Hạ tầng mạng trung tâm dữ liệu 400G: Switch, SmartNIC và Module

Trong thời đại số hóa ngày càng phát triển, hạ tầng mạng trung tâm dữ liệu 400G đang trỗi dậy với những tiến bộ đáng kể về mặt công nghệ. Với sự xuất hiện của chip chuyển mạch thông lượng lớn hơn và đầu nối quang tốc độ cao hơn, các trung tâm dữ liệu hiện đại đang chuyển sang sử dụng mạng trung tâm dữ liệu tốc độ cao 400G để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về dữ liệu và các ứng dụng sử dụng băng thông cực lớn.

Ngoài ra, sự phát triển mạnh mẽ của 5G và tốc độ truyền dữ liệu dựa trên video tăng nhanh đang thúc đẩy nhu cầu về giải pháp mạng trung tâm dữ liệu 400G. Khi yêu cầu về dung lượng cho các ứng dụng sử dụng nhiều dữ liệu tăng cao vượt xa khả năng truyền tốc độ cao hiện tại, công nghệ 400G trở thành lựa chọn hàng đầu với chi phí vận hành thấp hơn và chiếm ít diện tích hơn, giúp đáp ứng tốt hơn nhu cầu cấp bách về kết nối cáp quang.

Tóm lại, việc sử dụng giải pháp mạng trung tâm dữ liệu 400G là một bước đi quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường mạng trung tâm dữ liệu.

MỤC LỤC

Tổng quan về mạng 400G
Nguyên tắc làm việc của mạng 400G
Ưu điểm của việc triển khai mạng 400G
Xu hướng của mạng 400G
Thiết bị chuyển mạch
SmartNIC
Module quang

Tổng quan về mạng 400G

Trong vài thập kỷ qua, Ethernet đã trải qua nhiều thay đổi về tốc độ, từ 1G, 10G/40G sang 25G/100G, và ngành công nghiệp Ethernet vẫn đang tiếp tục đổi mới để đạt được tốc độ mạng cao hơn. Tuy nhiên, trước khi chúng ta tìm hiểu về mạng 400G, cần phải hiểu rõ các cách khác nhau mà thuật ngữ này được định nghĩa và sử dụng trong lĩnh vực mạng trung tâm dữ liệu.

400G có thể được hiểu theo các thuật ngữ khác nhau như 100G và 400G, đề cập đến khả năng truyền của một kênh. Nó thường được sử dụng để mô tả tốc độ truyền của một giao diện và đôi khi được sử dụng thay thế cho thuật ngữ 400GbE và 400Gb/s.

400GbE đề cập đến tốc độ dung lượng thế hệ tiếp theo có thể được truyền qua một liên kết duy nhất trong giao diện Ethernet. Nó dựa trên tiêu chuẩn chứng nhận IEEE 802.3bs, trong đó lớp vật lý 400GbE, tham số quản lý và tham số kiểm soát truy cập phương tiện (MAC) phải đáp ứng.

400Gb/s đề cập đến tốc độ truyền dữ liệu và thường mô tả tốc độ truyền tối đa được hỗ trợ bởi cổng thiết bị hoặc tốc độ truyền của đầu nối quang. Việc hiểu rõ những khái niệm này sẽ giúp chúng ta cải thiện hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế mạng trung tâm dữ liệu.

Nguyên tắc làm việc của mạng 400G

Chúng ta có thể quen thuộc với các mạng 100G, sử dụng bốn tín hiệu 25G được điều chế NRZ trên một giao diện duy nhất để hoàn thành quá trình truyền 100G. Tốc độ truyền Ethernet thường được tăng theo hai cách: tăng tốc độ truyền kênh đơn và tăng số lượng kênh, trong khi 400G tăng gấp đôi chính xác tốc độ truyền kênh đơn và cũng tăng gấp đôi số lượng kênh bằng cách truyền tám tín hiệu 50G thông qua công nghệ điều chế PAM4 để đạt được tốc độ 400G đường truyền (QSFP-DD).

Ưu điểm của việc triển khai mạng 400G

Mật độ truyền dẫn cao hơn: Lấy bộ chuyển mạch 100G làm ví dụ, mật độ cổng của bộ chuyển mạch NVIDIA 100G SN2700/3700C là 32*100G/U, trong khi bộ chuyển mạch 400G SN4700 có 32 cổng 400G QSFPDD trong bảng điều khiển 1U, mật độ cao hơn gấp bốn lần trong cùng một chiều cao.

Tiêu thụ điện năng truyền tải thấp hơn: Cơ quan quản lý tiêu chuẩn hóa của Trung Quốc đã phê duyệt việc phát hành Giá trị tối đa cho phép của các cấp hiệu quả năng lượng và hiệu quả năng lượng đối với Các trung tâm dữ liệu vào ngày 11 tháng 2021 năm 100, điều này làm giảm mức tiêu thụ năng lượng đường truyền trở thành ưu tiên hàng đầu của các trung tâm dữ liệu. So với 400G, XNUMXG có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn trên mỗi đơn vị truyền thông tin, điều này cũng phù hợp với nhu cầu bảo tồn năng lượng và bảo vệ môi trường.

Khả năng mở rộng: 100G QSFP28 các cổng thường hỗ trợ hai chế độ truyền: 100G đến 100G và 100G đến 4X25G. Và bộ chuyển mạch 400G với NVIDIA SN4700 hỗ trợ 400G đến 400G, 400G đến 2X200G, 400G đến 4X100G, 400G đến 8X50G và các chế độ truyền khác, có thể đáp ứng các kiến trúc mạng khác nhau.

Xu hướng của mạng 400G

Xu hướng 1: QSFP-DD. QSFP-DD là sản phẩm đầu tiên thuộc loại này cho phép một yếu tố hình thức chung nhất quán cho tất cả các loại cáp kết nối, cho dù là cáp đồng hay cáp quang đường dài, không có ngoại lệ. Nhóm 65 tổ chức Thỏa thuận đa nguồn QSFP-DD (MSA) cũng đã phát hành phiên bản 4.0 của Đặc tả giao diện quản lý chung (CMIS) cho đặc tả bên ngoài QSFP-DD. Khi việc áp dụng 400G tăng lên, QSFP-DD sẽ cung cấp 400 mô-đun nhỏ nhất trong thị trường trung tâm dữ liệu với mật độ băng thông cổng cao nhất và CMIS sẽ giúp đảm bảo rằng các mô-đun QSFP-DD tương thích ngược với tất cả các bộ thu phát dựa trên QSFP, bao gồm cả 40G/được triển khai rộng rãi Sản phẩm 100G/200G. Được công nhận rộng rãi nhờ hiệu suất mạnh mẽ, QSFP-DD phù hợp nhất để sử dụng làm mô-đun có thể cắm tốc độ cao, mật độ cao trong mạng trung tâm dữ liệu 400G.

Xu hướng 2: Truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa qua Ethernet hội tụ (RoCE). Mạng dữ liệu 400G là chìa khóa để đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ RoCE trong trung tâm dữ liệu. RDMA hỗ trợ các mạng không sao chép, cho phép bộ điều hợp mạng truyền dữ liệu trực tiếp với bộ nhớ ứng dụng, loại bỏ nhu cầu sao chép dữ liệu giữa bộ nhớ ứng dụng và bộ đệm dữ liệu của hệ điều hành. Đặc biệt, giao thức RoCEv2 hỗ trợ RDMA qua ranh giới L3.

Xu hướng 3: thông minh NIC. Sự xuất hiện của SmartNIC đóng một vai trò quan trọng trong 400G để đáp ứng các yêu cầu băng thông lớn mới của các trung tâm dữ liệu. Các phiên bản gần đây của SmartNIC offcó hai cổng 25G/50G/100G/200G hoặc một cổng 400G, cũng như các kết nối Ethernet với khả năng 50G PAM4 SerDes và kết nối máy chủ PCIE 4.0. Chúng tôi coi SmartNIC là một phần không thể thiếu trong việc cải thiện khả năng lập trình của mạng và tăng tốc chuyển hướng tải ứng dụng, điều quan trọng để tăng hiệu quả của trung tâm dữ liệu.

Thiết bị chuyển mạch

Tương ứng với SN4410/SN4700 ở phía công tắc dưới dạng công tắc lá/cột sống và các công tắc sê-ri SN3 dựa trên Spectrum-4000 hỗ trợ tốc độ truyền lên tới 400G cùng với công nghệ ảo hóa mạng tiên tiến, hiệu suất cao, định tuyến VXLAN kênh đơn và IPv6/Đa giao thức Định tuyến phân đoạn chuyển đổi nhãn (MPLS) và đường dẫn dữ liệu băng thông cao mạnh mẽ cho các ứng dụng dựa trên RoCE và dựa trên GPUDirect.

SmartNIC

Hhỗ trợ NVIDIA ConnectX SmartNIC ở phía NIC, có NVIDIA ASAP2 (Công nghệ chuyển mạch và xử lý dữ liệu tăng tốc®), giúp tăng tốc hiệu suất mạng đồng thời giảm tải CPU khi truyền các gói dữ liệu Giao thức Internet (IP), giải phóng nhiều chu kỳ bộ xử lý hơn để thực thi ứng dụng. Với hiệu suất RoCE chưa từng có, thẻ thông minh ConnectX cung cấp các dịch vụ truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa (RDMA) hiệu quả, hiệu suất cao cho các ứng dụng nhạy cảm với băng thông và độ trễ. Cũng có sẵn là NVIDIA Bluefield DPU, kết hợp sức mạnh của ConnectX với lõi ARM có thể lập trình và phần cứng khác offtải để cung cấp năng lượng cho lưu trữ, kết nối mạng, bảo mật và khối lượng công việc được xác định bằng phần mềm.

Module quang

Đối với kết nối mạng, máy chủ có thể sử dụng Cáp đột phá DAC 200G QSFP-DD đến 2x100G QSFP28 NRZ để kết nối các cổng NIC 48*100G với một SN4410; đối với kết nối chuyển đổi, bạn có thể chọn sử dụng mô-đun quang 400G QSFP-DD SR8 để kết nối hai SN4700.

Nhất Tiến Chung có thể cung cấp các giải pháp mạng quang tốc độ cao 400G và cũng là Đối tác ưu tú của các sản phẩm mạng NVIDIA Networking, từ đó có thể triển khai các hạ tầng mạng trung tâm dữ liệu 400G cùng với các giải pháp hiệu năng cao trong các lĩnh vực AI, HPC, BigData Analytics,…

Nhất Tiến Chung (NTC) hiện là nhà cung cấp các giải pháp hạ tầng CNTT, Điện toán Hiệu năng cao (HPC) cho AI với kinh nghiệm kinh doanh phần cứng từ năm 2005. Chúng tôi là đối tác NPN cấp Elite (2022) chính thức của NVIDIA cho các hệ thống DGX (DGX A100, DGX Station A100) và hệ thống cụm siêu máy tính DGX SuperPOD với sức mạnh lưu trữ song song của DDN và kết nối mạng tốc độ cao từ hãng Mellanox (thuộc NVIDIA).

____
Bài viết liên quan