使用してシステム間でデータを直接転送しますが、イーサネットは従来のパケット スイッチング アプローチに依存しています。
A: 多くのインテリジェント デバイスは、相互接続と通信にイーサネットを利用しています。 イーサネットは、さまざまな機器やアプリケーションをサポートする、広く使用され確立されたネットワーク技術です。
A: InfiniBand は高帯域幅と低遅延を提供し、ネットワークの信頼性の向上に貢献します。 高速な速度と RDMA などの高度な機能を備えた InfiniBand は、ネットワークの輻輳を軽減し、システム全体のパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。
