InfiniBand é uma rede de alta velocidade e tecnologia de entrada/saída (E/S) desenvolvida no final dos anos 1990 como sucessora de tecnologias de interconexão anteriores, como PCI e SCSI. Ele foi projetado para superar as limitações dessas tecnologias e fornecer uma estrutura mais eficiente, escalável e de baixa latência para conectar servidores, sistemas de armazenamento e outros dispositivos de computação em data centers e ambientes de computação de alto desempenho (HPC).
InfiniBand é uma arquitetura de malha comutada que usa um link ponto a ponto entre dispositivos, permitindo alta largura de banda e baixa latência. Ele usa uma abordagem baseada em canal para transferência de dados, onde os dados são divididos em pacotes menores chamados “pacotes de dados” e transferidos pela malha. A arquitetura também permite o processamento paralelo, onde vários pacotes de dados podem ser transmitidos simultaneamente, resultando em maior desempenho.
O InfiniBand oferece várias vantagens em relação às tecnologias de rede tradicionais, como Ethernet. Por um lado, ele oferece larguras de banda significativamente maiores, com velocidades de até 200 Gb/s atualmente disponíveis. Além disso, o InfiniBand tem latência muito menor do que a Ethernet, tornando-o ideal para cargas de trabalho de computação de alto desempenho em que os dados precisam ser processados rapidamente.
Outra vantagem do InfiniBand é sua escalabilidade – ele suporta dezenas de milhares de nós em uma única estrutura – tornando-o uma escolha ideal para grandes ambientes de data center. Ele também oferece alta confiabilidade e disponibilidade por meio de sua topologia de malha redundante, o que garante que a malha permaneça funcionando mesmo durante problemas de conectividade.
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A arquitetura de rede InfiniBand consiste em várias camadas, cada uma das quais executa funções específicas para garantir a transferência eficiente de dados pela malha. Essas camadas incluem:
Camada Física: Esta camada lida com a conexão física entre os dispositivos e garante que os dados sejam transmitidos e recebidos corretamente.
Camada de enlace de dados: essa camada fornece transferência de dados confiável usando confirmações e somas de verificação para detectar e corrigir erros. Ele também gerencia o controle de fluxo para garantir que os dados sejam transmitidos em uma taxa apropriada.
Camada de Rede: Esta camada fornece roteamento de pacotes de dados através da malha e gerenciamento de tráfego e controle de congestionamento.
Camada de transporte: essa camada fornece entrega confiável de dados de ponta a ponta e garante que os dados sejam entregues na ordem correta.
Os switches e adaptadores InfiniBand são componentes essenciais de uma rede InfiniBand. Os comutadores InfiniBand são usados para rotear dados entre dispositivos na malha e geralmente têm várias portas que permitem que vários dispositivos sejam conectados ao material. Os adaptadores InfiniBand, por outro lado, são instalados em servidores ou sistemas de armazenamento para fornecer conectividade à malha InfiniBand.
Esses switches e adaptadores são projetados especificamente para InfiniBand. Eles são otimizados para transferência de dados de baixa latência e alta largura de banda, tornando-os adequados para ambientes HPC e outros aplicativos com uso intensivo de dados.
InfiniBand é uma tecnologia padronizada com várias organizações do setor envolvidas em seu desenvolvimento e manutenção. A InfiniBand Trade Association (IBTA) supervisiona o desenvolvimento da especificação InfiniBand e garante que ela permaneça atualizada com os avanços tecnológicos mais recentes. O IBTA também gerencia o programa de teste de interoperabilidade, que verifica se os produtos InfiniBand de diferentes fornecedores podem funcionar juntos em uma única malha.
InfiniBand está atualmente disponível em várias versões, incluindo InfiniBand Single Data Rate (SDR), Double Data Rate (DDR), Quad Data Rate (QDR) e Eight Data Rate (EDR). Cada iteração obteve melhorias na largura de banda, latência e outras métricas de desempenho, tornando o InfiniBand uma opção cada vez mais atraente para data centers e ambientes de HPC.
Ethernet é uma tecnologia amplamente utilizada para redes locais (LANs). Ethernet é um sistema de fiação e protocolos de dados que fornecem um método consistente e confiável para transmitir pacotes de dados entre dispositivos conectados. Ele usa um protocolo de camada física (PHY) e controle de acesso à mídia (MAC) para enviar informações por cabos de cobre ou ópticos em uma topologia em forma de estrela. A Ethernet é usada em quase todas as indústrias, desde pequenas aplicações até redes de grande escala.
O primeiro sistema Ethernet foi inventado em 1973 por Bob Metcalfe no Palo Alto Research Center da Xerox. O protocolo Ethernet original da Metcalfe, 10Base5, foi projetado para uma conexão de 10 Mbps em um cabo coaxial grosso. A tecnologia Ethernet evoluiu ao longo dos anos e atualmente existem muitas outras opções com velocidades mais altas, incluindo Ethernet de 40 GB, 100 GB e 400 GB.
Os pacotes Ethernet consistem em um cabeçalho e uma carga útil de dados. O título inclui os endereços de origem e destino, enquanto a carga útil de dados carrega as informações transmitidas. Os endereços MAC atribuem a cada dispositivo conectado a uma rede um identificador exclusivo, que é usado para estabelecer uma conexão.
A tecnologia Ethernet oferece muitos benefícios em relação a outras tecnologias de rede, incluindo:
Custo-benefício: Ethernet permite implementação e manutenção de redes de baixo custo.
Escalabilidade: Os sistemas Ethernet são escaláveis e podem ser facilmente atualizados à medida que a necessidade de largura de banda aumenta.
Confiabilidade: a Ethernet provou ser altamente confiável, com tempo de atividade muito alto e baixas taxas de erro.
Segurança: As redes baseadas em Ethernet fornecem maior proteção do que outras tecnologias de rede devido a vários recursos de segurança.
Compatibilidade: A tecnologia Ethernet é compatível com vários dispositivos, tornando-se uma solução ideal para redes compartilhadas.
As redes Ethernet são projetadas em torno de uma arquitetura de hub e spoke que usa switches, roteadores e assentos para conectar dispositivos em uma topologia em forma de estrela. A arquitetura Ethernet garante que os pacotes de dados sejam transmitidos e recebidos com precisão entre os dispositivos conectados.
Switches e adaptadores Ethernet são vitais na arquitetura de rede Ethernet, fornecendo conectividade entre dispositivos. Os switches Ethernet conectam vários dispositivos para formar uma rede. Eles reduzem as colisões de dados e ajudam a evitar o congestionamento da rede. Adaptadores Ethernet (também chamados de placas de interface de rede ou NICs) são dispositivos usados para conectar computadores e outros dispositivos a uma rede Ethernet. Eles traduzem o sinal digital em um sinal elétrico que pode ser transmitido pela web.
O protocolo Ethernet são as regras e procedimentos que regem a comunicação nas redes Ethernet. A comunicação Ethernet é baseada nos padrões de rede Ethernet IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) 802.3. O IEEE fornece uma estrutura para o desenvolvimento de especificações para protocolo Ethernet e hardware de interface. O resultado dos padrões Ethernet garante que equipamentos e dispositivos de rede de diferentes fabricantes possam se comunicar.
O mais recente desenvolvimento na tecnologia Ethernet é conhecido como 25 Gigabit Ethernet (25GbE). Essa tecnologia usa uma única conexão para transferir dados a 25 gigabits por segundo (Gbps). Ele foi projetado para oferecer suporte a ambientes de data center de última geração com demandas de largura de banda cada vez maiores.
A tecnologia Ethernet evoluiu tremendamente desde o seu início, de Ethernet de 10 Mbps no início dos anos 1980 para Ethernet de 400 GB, a última iteração. Com sua arquitetura robusta e escalável, a Ethernet é a espinha dorsal da maioria das redes, permitindo comunicação rápida, confiável e econômica.
InfiniBand e Ethernet são duas tecnologias de rede avançadas amplamente utilizadas na indústria de computadores. InfiniBand é uma tecnologia de interconexão de alta velocidade e baixa latência para clusters de servidores, data centers e ambientes de computação de alto desempenho. Por outro lado, Ethernet é um protocolo de rede amplamente utilizado que oferece suporte a muitos aplicativos, incluindo redes domésticas e de escritório, armazenamento de rede e rede de data center.
Ao comparar InfiniBand e Ethernet, a latência é uma das diferenças mais significativas entre as duas tecnologias. A latência refere-se ao tempo que os dados viajam de um remetente para um destinatário dentro de uma rede. O InfiniBand tem a menor latência de qualquer tecnologia de interconexão disponível, com latências de ida e volta variando de dois a dez microssegundos. A Ethernet tem latência mais alta, com latências de ida e volta variando de 20 a 200 microssegundos.
InfiniBand também tem uma vantagem de desempenho significativa sobre Ethernet. O InfiniBand pode oferecer taxas de transferência de dados mais altas de até 200 Gb/s, enquanto a velocidade Ethernet Ethernet mais rápida atualmente disponível é de 100 Gb/s. Além disso, o InfiniBand suporta Remote Direct Memory Access (RDMA), que permite que os dados sejam transferidos diretamente entre a memória dos servidores sem envolver a CPU. Isso elimina a necessidade de processamento de protocolo de rede e leva a um desempenho mais alto. A Ethernet não oferece suporte a RDMA e depende do envolvimento da CPU nas transferências de dados, levando a níveis de desempenho mais baixos.
A escalabilidade é outro fator crucial na comparação entre InfiniBand e Ethernet. O InfiniBand é altamente escalável, o que o torna a escolha ideal para grandes clusters de servidores e aplicativos de computação de alto desempenho. A escalabilidade do InfiniBand é obtida usando uma arquitetura de malha baseada em switch que pode suportar milhões de nós, permitindo que ela seja dimensionada perfeitamente à medida que a rede cresce. Por outro lado, a Ethernet tem limitações de escalabilidade inerentes devido à sua natureza de meio compartilhado. Como resultado, a Ethernet é mais adequada para redes menores e seu desempenho pode diminuir à medida que a web cresce.
InfiniBand e Ethernet são usados em várias aplicações, dependendo de suas vantagens exclusivas. O InfiniBand é ideal para aplicativos de data center e computação de alto desempenho que requerem conectividade de baixa latência e alta largura de banda, como simulações científicas, sequenciamento de genoma e análise financeira. A Ethernet é comumente usada em redes domésticas e de escritório, sistemas de armazenamento de rede e conexões de internet. A Ethernet também é adequada para aplicações de data center de pequena escala que não requerem conectividade de alto desempenho.
Nos últimos anos, a tendência na indústria de servidores tem sido a utilização de Ethernet, que é mais amplamente adotada e comprovadamente confiável em várias aplicações. Por outro lado, o InfiniBand é usado principalmente em aplicativos especializados que exigem alto desempenho e baixa latência. No entanto, o InfiniBand está recebendo um interesse renovado devido ao surgimento de novos aplicativos AI/ML e à demanda por computação de alto desempenho. O futuro do InfiniBand e da Ethernet provavelmente será influenciado por essas e outras aplicações emergentes, bem como pelo desenvolvimento de novas tecnologias, como o uso da tecnologia Light Peak, que pode fornecer Ethernet com níveis de largura de banda aumentados de até 800 Gb/ s.
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A inteligência artificial (IA) tornou-se um aspecto cada vez mais importante da rede de data centers nos últimos anos. Embora a Ethernet tenha sido o padrão para redes em data centers, o InfiniBand surgiu como uma alternativa poderosa e particularmente adequada para cargas de trabalho de computação de alto desempenho (HPC) e IA.
InfiniBand é uma tecnologia de rede de alta velocidade que foi inicialmente projetada para clusters HPC. Tornou-se cada vez mais popular nos últimos anos para cargas de trabalho de IA devido aos seus recursos de baixa latência e alta largura de banda. O InfiniBand é particularmente adequado para computação paralela, um componente essencial de cargas de trabalho de HPC e IA.
Ethernet é a tecnologia de rede tradicional usada em data centers. É uma tecnologia de baixo custo e alta largura de banda amplamente implantada em ambientes corporativos. A Ethernet opera em uma velocidade mais lenta que o InfiniBand, mas ainda pode lidar com a maioria das cargas de trabalho do data center.
A arquitetura de rede do data center geralmente consiste em um núcleo, distribuição e camada de acesso. A camada central fornece conectividade de alta velocidade para todos os dispositivos no data center, enquanto a camada de distribuição fornece conectividade entre as camadas central e de acesso. A camada de acesso é onde os dispositivos do usuário final se conectam à rede. A Ethernet é amplamente utilizada em todas as camadas da arquitetura de rede do data center.
Quando se trata de cargas de trabalho HPC, o InfiniBand tem várias vantagens sobre a Ethernet. Em primeiro lugar, o InfiniBand oferece latência muito menor do que a Ethernet. Isso é crítico para cargas de trabalho de HPC que exigem comunicação rápida entre nós. O InfiniBand também fornece maior largura de banda do que a Ethernet, tornando-o adequado para aplicativos HPC que exigem que grandes quantidades de dados sejam transferidas entre os nós.
As cargas de trabalho de IA dependem de recursos de computação de alto desempenho para processar grandes quantidades de dados com rapidez e precisão. O InfiniBand é particularmente adequado para cargas de trabalho de IA devido à sua baixa latência e alta largura de banda. Ele permite a transferência rápida de grandes quantidades de dados entre nós em um cluster, o que é essencial para modelos de IA que requerem computação distribuída.
InfiniBand HDR (High Data Rate) é a versão mais recente da tecnologia InfiniBand, oferecendo velocidades muito mais rápidas do que seu antecessor. O HDR oferece velocidade de até 200 Gbps por porta, tornando-o a escolha ideal para cargas de trabalho de IA que exigem alta largura de banda e baixa latência. 200G InfiniBand é uma nova tecnologia que se baseia nos recursos de HDR, oferecendo velocidades ainda mais altas e latências mais baixas para cargas de trabalho de IA e HPC.
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Os protocolos e adaptadores de rede permitem comunicação eficaz e transferência de dados em redes complexas. No caso do InfiniBand, os adaptadores de rede são responsáveis por fornecer conexões de alta velocidade entre o servidor e a malha de rede. A arquitetura InfiniBand oferece suporte a uma variedade de tecnologias de adaptadores, incluindo adaptadores de canal de host (HCAs), adaptadores de canal de destino (TCAs) e adaptadores de canal de comutação (SCAs). Cada um desses tipos de adaptador desempenha um papel único na facilitação da comunicação e transferência de dados entre diferentes componentes dentro da rede.
Da mesma forma, na Ethernet, os adaptadores de rede funcionam como a interface entre a rede e o sistema de computação. Os adaptadores Ethernet, conhecidos como placas de interface de rede (NICs), fornecem conectividade entre o servidor e a infraestrutura de rede, ao mesmo tempo em que suportam transferências de dados em alta velocidade. Os adaptadores Ethernet vêm em várias formas, incluindo baseados em cobre, baseados em fibra e sem fio, e oferecem várias opções de largura de banda.
InfiniBand e Ethernet utilizam protocolos de rede para atender aos seus requisitos de aplicação exclusivos. O InfiniBand usa um protocolo de baixa latência e alta velocidade chamado arquitetura InfiniBand (IBA). O IBA destina-se a transmitir dados em massa com eficiência, tornando-o uma escolha ideal para ambientes HPC que exigem comunicação de alta velocidade e baixa latência.
Por outro lado, a Ethernet emprega o conjunto Transmission Control Protocol (TCP)/Internet Protocol (IP) para fornecer conectividade de rede e transferência de dados. O TCP/IP é um protocolo amplamente adotado e compatível com vários ambientes de aplicativos. A Ethernet também oferece suporte a protocolos como User Datagram Protocol (UDP) e Internet Protocol Security (IPSec).
Os switches Ethernet e os switches InfiniBand são dispositivos de rede que permitem a comunicação entre recursos de computação, sistemas de armazenamento e outros componentes de rede. No entanto, embora ambos os switches executem a mesma tarefa fundamental, suas arquiteturas e funcionalidades subjacentes diferem significativamente.
Os switches Ethernet são projetados para fornecer conectividade aos dispositivos e servidores do usuário final, tornando-os ideais para redes de nível empresarial. Os switches Ethernet operam na camada de rede do modelo OSI, o que significa que eles usam protocolos baseados em IP para estabelecer comunicação entre dispositivos de rede.
Por outro lado, os switches InfiniBand são projetados para fornecer conectividade de alto desempenho e baixa latência entre clusters HPC, tornando-os ideais para data centers e ambientes de supercomputação. Os switches InfiniBand operam na camada de enlace de dados do modelo OSI, o que significa que eles utilizam um protocolo de nível mais baixo do que os switches Ethernet. Isso permite que eles forneçam velocidades de transmissão mais rápidas e latências mais baixas do que os switches Ethernet.
O InfiniBand oferece suporte a uma variedade de tecnologias de adaptadores de rede, cada uma com uma função única no suporte à comunicação rápida e eficiente entre componentes de rede. Host Channel Adapters (HCAs) conectam servidores à rede InfiniBand por meio de PCIe interfaces. Os adaptadores de canal de destino (TCAs) fornecem conectividade a dispositivos de armazenamento, enquanto os adaptadores de canal de switch (SCAs) conectam switches e roteadores à rede.
O InfiniBand também suporta acesso remoto direto à memória (RDMA), uma tecnologia que permite que aplicativos de rede acessem dados em dispositivos de armazenamento remoto sem passar pela pilha de protocolos do sistema operacional. O RDMA facilita a transferência de dados mais rápida e reduz a sobrecarga da CPU, tornando-o um componente integral da arquitetura de alto desempenho do InfiniBand.
Os benefícios de InfiniBand e Ethernet como tecnologias de interconexão são altamente dependentes do ambiente de aplicação em que são usados. A arquitetura de alta velocidade e baixa latência do InfiniBand é ideal para aplicativos de data center e HPC que exigem comunicação rápida e eficiente entre muitos elementos de computação.
Em contraste, a natureza onipresente da Ethernet a torna a escolha preferida para a maioria dos ambientes de rede de nível empresarial. A flexibilidade e escalabilidade da Ethernet a tornam a escolha ideal para aplicativos baseados em nuvem e infraestruturas de data center que equilibram uma variedade de cargas de trabalho.
Como a demanda por transmissão de dados em alta velocidade continua aumentando, os avanços na tecnologia de interconexão de rede estão se tornando cada vez mais necessários. O surgimento de novos protocolos, como o 400 Gigabit Ethernet (GbE) da Ethernet, fornece taxas de transferência mais altas do que nunca, resultando em grandes melhorias na eficiência do data center e no poder de processamento.
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R: InfiniBand e Ethernet são tecnologias de rede, mas possuem algumas diferenças importantes. Enquanto a Ethernet é um padrão de rede amplamente usado que existe há muito tempo, o InfiniBand é uma tecnologia de rede de alta velocidade projetada especificamente para fornecer comunicação de baixa latência e alta largura de banda.
R: O InfiniBand pode oferecer velocidades significativamente mais altas em comparação com a Ethernet tradicional. Embora a Ethernet normalmente opere em velocidades de 1 Gbps, 10 Gbps ou 100 Gbps, o InfiniBand pode fornecer taxas de até 200 Gbps ou até mais altas.
R: InfiniBand tem várias vantagens sobre Ethernet. Ele oferece menor latência, maior largura de banda e melhor escalabilidade, tornando-o adequado para ambientes de computação de alto desempenho. O InfiniBand também suporta acesso remoto direto à memória (RDMA), permitindo que os dados sejam transferidos entre sistemas sem envolver a CPU.
R: Sim, o InfiniBand é um padrão aberto. É desenvolvido e mantido pela InfiniBand Trade Association (IBTA), que reúne empresas da indústria de tecnologia.
R: Sim, InfiniBand e Ethernet podem coexistir na mesma rede. Muitos data centers modernos usam ambas as tecnologias para otimizar o desempenho e atender a diferentes necessidades de rede.
R: Sim, existem diferentes tipos de Ethernet, como 10BASE-T, 100BASE-TX e 1000BASE-T. Referem-se a diferentes versões e velocidades da tecnologia Ethernet.
R: InfiniBand HDR (High Data Rate) é a mais recente iteração do padrão InfiniBand. Ele oferece velocidades ainda mais altas e desempenho aprimorado em comparação com as gerações anteriores.
R: InfiniBand é baseado em switch e usa um mecanismo de manipulação de pacotes diferente da Ethernet. O InfiniBand usa acesso remoto direto à memória (RDMA) para transferir dados diretamente entre sistemas, enquanto a Ethernet depende da abordagem tradicional de comutação de pacotes.
R: Muitos dispositivos inteligentes dependem da Ethernet para interconexão e comunicação. Ethernet é uma tecnologia de rede amplamente utilizada e bem estabelecida que suporta vários instrumentos e aplicações.
R: InfiniBand oferece alta largura de banda e baixa latência, o que pode contribuir para melhorar a confiabilidade da rede. Com suas velocidades rápidas e recursos avançados como RDMA, o InfiniBand pode ajudar a reduzir o congestionamento da rede e melhorar o desempenho geral do sistema.
