راهکارهای آداپتور شبکه NVIDIA: چارچوب معماری برای بهینه‌سازی انتقال با تأخیر کم RDMA/RoCE

راه‌حل آداپتور شبکه NVIDIA از یک معماری چند لایه استفاده می‌کند که برای بهینه‌سازی انتقال داده‌ها از سخت‌افزار تا سطح برنامه طراحی شده است. این رویکرد یکپارچه، عملکرد یکپارچه را در محیط‌های زیرساختی متنوع تضمین می‌کند و در عین حال کمترین تأخیر ممکن و بالاترین توان عملیاتی را حفظ می‌کند.

آداپتورهای شبکه NVIDIA ConnectX ستون فقرات سخت‌افزاری راه‌حل را تشکیل می‌دهند و دارای ویژگی‌های زیر هستند:

• گزینه‌های اتصال دو پورت 100/200/400 GbE
• موتورهای RDMA مبتنی بر سخت‌افزار که از RoCE و InfiniBand پشتیبانی می‌کنند
• خطوط لوله پردازش بسته پیشرفته با هدایت جریان هوشمند
• رابط‌های میزبان PCIe 4.0/5.0 برای حداکثر پهنای باند

پیاده‌سازی Remote Direct Memory Access (RDMA) گلوگاه‌های سنتی شبکه را از طریق موارد زیر حذف می‌کند:

• انتقال داده بدون کپی که از هسته‌های سیستم عامل عبور می‌کند
• قرار دادن مستقیم داده‌ها در فضاهای حافظه برنامه
• واگذاری لایه انتقال به سخت‌افزار آداپتور شبکه
• مکانیسم‌های بای‌پس CPU که منابع میزبان را برای بارهای کاری برنامه آزاد می‌کند

RDMA over Converged Ethernet (RoCE) عملیات RDMA با کارایی بالا را از طریق زیرساخت‌های استاندارد اترنت با بهینه‌سازی‌های خاص فعال می‌کند:

• پشتیبانی RoCE v2 برای مسیریابی در شبکه‌های لایه 3
• اعلامیه صریح ازدحام (ECN) برای کنترل جریان
• کنترل جریان مبتنی بر اولویت (PFC) برای اترنت بدون تلفات
• الگوریتم‌های کنترل ازدحام پیشرفته برای عملکرد پایدار

برای بارهای کاری هوش مصنوعی، راه‌حل یک معماری تخصصی را پیاده‌سازی می‌کند:

• GPU-direct RDMA برای انتقال مستقیم داده‌ها بین شبکه و حافظه GPU
• ادغام NCCL (کتابخانه ارتباطات جمعی NVIDIA) برای عملیات جمعی بهینه شده
• پیکربندی‌های آداپتور چند میزبان که از آموزش مدل در مقیاس بزرگ پشتیبانی می‌کنند
• مدیریت پارچه خودکار برای عملیات خوشه ساده شده

راه‌حل از طریق پیاده‌سازی‌های NVMe-over-Fabrics به بارهای کاری ذخیره‌سازی گسترش می‌یابد:

• پشتیبانی هدف NVMe-of-TCP و NVMe-of-RDMA
• واگذاری پردازش پروتکل ذخیره‌سازی به سخت‌افزار آداپتور
• اجرای کیفیت خدمات (QoS) سرتاسری
• ویژگی‌های امنیتی یکپارچه از جمله واگذاری رمزگذاری

راه‌حل شامل قابلیت‌های تنظیم عملکرد جامع است:

• الگوریتم‌های مسیریابی تطبیقی برای انتخاب مسیر بهینه
• تعدیل وقفه پویا بر اساس الگوهای بار کاری
• خط‌مشی‌های کیفیت خدمات (QoS) برای اولویت‌بندی ترافیک
• نظارت و تله‌متری جامع برای تجزیه و تحلیل عملکرد

استقرار موفقیت‌آمیز از یک رویکرد ساختاریافته پیروی می‌کند:

• فاز ارزیابی:ارزیابی زیرساخت و تجزیه و تحلیل الزامات
• فاز طراحی:برنامه‌ریزی معماری شبکه و مشخصات پیکربندی
• فاز استقرار:نصب سخت‌افزار و پیکربندی نرم‌افزار
• فاز بهینه‌سازی:تنظیم عملکرد و آزمایش اعتبارسنجی

سازمان‌هایی که راه‌حل آداپتور شبکه NVIDIA را پیاده‌سازی می‌کنند، معمولاً به موارد زیر دست می‌یابند:

• 85-95٪ کاهش تأخیر شبکه برای برنامه‌های توزیع‌شده
• 60-80٪ کاهش استفاده از CPU برای پردازش شبکه
• 3-5 برابر بهبود در توان عملیاتی برنامه برای بارهای کاری فشرده داده
• کاهش قابل توجه در کل هزینه مالکیت از طریق ادغام زیرساخت

راه‌حل آداپتور شبکه NVIDIA با بهینه‌سازی RDMA و RoCE یک چارچوب معماری کامل برای تغییر عملکرد شبکه مرکز داده را نشان می‌دهد. با ترکیب قابلیت‌های سخت‌افزاری پیشرفته با ادغام نرم‌افزاری پیچیده، سازمان‌ها می‌توانند به سطوح بی‌سابقه‌ای از کارایی و عملکرد برای بارهای کاری خود دست یابند. از آنجایی که برنامه‌های کاربردی فشرده داده همچنان در حال تکامل هستند، این راه‌حل زیرساخت‌های اساسی مورد نیاز برای پشتیبانی از الزامات محاسباتی نسل بعدی را فراهم می‌کند و در عین حال از حفاظت از سرمایه‌گذاری از طریق پیاده‌سازی مبتنی بر استانداردها اطمینان حاصل می‌کند.