Дополнением к только что представленным ИИ-ускорителям NVIDIA Blackwell станут новые сетевые 800G-платформы Quantum-X800 и Spectrum-X800, а также сетевые адаптеры ConnectX-8. Именно они позволят вывести масштабирование ИИ-кластеров на новый уровень и позволят «прокормить» гигантские массивы ускорителей в дата-центрах гиперскейлеров.

Платформа NVIDIA Quantum-X800 ориентирована на наиболее производительные ИИ- и HPC-кластеры. Она использует новое поколение технологии InfiniBand, всё ещё обладающей рядом преимуществ в сравнении с Ethernet, и включает в себя обновлённые SHARP-движки. Технология SHARPv4 реализует «вычисления в сети» (In-Network Computing), что позволяет не только существенно разгрузить вычислительные узлы и серверы, но и обеспечить более высокую пропускную способность интерконнекта вкупе с более серьёзными возможностями его масштабирования.

NVIDIA Q3400-RA 4U (справа) и SN5600. Источник изображений здесь и далее: NVIDIA

Основой платформы Quantum-X800 стал 4U-коммутатор Q3400-RA, впервые в индустрии, как говорит компания, использующий 200G-блоки SerDes для каждой линии InfiniBand. Коммутатор располагает 144 портами 800G в 72 OSFP-модулях и выделенным портом для Unified Fabric Manager. Новинка имеет стандартное 19″ исполнение с воздушным охлаждением, но есть и вариант Q3400-LD с жидкостным охлаждением, предназначенный для 21″ OCP-стоек. В двухуровневом варианте fat tree коммутаторы позволят объединить 10 368 NIC.

Основным адаптером для новой платформы InfiniBand является ConnectX-8 SuperNIC с интерфейсом PCIe 6.0. Он является частью SHARPv4 и предлагается в однопортовом (OSFP224) и двухпортовом (QSFP112) вариантах и в нескольких форм-факторах, включая OCP 3.0. На платах также имеется разъём SocketDirect на 16 линий PCIe. Также компания представила компоненты NVIDIA LinkX: оптические трансиверы 2xDR4/2xFR4 и активные медные кабели (LACC).

Не забыла NVIDIA и про Ethernet: здесь вывести производительность сети на новый уровень должна платформа Spectrum-X800. Её основой служит новейший коммутатор SN5600 — это, по словам NVIDIA, первый в мире Ethernet-коммутатор класса 800GbE, специально разработанный для применения гиперскейлерами в крупных облачных ИИ-комплексах. Применяемая архитектура позволяет гарантировать каждому клиенту оптимальный и постоянный уровень производительности, а потоковая телеметрия позволит находить и ликвидировать возможные «бутылочные горлышки» в сети буквально на лету.

Общая пропускная способность SN5600 составляет 51,2 Тбит/с. Коммутатор располагает 64 портами 800GbE в формате OSFP. В нём используется ASIC пятого поколения на базе архитектуры Spectrum-4. В качестве основного адаптера предлагается SuperNIC на базе DPU BlueField-3 с двумя 400GbE-портами.

Фото: Twitter/NVIDIANetworkng

Spectrum-X800 сопровождает полноценный спектр инфраструктурных компонентов, включая кабели DAC и LACC. С оптическими трансиверами длина соединения 800GbE может достигать двух километров. Начиная со следующего года, решения на базе новых сетевых платформ NVIDIA будут доступны от широкого круга поставщиков оборудования, включая Aivres, DDN, Dell Technologies, Eviden, Hitachi Vantara, HPE, Lenovo, Supermicro и VAST Data.

Компания NVIDIA, по сообщению ресурса VideoCardz, раскрыла планы по выпуску ускорителей нового поколения, предназначенных для применения в ЦОД и на площадках гиперскейлеров. NVIDIA указывает лишь ориентировочные сроки выхода решений, поскольку фактические даты зависят от многих факторов, таких как макроэкономическая обстановка, готовность сопутствующего ПО, доступность производственных мощностей и пр.

В конце мая нынешнего года NVIDIA объявила о начале массового производства суперчипов Grace Hopper GH200, предназначенных для построения НРС-систем и платформ генеративного ИИ. Эти изделия содержат 72-ядерный Arm-процессор NVIDIA Grace и ускоритель NVIDIA H100 с 96 Гбайт памяти HBM3.

Как сообщается, ориентировочно в конце 2024-го или в начале 2025 года на смену Grace Hopper GH200 придет решение Blackwell GB200. Характеристики изделия пока не раскрываются. Но отмечается, что архитектура Blackwell будет применяться как в ускорителях для дата-центров, так и в потребительских продуктах для игровых компьютеров (предположительно, серии GeForce RTX 50).

На 2025 год, согласно обнародованному графику, намечен анонс загадочной архитектуры «Х». Речь, в частности, идёт о решении с обозначением GX200. Изделия GB200 и GX200 подойдут для решения задач инференса и обучения моделей. Примечательно, что старшие чипы также получат NVL-версии. Вероятно, вариант GH200 с увеличенным объёмом набортной памяти как раз и будет называться GH200NVL.

Источник изображения: NVIDIA

При этом теперь компания разделяет продукты на Arm- и x86-направления. Первое, судя по всему, так и будет включать гибридные решения GB200 и GX200, а второе, вероятно, вберёт в себя в первую очередь ускорители в форм-факторе PCIe-карт и универсальные ускорители начального уровня серии 40: B40 и X40.

Сопутствовать новым чипам будут сетевые решения Quantum (InfiniBand XDR/GDR) и Spectrum-X (Ethernet) классов 800G и 1600G (1.6T). И если в области InfiniBand компания фактически является монополистом, то в Ethernet-сегменте она несколько отстаёт от, например, Broadcom, у которой теперь есть даже выделенные ИИ-решения, Cisco и Marvell. А вот про будущее NVLink компания пока ничего не рассказала.

Ассоциация IBTA (InfiniBand Trade Association), ответственная за развитие данного стандарта, опубликовала новые спецификации, утверждающие характеристики стандарта InfiniBand XDR.

Хотя Ethernet активно вытесняет другие сетевые стандарты благодаря быстрому росту скоростей и активному освоению всё новых технологий вроде RDMA, InfiniBand (IB) зачастую продолжает оставаться предпочтительным выбором для HPC-систем благодаря низкому уровню задержек, особенно критичному в случае крупномасштабной сети. Согласно данным Naddod, задержи у InfiniBand составляют не более 150–200 нс, в то время как для Ethernet этот показатель обычно составляет 500 нс и более.

Проблему с отставанием в пропускной способности должны решить новые спецификации, опубликованные IBTA в виде томов Volume 1 Release 1.7 (ядро архитектуры InfiniBand) и Volume 2 release 1.5 (аспекты физической реализации). Наиболее важным в новых спецификациях является первичное введение и описание стандарта XDR, предусматривающего скорость передачи данных 200 Гбит/с на каждую линию. Это автоматически даёт 800 Гбит/с на стандартный IB-порт из четырёх линий, а для связи между коммутаторами может быть использован канал на восемь линий, что даёт 1600 Гбит/с.

Текущие планы IBTA по развитиию InfiniBand. Источник: InfiniBand Trade Association

Также тома содержат финальные спецификации физического уровня для InfiniBand NDR (100 Гбит/с на линию, 400 Гбит/с на порт). В данный момент полные тексты спецификаций доступны только для зарегистрированных пользователей на сайте IBTA. С кратким обзором Volume 1 Release 1.7 можно ознакомиться здесь.

Помимо этого, в обновлениях описывается улучшенная поддержка крупных многопортовых коммутаторов (radix switches), а также механизмы, улучшающие обработку сетевых заторов (congestion control). Как отмечает IBTA, InfiniBand XDR должен стать новым золотым стандартом в среде ИИ и HPC благодаря оптимальному сочетанию высокой пропускной способности с низким уровнем задержек и энергоэффективностью. Дальнейшие планы IBTA включают освоение ещё более скоростных стандартов GDR и LDR к 2026 и 2030 гг. соответственно.

Сети на основе InfiniBand традиционно используются в HPC-системах для связи в единое целое вычислительных узлов. Обычно речь идёт об организации сети в одном помещении, либо здании ЦОД, но иногда возникает нужда в высокоскоростной связи между кампусами, расположенными на расстоянии до десятков километров. Для решения этой задачи предназначена новое решение NVIDIA MetroX-3 XC.

Сама платформа была разработана ещё в бытность Mellanox независимой компанией, но платформа MetroX-2 была ограничена двумя внешними линками со скоростью 100 Гбит/с, работающими на дальности до 40 км, и россыпью локальных 200G-портов. Новая итерация платформы получила два внешних 100G-порта и два локальных 400G-порта. Используются новые модули со спектральным уплотнением каналов (DWDM). Физическая реализация использует 4 порта QSFP112 для данных и 2 аналогичных порта для управляющих целей.

Схема работы MetroX-3 (Источник: NVIDIA)

Разумеется, функционирует MetroX-3 XC в рамках экосистемы NVIDIA InfiniBand: она призвана работать совместно с коммутаторами Quantum-2, сетевыми адаптерами ConnectX-7 и DPU BlueField. Доступно два варианта, MTQ8400-HS2R и MTQ8400-HS2RC; последний отличается наличием шифрования сетевого трафика. Новая платформа связи MetroX совместима с фреймворком Holoscan HPC и может служить для соединения систем NVIDIA IGX, DGX и HGX.

Облачный провайдер Microsoft Azure анонсировал инстансы новых серий HBv4 и HX, оптимизированные для различных задач высокопроизводительных вычислений (HPC), таких как вычислительная гидродинамика (CFD), анализ методом конечных элементов, автоматизация проектирования электроники (EDA), визуализация, молекулярная динамика, геофизические исследования, моделирование погоды, ИИ-инференс, анализ финансовых рисков и т.д.

Спецификации новых ВМ:

• Процессоры AMD EPYC Genoa (IV квартал 2022 г.).
• Процессоры AMD EPYC Genoa-X (I полугодие 2023 г.).
• Память DDR5 с ПСП 800 Гбайт/с (Stream Triad).
• 400-Гбит/с интерконнект NVIDIA ConnectX-7 (платформа Quantum-2 InfiniBand NDR).
• 80-Гбит/с подключение Azure Networking.
• NVMe SSD PCIe 4.0 (последовательное чтение до 12 Гбайт/с, запись — до 7 Гбайт/с).

Ниже приведены предварительные тесты производительности инстансов серий HBv4 и HX с процессорами EPYC Genoa в нескольких распространенных приложениях и областях HPC в сравнении с инстансами HBv3 прошлого поколения с процессорами Milan-X, а также усреднённым 4-летним HPC-сервером на базе Intel Xeon Skylake-SP (на примере инстансов серии Azure HC).

Инстансы Azure HBv3 с процессорами AMD EPYC Milan-X с технологией 3D V-Cache уже обеспечивают высокий уровень производительности HPC, предлагая до 27 раз лучшее масштабирование MPI-нагрузок, чем в других облаках, и превосходя многие ведущие суперкомпьютеры в мире. С внедрением серии HBv4 компания поднимает планку, предлагая лучшую поддержку для массивно-параллельных нагрузок и для нагрузок с интенсивным использование памяти и вычислений.

Инстансы Azure HBv3 также активно используется для EDA-нагрузок, но новые инстансы серии HX предлагают до 3 раз больший объём оперативной памяти, чем любая виртуальная машина серии H прошлых поколений — до 60 Гбайт RAM на ядро. Отдельно стоит отметить, что в инстансах HBv4 и HX впервые в Azure используется 400G-интерконнект NVIDIA InfiniBand NDR (Quantum-2). Инстансы с суффиксом r также предлагают поддержку RDMA, а с суффиксом s — поддержку быстрых локальных SSD.

Используя новые инстансы серии HBv4 или HX и стандартный инструмент управления набором инстансов Azure VMSS, клиенты смогут масштабировать MPI-нагрузки вплоть до уровня 50 000 CPU-ядер на задачу. HBv4 и HX скоро появятся в облачных регионах США (East US, South Central US, West US3) и Западной Европе (West Europe).

NVIDIA, нынешний владелец Mellanox, представила обновления своих решений InfiniBand NDR: коммутаторы Quantum-2, сетевые адаптеры ConnectX-7 и ускорители DPU BlueField-3. Это весьма своевременный апдейт, поскольку 400GbE-решения набирают популярность, а с приходом PCIe 5.0 в серверный сегмент станут ещё более актуальными.

NVIDIA Quantum-2 (Здесь и ниже изображения NVIDIA)

Первый и самый важный анонс — это платформа Quantum-2. Новый коммутатор не только обеспечивает вдвое более высокую пропускную способность на порт (400 Гбит/с против 200 Гбит/c), но также предоставляет в три раза больше портов, нежели предыдущее поколение. Это сочетание позволяет снизить потребность в коммутаторах в 6 раз при той же суммарной ёмкости сети. При этом новая более мощная инфраструктура также окажется более экономичной и компактной.

Более того, Quantum-2 относится к серии «умных» устройств и содержит в 32 раза больше акселераторов, нежели Quantum HDR первого поколения. В нём также реализована предиктивная аналитика, позволяющая избежать проблем с сетевой инфраструктурой ещё до их возникновения; за это отвечает технология UFM Cyber-AI. Также коммутатор предлагает синхронизацию времени с наносекундной точностью, что важно для распределённых нагрузок.

7-нм чип Quantum-2 содержит 57 млрд транзисторов, то есть он даже сложнее A100 с 54 млрд транзисторов. В стандартной конфигурации чип предоставляет 64 порта InfiniBand 400 Гбит/с, однако может работать и в режиме 128 × 200 Гбит/с. Коммутаторы на базе нового сетевого процессора уже доступны у всех крупных поставщиков серверного оборудования, включая Inspur, Lenovo, HPE и Dell Technologies. Возможно масштабирование вплоть 2048 × 400 Гбит/с или 4096 × 200 Гбит/с.

NVIDIA ConnectX-7

Конечные устройства для новой инфраструктуры InfiniBand доступны в двух вариантах: это относительно простой сетевой адаптер ConnectX-7 и куда более сложный BlueField-3. В первом случае изменения, в основном, количественные: новый чип, состоящий из 8 млрд транзисторов, позволил вдвое увеличить пропускную способность, равно как и вдвое же ускорить RDMA и GPUDirect.

NVIDIA BlueField-3

DPU BlueField-3, анонсированный ещё весной этого года, куда сложнее с его 22 млрд транзисторов. Он предоставляет гораздо больше возможностей, чем обычный сетевой адаптер или SmartNIC, и крайне важен для будущего развития инфраструктурных решений NVIDIA. Начало поставок ConnectX-7 намечено на январь, а вот BlueField-3 появится только в мае 2021 года. Оба адаптера совместимы с PCIe 5.0.

На суперкомпьютерной выставке-конференции ISC 2021 компания NVIDIA представила обновление платформы HGX A100 для OEM-поставщиков, которая теперь включает PCIe-ускорители NVIDIA c 80 Гбайт памяти, InfiniBand NDR и поддержку Magnum IO с GPUDirect Storage.

В основе новинки лежат наиболее продвинутые на сегодняшний день технологии, имеющиеся в распоряжении NVIDIA. В первую очередь, это, конечно, ускорители на базе архитектуры Ampere, оснащённые процессорами A100 с производительностью почти 10 Тфлопс в режиме FP64 и 624 Топс в режиме тензорных вычислений INT8.

HGX A100 предлагает 300-Вт версию ускорителей с PCIe 4.0 x16 и удвоенным объёмом памяти HBM2e (80 Гбайт). Увеличена и пропускная способность (ПСП), в новой версии ускорителя она достигла 2 Тбайт/с. И если по объёму и ПСП новинки догнали SXM-версию A100, то в отношении интерконнекта они всё равно отстают, так как позволяют напрямую объединить посредством NVLink только два ускорителя.

В качестве сетевой среды в новой платформе NVIDIA применена технология InfiniBand NDR со скоростью 400 Гбит/с. Можно сказать, что InfiniBand догнала Ethernet, хотя не столь давно её потолком были 200 Гбит/с, а в плане латентности IB по-прежнему нет равных. Сетевые коммутаторы NVIDIA Quantum 2 поддерживают до 64 портов InfiniBand NDR и вдвое больше для скорости 200 Гбит/с, а также имеют модульную архитектуру, позволяющую при необходимости нарастить количество портов NDR до 2048. Пропускная способность при этом может достигать 1,64 Пбит/с.

Технология NVIDIA SHARP In-Network Computing позволяет компании заявлять о 32-крантом превосходстве над системами предыдущего поколения именно в области сложных задач машинного интеллекта для индустрии и науки. Естественно, все преимущества машинной аналитики используются и внутри самого продукта — технология UFM Cyber-AI позволяет новой платформе исправлять большинство проблем с сетью на лету, что минимизирует время простоя.

Отличным дополнением к новым сетевым возможностями является технология GPUDirect Storage, которая позволяет NVMe-накопителям общаться напрямую с GPU, минуя остальные компоненты системы. В качестве программной прослойки для обслуживания СХД новая платформа получила систему Magnum IO с поддержкой вышеупомянутой технологии, обладающую низкой задержкой ввода-вывода и по максимуму способной использовать InfiniBand NDR.

Три новых ключевых технологии NVIDIA помогут супервычислениям стать ещё более «супер», а суперкомпьютерам следующего поколения — ещё более «умными» и производительными. Достигнуты договорённости с такими крупными компаниями, как Atos, Dell Technologies, HPE, Lenovo, Microsoft Azure и NetApp. Решения NVIDIA используются как в индустрии — в качестве примера можно привести промышленный суперкомпьютер Tesla Automotive, так и в ряде других областей.

В частности, фармакологическая компания Recursion использует наработки NVIDIA в области машинного обучения для поиска новых лекарств, а национальный научно-исследовательский центр энергетики (NERSC) применяет ускорители A100 в суперкомпьютере Perlmutter при разработке новых источников энергии. И в дальнейшем NVIDIA продолжит своё наступление на рынок HPC, благо, она может предложить заказчикам как законченные аппаратные решения, так и облачные сервисы, также использующие новейшие технологии компании.