Solution réseau de calcul haute performance : InfiniBand stimule les percées en matière de performances de supercalcul

Introduction : La demande insatiable de puissance de calcul dans la recherche scientifique, l'intelligence artificielle et les simulations complexes repousse les limites du calcul haute performance (HPC). Alors que les superordinateurs évoluent de l'échelle du pétaflop à celle de l'exaflop, un goulot d'étranglement critique est apparu : l'interconnexion. Les structures de réseau traditionnelles ont du mal à suivre le rythme du débit de données massif et des exigences de latence ultra-faible du calcul parallèle moderne. C'est là que la technologie Mellanox InfiniBand relève le défi, en fournissant la structure de mise en réseau de superordinateurs fondamentale qui permet de véritables percées en matière de performances, garantissant que des milliers de nœuds de calcul peuvent fonctionner de concert comme un seul système puissant.

Le paysage du HPC est en mutation. Les charges de travail ne se limitent plus aux simples calculs en virgule flottante ; elles sont de plus en plus axées sur les données, impliquant des ensembles de données massifs et nécessitant une communication rapide entre les nœuds d'un cluster. Qu'il s'agisse de simuler des modèles climatiques, de décoder des séquences génomiques ou d'entraîner des modèles d'IA à grande échelle, ces applications sont sévèrement limitées par les performances du réseau. Les principaux défis sont les suivants :

• Goulots d'étranglement d'E/S : Les mouvements de données inefficaces entre le stockage, les nœuds de calcul et les GPU peuvent immobiliser des processeurs coûteux, gaspillant des cycles de calcul et augmentant le délai de résolution.
• Latence de communication : Lorsque les applications s'étendent à des centaines de milliers de cœurs, même des retards de microsecondes dans les communications de l'interface de passage de messages (MPI) peuvent dégrader de manière exponentielle les performances globales de l'application.
• Limitations d'évolutivité : Les réseaux Ethernet traditionnels sont confrontés à des problèmes de congestion et de complexité à grande échelle, ce qui rend difficile le maintien de performances prévisibles dans les déploiements à grande échelle.
• Efficacité énergétique et coût : Construire un système exascale avec un réseau inefficace est économiquement et écologiquement insoutenable, nécessitant une puissance immense pour le seul mouvement des données.

Ces défis nécessitent un nouveau paradigme en matière de mise en réseau de superordinateurs, un paradigme conçu dès le départ pour les exigences du calcul exascale.

Mellanox InfiniBand fournit une solution complète de bout en bout spécialement conçue pour surmonter les limites des réseaux traditionnels. Il ne s'agit pas simplement d'une interconnexion plus rapide ; c'est une structure plus intelligente qui s'intègre de manière transparente aux architectures HPC modernes. La solution englobe plusieurs innovations technologiques clés :

Il s'agit d'une approche révolutionnaire qui décharge les opérations collectives (par exemple, les réductions, les diffusions) du processeur vers le réseau de commutation. En effectuant l'agrégation de données à l'intérieur de la structure du réseau, SHARP réduit considérablement le volume de données traversant le réseau et le nombre d'opérations requises par les nœuds de calcul, accélérant les opérations MPI et libérant des ressources CPU pour le calcul.

Mellanox InfiniBand offre une latence de bout en bout inférieure à 500 nanosecondes et fournit des vitesses de bande passante de 200 Gbit/s, 400 Gbit/s et au-delà. Cela garantit que le mouvement des données n'est jamais le goulot d'étranglement, permettant aux processeurs et aux GPU de fonctionner à une utilisation maximale.

La structure InfiniBand est conçue avec une topologie en arbre gras non bloquante qui permet une mise à l'échelle transparente à des dizaines de milliers de nœuds sans dégradation des performances. Le routage adaptatif et les mécanismes de contrôle de la congestion garantissent un flux de données efficace, même en cas de forte charge, en maintenant des performances prévisibles.

InfiniBand prend en charge la technologie GPUDirect®, qui permet aux GPU de transférer des données directement sur le réseau, en contournant le processeur et la mémoire hôte. Ceci est essentiel pour les charges de travail d'IA et de ML. De même, la prise en charge de NVMe over Fabrics (NVMe-oF) permet un accès au stockage à distance à des vitesses locales, résolvant les goulots d'étranglement d'E/S.

La mise en œuvre de Mellanox InfiniBand apporte des améliorations spectaculaires et mesurables sur les principaux indicateurs de performance dans les environnements HPC. Ces résultats sont constamment démontrés dans les principaux centres de supercalcul du monde.

Le chemin vers le calcul exascale et au-delà est fondamentalement un défi de mise en réseau. Mellanox InfiniBand s'est avéré être la structure indispensable qui rend ce voyage possible. En résolvant les problèmes critiques de latence, de bande passante, d'évolutivité et d'efficacité, il permet aux chercheurs et aux ingénieurs de se concentrer sur leur mission principale—l'innovation—plutôt que d'être entravés par les limitations de l'infrastructure. Alors que l'IA, la simulation et l'analyse de données continuent de converger, le rôle de la mise en réseau de superordinateurs avancée ne fera que devenir plus central au progrès technologique.

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