Alibaba Cloud раскрыла ряд сведений технического характера, касающихся сетевой инфраструктуры и устройства своих дата-центров, занятых обработкой ИИ-нагрузок, в частности, обслуживанием LLM. Один из ведущих инженеров компании, Эньнань Чжай (Ennan Zhai), опубликовал доклад «Alibaba HPN: A Data Center Network for Large Language Model Training», который будет представлен на конференции SIGCOMM в августе этого года.

В качестве основы для сетевой фабрики Alibaba Cloud выбрала Ethernet, а не, например, InfiniBand. Новая платформа используется при обучении масштабных LLM уже в течение восьми месяцев. Выбор обусловлен открытостью и универсальностью стека технологий Ethernet, что позволяет не привязываться к конкретному вендору. Кроме того, меньше шансы пострадать от очередных санкций США.

Отмечается, что традиционный облачный трафик состоит из множества относительно небыстрых потоков (к примеру, менее 10 Гбит/с), тогда как трафик при обучении LLM включает относительно немного потоков, имеющих периодический характер со всплесками скорости до очень высоких значений (400 Гбит/с). При такой картине требуются новые подходы к управлению трафиком, поскольку традиционные алгоритмы балансировки склонны к перегрузке отдельных участков сети.

Источник здесь и далее: Alibaba Cloud

Разработанная Alibaba Cloud альтернатива носит название High Performance Network (HPN). Она учитывает многие аспекты работы именно с LLM. Например, при обучении важна синхронизация работы многих ускорителей, что делает сетевую инфраструктуру уязвимой даже к единичным точкам отказа, особенно на уровне внутристоечных коммутаторов. Alibaba Cloud использует для решения этой проблемы парные коммутаторы, но не в стековой конфигурации, рекомендуемой производителями.

Характер трафика при обучении LLM

Каждый хост содержит восемь ИИ-ускорителей и девять сетевых адаптеров. Каждый из NIC имеет по паре портов 200GbE. Девятый адаптер нужен для служебной сети. Между собой внутри хоста ускорители общаются посредством NVLink на скорости 400–900 Гбайт/с, а для общения с внешним миром каждому из них полагается свой 400GbE-канал с поддержкой RDMA. При этом порты сетевых адаптеров подключены к разным коммутаторам из «стоечной пары», что серьёзно уменьшает вероятность отказа.

В докладе говорится, что Alibaba Cloud использует современные одночиповые коммутаторы с пропускной способностью 51,2 Тбит/с. Этим условиям отвечают либо устройства на базе Broadcom Tomahawk 5 (март 2023 года), либо Cisco Silicon One G200 (июнь того же года). Судя по использованию выражения «начало 2023 года», речь идёт именно об ASIC Broadcom.

Своё предпочтение именно одночиповых коммутаторов компания объясняет просто: хотя многочиповые решения с большей пропускной способностью существуют, в долгосрочной перспективе они менее надёжны и стабильны в работе. Статистика показывает, что аппаратные проблемы у подобных коммутаторов возникают в 3,77 раза чаще, нежели у одночиповых.

Одночиповые решения класса 51,2 Тбит/с выделяют много тепла, но ни один поставщик оборудования не смог предложить Alibaba Cloud готовые решения, способные удерживать температуру ASIC в пределах 105 °C. Выше этого порога срабатывает автоматическая защита. Поэтому для охлаждения коммутаторов Alibaba Cloud создала собственное решение на базе испарительных камер.

Сетевая фабрика позволяет создавать кластеры, каждый из которых содержит 15360 ускорителей и располагается в отдельном здании ЦОД. Такое высокоплотное размещение позволяет использовать оптические кабели длиной менее 100 м и более дешёвые многомодовые трансиверы, которые дешевле одномодовых примерно на 70 %. Ёмкость такого дата-центра составляет около 18 МВт.

Но есть у HPN и недостаток: использование топологии с двумя внутристоечными коммутаторами и другие особенности архитектуры усложняют кабельную подсистему, поэтому инженеры поначалу столкнулись с ростом ошибок при подключении сетевых интерфейсов. В настоящее время активно используются тесты, позволяющие проверить каждое подключение на соответствие идентификаторов портов и коммутаторов рабочим схемам.

Отмечается, что параметры Ethernet-коммутаторов удваиваются каждые два года, поэтому компания уже разрабатывает сетевую архитектуру следующего поколения, рассчитанную на применение будущих ASIC 102,4 Тбит/с. По словам Alibaba Cloud, обучение LLM с сотнями миллиардов параметров потребует огромного распределённого кластера, количество ускорителей в котором исчисляется миллионами. И ему требуется соответствующая сетевая инфраструктура.

Компания Arista Networks анонсировала сетевые платформы Etherlink AI, созданные, как утверждается, для обеспечения оптимальной производительности при выполнении наиболее требовательных рабочих нагрузок ИИ, включая обучение больших языковых моделей (LLM) и их инференс.

Решения Arista Etherlink AI поддерживают кластеры ИИ, насчитывающие от тысяч до сотен тысяч xPU. Используются эффективные одно- и двухуровневые сетевые топологии для обеспечения оптимальной производительности. Все коммутаторы Etherlink поддерживают новые стандарты Ultra Ethernet Consortium (UEC), которые, как ожидается, в перспективе дадут дополнительные преимущества в плане производительности.

В семейство Arista Etherlink AI входят коммутаторы 7060X6 AI Leaf, построенные на базе ASIC Tomahawk 5 разработки Broadcom. Это изделие способно осуществлять коммутацию на скоростях до 51,2 Тбит/с. Новые устройства поддерживают до 60 портов 800GbE или до 128 портов 400GbE.

Источник изображения: Arista

В семействе сетевых платформ также представлены модульные системы Arista 7800R4 AI Spine 4-го поколения. В них применяются чипы-коммутаторы Broadcom Jericho3-AI, ориентированные специально на ИИ-задачи. Устройства Arista 7800R4 AI Spine поддерживают пропускную способность до 460 Тбит/с в одном шасси: 576 портов 800GbE или 1152 портов 400GbE.

Наконец, дебютировали коммутаторы 7700R4 AI Distributed Etherlink Switch (DES), рассчитанные на наиболее крупные кластеры ИИ. Используя архитектуру Jericho3-AI, они обеспечивают распределение трафика без перегрузок. Это первые решения в новой серии сверхмасштабируемых интеллектуальных распределенных систем, которые способны поддерживать высочайшую пропускную способность для самых ресурсоёмких ИИ-задач, говорит компания.

Корпорация Broadcom анонсировала высокопроизводительные Ethernet-адаптеры 400G, которые, как утверждается, призваны революционизировать экосистему дата-центров в эру ИИ. Изделия помогут устранить узкие места в системах коммутации на фоне стремительного роста объёмов передаваемых данных.

По заявлениям Broadcom, дебютировавшие устройства — это первые на рынке адаптеры Ethernet, в основу которых положен контроллер (BCM57608), изготовленный по 5-нм технологии. В качестве ключевых сфер применения названы облачные и корпоративные среды, HPC-платформы, серверы хранения данных, приложения ИИ и машинного обучения.

Источник изображения: Broadcom

В семейство вошли модели P1400GD и N1400GD, выполненные в виде карт PCIe и OCP 3.0 соответственно. Используется интерфейс PCIe 5.0 x16. Адаптеры соответствуют стандарту 400GbE, кроме того, поддерживаются режимы 200/100/50/25GbE. В обоих случаях присутствует коннектор QSFP112-DD.

Реализована поддержка RDMA over Converged Ethernet (RoCEv2). Упомянуты технологии TruFlow (ускорение сетевых операций) и TruManage (управление серверами). На аппаратном уровне реализованы инструменты обеспечения безопасности Root-of-Trust (RoT). Средства Multi-host позволяют сразу нескольким CPU обращаться к одному Ethernet-адаптеру. Говорится о совместимости с Red Hat Enterprise Linux, SUSE Linux Enterprise Server, Ubuntu, DPDK.

Компания Broadcom представила Trident 5-X12 — первый сетевой коммутатор, снабжённый ИИ-движком, который поможет избавиться от сетевых заторов и ускорить обучение ИИ. Новый сетевой процессор относится к семейству StrataXGS и имеет маркировку BCM78800. Он предназначен в первую очередь для компактных ToR-коммутаторов нового поколения.

Это первый сетевой ASIC, дополненный инференс-движком NetGNT (Networking General-purpose Neural-network Traffic-analyzer). NetGNT может быть «натаскан» на распознавание ситуации, потенциально ведущей к сетевому затору. К примеру, в сценариях, характерных для обучения нейросетей, часто встречается ситуация, когда множество потоков пакетов прибывает одновременно на один порт, что и вызывает затор. Но движок Broadcom способен предсказать и заранее предотвратить такое развитие событий.

Источник изображений здесь и далее: Broadcom

Trident 5-X12 также имеет расширенную систему телеметрии и располагает объёмными FIB с гибким распределением. Реализованы множественные механизмы распределения нагрузки и предотвращения заторов. Новинка относится к программируемым решениям (NPL), причём готовые сценарии предлагает и сама Broadcom. В рамках API сохранена совместимость с предыдущими решениями компании. Возможно использование SONiC.

Чип оснащён 160 100G-блоками SerDes (PAM-4) и позволяет среди прочего реализовывать смешанные конфигурации — например, с 24 портами 400G и 8 портами 800G в 1U-шасси. При этом совокупная пропускная способность составляет 16 Тбит/с, однако благодаря 5-нм техпроцессу энергопотребление у новинки в пересчёте на порт на четверть ниже, нежели у Trident 4-X9.

Компания NVIDIA анонсировала аппаратное решение SuperNIC — это сетевой ускоритель нового типа, предназначенный для масштабных рабочих нагрузок ИИ в системах на базе Ethernet. Устройство обеспечивает скорость передачи данных до 400 Гбит/с с использованием RDMA (RoCE). Новинка выполнена на основе DPU BlueField-3: это часть сетевой 400G/800G-платформы Spectrum-X, которая предусматривает использование коммутаторов на базе ASIC NVIDIA Spectrum-4 (51,2 Тбит/с).

Отмечается, что сообща BlueField-3 SuperNIC и Spectrum-4 составляют основу вычислительной системы, специально разработанной для ускорения ИИ-нагрузок. При этом платформа Spectrum-X обеспечивает высокую эффективность сети, превосходя по производительности традиционные среды Ethernet. По заявления NVIDIA, DPU предоставляет множество расширенных функций, таких как высокая пропускная способность, подключение с небольшой задержкой и пр.

Источник изображения: NVIDIA

Среди ключевых особенностей SuperNIC называются: высокоскоростное переупорядочение пакетов; расширенный контроль перегрузок с использованием данных в реальном времени и специализированных сетевых алгоритмов; возможность программирования ввода-вывода (I/O); энергоэффективный низкопрофильный дизайн; полная оптимизация для ИИ (включая вычисления, сети, хранилище, системное ПО, коммуникационные библиотеки). В одной системе могут быть задействованы до восьми SuperNIC, что позволяет добиться соотношения 1:1 с GPU. А это даёт возможность максимизировать производительность при выполнении сложных задач ИИ.

Как известно, уроненное Intel знамя Omni-Path подхватила компания Cornelis Networks, которая достаточно успешно и уверенно продолжает совершенствовать эту систему интерконнекта. Буквально на днях состоялся официальный анонс CN5000 — серии решений для экосистемы Omni-Path второго поколения, способных работать на скорости 400 Гбит/с.

Источник изображений здесь и далее: Cornelis Networks

О планах Cornelis Networks относительно CN5000 и следующих за ним поколений Omni-Path уже рассказывалось ранее. Во втором поколении разработчики отказались от Performance Scale Messaging и целиком перешли на открытый стек OFI (libfabric). По всей видимости, дела у Cornelis идут хорошо, поскольку анонс состоялся уже сейчас, хотя ранее выход CN5000 был запланирован на 2024 год. Никаких данных о сроках начала массовых поставок и ценах компания-разработчик пока не приводит, но потенциальным заказчикам уже предлагает связаться с отделом продаж.

Компания назвала главные достоинства новой технологии. Среди них высокая инфраструктурная эффективность, отличное соотношение цены и качеству, высокая защищённость соединений, реализация QoS, а также лучшая в своём классе латентность (менее 1 мкс), что особенно важно для рынков ИИ и HPC.

В основе инфраструктуры Omni-Path CN5000 лежат три ключевых продукта: хост-адаптеры PCIe 5.0, непосредственно устанавливаемые в узлы, 48-портовые 1U-коммутаторы и 576-портовые 17U-директоры. Для всех трёх доступно как воздушное, так и жидкостное охлаждение. Фабрика на базе CN5000 может содержать до 330 тыс. узлов, чего достаточно для построения крупномасштабных HPC-систем.

Интерконнекту Omni-Path прочили в своё время светлое будущее, но в 2019 году компания Intel отказалась от своего детища и свернула поставки OPA-решений. Однако эстафету подхватила Cornelis Networks, так что технология не умерла — совсем недавно The Next Platform были опубликованы планы по дальнейшему развитию Omni-Path.

В 2012 году Intel выкупила наработки по TruScale InfiniBand у QLogic, позднее дополнив их приобретением у Cray интерконнектов Gemini XT и Aries XC. Задачей было создание единого интерконнекта, могущего заменить PCIe, FC и Ethernet, а в основу была положена технология Performance Scale Messaging (PSM). PSM считалась более эффективной и пригодной в сравнении с verbs InfiniBand, однако самой технологии более 20 лет. В итоге Cornelis Networks отказалась от PSM и теперь развивает новый программный стек на базе libfabric.

Источник изображений здесь и далее: Cornelis Networks (viaThe Next Platform)

Уже первое поколение Omni-Path Express (OPX), работающее со скоростью 100 Гбит/с могло работать под управлением нового стека бок о бок с PSM2, а для актуальных 400G-продуктов Omni-Path Express CN5000 вариант OFI станет единственным. Скорее всего, в этом поколении будет также убрано всё, что работает на основе кода OFA Verbs. Останутся только части, выделенные на слайде выше красным. Как отмечает Cornelis Networks, главным отличием OPX от InfiniBand станет использование стека на базе полностью открытого кода с апстримом драйвера OFI в ядро Linux.

Планы Cornelis Networks по развитию Omni-Path

Планы компании простираются достаточно далеко: на 2024 год запланировано пятое поколение Omni-Path, включающее в себя не только адаптеры, но и необходимую инфраструктуру — 48-портовые коммутаторы и 576-портовые директоры. Предел масштабирования возрастёт практически на порядок, с 36,8 тыс. подключений для Omni-Path 100 до 330 тыс. Латентность при этом составит менее 1 мкс при потоке до 1,2 млрд сообщений в секунду. Появится поддержка топологий Dragonfly и Megafly, оптимизированных для применения в крупных HPC-системах, и динамическая адаптивная маршрутизация на базе данных телеметрии.

Характеристики и внутреннее устройство коммутаторов пятого поколения CN5000 компания публикует уже сейчас. Обычный периферийный коммутатор займёт высоту 1U, но при этом будет поддерживать как воздушное, так и жидкостное охлаждение, а модульный коммутатор класса director будет занимать 17U и получит внутренний интерконнект с топологией 2-tier Fat Tree. В нём будет предусмотрена горячая замена модулей и опция жидкостного охлаждения.

Базовый адаптер CN5000 выглядит как обычная плата расширения с интерфейсом PCIe 5.0 x16. Будут доступны варианты с одним и двумя портами 400G. Что интересно, опция жидкостного охлаждения предусмотрена и здесь. В 2026 году должно появиться шестое поколение решений Omni-Path CN6000 со скоростью 800 Гбит/с, включающее в себя не только базовые адаптеры и коммутаторы, но и первый в мире DPU для OPA, построенный на базе архитектуры RISC-V и поддерживающий CXL. Благодаря DPU будут реализованы более продвинутые опции разгрузки хост-системы и ускорения конкретных приложений.

Наконец, в 2028 году в седьмом поколении CN7000 скоростной потолок поднимется с 800 до 1600 Гбит/с. Будет внедрена перспективная для крупномасштабных сетей поддержка топологии HyperX. Также ожидается появление чиплетов с интерфейсом UCIe и интегрированной фотоникой, что позволит интегрировать Omni-Path в решения сторонних производителей.

Одной из главных целей Cornelis Networks, напомним, заявлено создание системы интерконнекта для суперкомпьютеров нового поколения экзафлопного класса. Разработка финансируется в рамках инициативы Exascale Computing Initiative (ECI). А первым суперкомпьютером, использующим Omni-Path пятого поколения (400G), станет техасский Stampede3.

Компания Broadcom анонсировала платформу StrataXGS Trident 4 BCM56690 (Trident 4-X7), предназначенную для создания коммутаторов нового поколения с поддержкой 400GbE. Полностью программируемый чип обеспечивает пропускную способность до 4 Тбит/с.

Изделие Trident 4-X7 обеспечивает поддержку подключения 400GbE в инфраструктурах Spine/Fabric следующего поколения, которые проникают из облаков в корпоративные дата-центры. Утверждается, что энергопотребление в расчёте на порт 100GbE снижается вдвое по сравнению с существующими решениями.

Источник изображения: Broadcom

Платформа Trident 4-X7 предоставляет аппаратные функции для аналитики, диагностики и телеметрии, которые помогут облачным провайдерам автоматизировать многие операции в ЦОД. Это позволяет повысить надёжность при одновременном снижении эксплуатационных расходов. Возможность программирования даёт возможность настраивать чип под нужны конкретного оператора дата-центра.

Решение поддерживает сетевую архитектуру 50G ToR (Top of Rack) в конфигурации 48 × 50G + 8 × 200G или 48 × 50G + 4 × 400G. При производстве чипа применяется технология 7-нм класса. Среди прочих преимуществ разработчик выделяет:

• Масштабируемость архитектуры в соответствии с требованиями к полосе пропускания;
• Широкий спектр функций балансировки нагрузки и управления перегрузками, включая динамическую балансировку, динамическое групповое многопутевое подключение, отказоустойчивое хеширование и пр.;
• Набор интегрированных сетевых инструментов Broadview Gen 4 и сопутствующего ПО;
• Четыре встроенных процессора ГГц-класса;
• Надёжное подключение с использованием до 80 инстансов высокопроизводительного интегрированного ядра SerDes 50G PAM-4;
• Богатый набор функций корпоративного уровня с высокой степенью параллелизма. 

Компания Cisco успешно выпустила новые ASIC для сетевых коммутаторов с производительностью 51,2 Тбит/с. Как заявляют разработчики, коммутаторы на базе чипа серии G200 способны объединить в единый комплекс 32 тыс. ускорителей. Новое решение входит в портфолио Cisco Silicon One и изначально нацелено на рынок гиперскейлеров и создателей ИИ-кластеров.

В новом чипе в два раза увеличено количество блоков SerDes с производительностью 112 Гбит/с (с 256 до 512), что и позволило довести общую коммутационную производительность до 51,2 Тбит/с. Доступны конфигурации 64×800GbE, 128×400GbE или 256×200GbE, всё зависит от желаемой плотности размещения и скорости портов. Это, в частности, позволяет избавиться от избыточных уровней в топологии сети.

Источник изображений: Cisco

Cisco отмечает, что новинка вдвое энергоэффективнее и имеет вдвое меньшую задержку в сравнении с G100. Кроме того, чипы предлагают расширенную телеметрию, поддержку языка P4 для обработки трафика на лету, а также возможность использования современных интерфейсов, в том числе интегрированную оптику или медные кабели длиной до 4 м, чего более чем достаточно для организации связи на уровне стойки.

Как и Broadcom Tomahawk-5 или Jericho3-AI, Marvell Teralynx 10 и NVIDIA Spectrum-X, новый чип Cisco содержит возможности, востребованные в среде ИИ-систем, такие как продвинутые средства преодоления заторов в сети (congestion), технологии packet spraying и резервирование линков с возможностью мгновенного восстановления разорванного соединения. Новые чипы серии G200 уже поставляются, но компания пока не назвала даты появления на рынке коммутаторов Cisco на базе нового «кремния».

Компания NVIDIA в ходе выставки Computex 2023 анонсировала передовую Ethernet-платформу Spectrum-X для облачных провайдеров: система поможет в масштабировании сервисов генеративного ИИ. Решение уже доступно гиперскейлерам и операторам крупных дата-центров. Платформа предусматривает использование коммутаторов на базе ASIC NVIDIA Spectrum-4 (51,2 Тбит/с) и 400GbE DPU NVIDIA BlueField-3.

Отмечается, что BlueField-3 сочетает в себе большие вычислительные ресурсы, высокоскоростное сетевое соединение и обширные возможности программирования, что даёт возможность создавать программно-определяемые решения с аппаратным ускорением для самых требовательных задач. В результате, платформа Spectrum-X позволяет добиться 1,7-кратного увеличения производительности ИИ-нагрузок и повышения энергоэффективности по сравнению с другими решениями.

Источник изображений: NVIDIA

Для Spectrum-X заявлена возможность использования до 256 портов 200GbE (или 64 × 800GbE, или 128 × 400GbE) на базе одного коммутатора или до 16 000 портов в случае архитектуры Spine-Leaf. В набор сопутствующего ПО входят SDK-комплекты для SDKCumulus Linux, SONiC и NetQ, а также фреймворк NVIDIA DOCA. С применением решений NVIDIA Mellanox LinkX возможно формирование сквозной 400GbE-фабрики, оптимизированной для облачных ИИ-сервисов.

Платформа Spectrum-X, в частности, будет применена в составе суперкомпьютера Israel-1, который NVIDIA строит в своём израильском дата-центре. Комплекс объединит серверы Dell PowerEdge XE9680 на основе NVIDIA HGX H100 (восемь GPU), изделия BlueField-3 DPU и коммутаторы Spectrum-4.