Solutions de réseau hautes performances pour les institutions de recherche : scénarios d'application ConnectX-7

La quête incessante de la découverte et de l’innovation scientifiques exige une infrastructure informatique capable de suivre le rythme des charges de travail de recherche de plus en plus complexes. Ce document de synthèse explore comment l’adaptateur Mellanox ConnectX-7 sert de technologie fondamentale pour les environnements de recherche universitaire modernes, permettant des performances révolutionnaires dans diverses applications de calcul haute performance (HPC), de la biologie computationnelle à l’astrophysique. En mettant en œuvre la technologie ConnectX-7, les établissements de recherche peuvent accélérer le délai de découverte et maximiser le retour sur leurs investissements informatiques.

La recherche universitaire moderne est entrée dans une ère de découverte axée sur les données, où les percées scientifiques dépendent de plus en plus de la capacité à traiter et à analyser des ensembles de données massifs. L’ampleur des défis informatiques a augmenté de façon exponentielle, les projets de recherche dans des domaines tels que la génomique, la physique des particules et la modélisation climatique générant des pétaoctets de données nécessitant une analyse sophistiquée. Ce déluge de données a fait du réseau haute performance non seulement une amélioration, mais une nécessité pour les environnements de calcul haute performance (HPC) de pointe. Les établissements de recherche du monde entier mettent à niveau leur infrastructure pour soutenir la science collaborative, les partenariats multi-institutionnels et les méthodologies axées sur les données qui définissent la recherche du XXIe siècle.

Les établissements de recherche sont confrontés à d’importants défis d’infrastructure qui entravent les progrès scientifiques et limitent l’efficacité de leurs ressources informatiques.

• Limitations du mouvement des données : Les infrastructures réseau traditionnelles ne peuvent pas suivre les taux de génération de données des instruments scientifiques modernes, créant des goulots d’étranglement qui retardent les résultats de la recherche et réduisent l’utilisation des instruments.
• Diversité des charges de travail multidisciplinaires : Les centres de calcul de recherche doivent prendre en charge diverses charges de travail avec des exigences réseau variables, des transferts de fichiers volumineux en génomique au trafic de petits messages dans les simulations de dynamique moléculaire.
• Exigences de la recherche collaborative : Les projets de recherche multi-institutionnels nécessitent un partage transparent des données au-delà des frontières géographiques, ce qui exige des capacités de réseau étendu haute performance.
• Inefficacité de l’utilisation des ressources : Les ressources informatiques coûteuses, en particulier les GPU et les accélérateurs spécialisés, restent souvent inactives en attendant la fin des transferts de données, ce qui réduit le retour sur investissement global.
• Contraintes budgétaires : Les établissements de recherche doivent obtenir des performances maximales avec des budgets limités, ce qui nécessite des solutions offrant des rapports prix/performances exceptionnels.

Ces défis entraînent fréquemment des résultats de recherche retardés, une utilisation inefficace des ressources et une capacité limitée à poursuivre des possibilités de recherche axées sur les données.

Le Mellanox ConnectX-7 fournit une solution complète aux défis de réseau auxquels sont confrontés les établissements de recherche, offrant des performances et une flexibilité sans précédent pour les environnements de calcul haute performance (HPC).

• Performances de 400 Gbit/s : Fournit une connectivité InfiniBand et Ethernet de 400 Gbit/s, offrant la bande passante nécessaire aux applications de recherche gourmandes en données et aux simulations à grande échelle.
• Déchargement matériel : Décharge le traitement réseau des processeurs hôtes, libérant de précieuses ressources informatiques pour les applications de recherche plutôt que pour la surcharge d’infrastructure.
• Prise en charge avancée de RoCE : Met en œuvre RDMA sur Ethernet convergé avec un contrôle de congestion amélioré, permettant un réseau haute performance sur une infrastructure Ethernet standard.
• Technologie multi-hôtes : Permet à plusieurs serveurs de partager un seul adaptateur ConnectX-7, réduisant les coûts et la complexité de l’infrastructure dans les environnements informatiques denses.
• Synchronisation de précision : Fournit une horodatage précis à la nanoseconde, essentiel pour l’acquisition de données synchronisées et les mesures expérimentales.

Le Mellanox ConnectX-7 permet des performances transformationnelles dans plusieurs domaines de recherche, chacun ayant des exigences de réseau uniques.

Dans les projets de séquençage génomique à grande échelle, le ConnectX-7 accélère le transfert de données des instruments de séquençage vers les systèmes de stockage et les ressources informatiques. Les chercheurs peuvent traiter des génomes humains entiers en quelques heures plutôt qu’en quelques jours, ce qui permet une analyse rapide pour la recherche clinique et les études de population.

Pour les simulations climatiques mondiales nécessitant une communication entre des milliers de nœuds de calcul, la faible latence et la bande passante élevée de l’adaptateur garantissent une exécution efficace du modèle. Les chercheurs peuvent exécuter des modèles à plus haute résolution avec des échanges de données plus fréquents, améliorant ainsi la précision de la simulation.

Dans les expériences de physique des particules générant des pétaoctets de données, le ConnectX-7 permet une distribution efficace des données aux ressources de traitement du monde entier. La technologie prend en charge le filtrage et l’analyse des données en temps réel nécessaires à la détection d’événements physiques rares.

La mise en œuvre de la technologie Mellanox ConnectX-7 offre des avantages mesurables dans les principales mesures de l’informatique de recherche.

Ces améliorations se traduisent par des résultats de recherche plus rapides, une productivité plus élevée et des coûts informatiques réduits pour les établissements de recherche universitaire.

Un important laboratoire national a déployé des adaptateurs Mellanox ConnectX-7 dans l’ensemble de son système de calcul haute performance (HPC) phare, prenant en charge divers programmes de recherche. La mise en œuvre a permis d’obtenir une efficacité d’échelle de 95 % sur des simulations de dynamique moléculaire à 1 024 nœuds et a réduit de 60 % le temps d’analyse des données pour la recherche climatique. Le laboratoire a signalé une amélioration de 40 % de l’utilisation globale du système et une réduction significative du délai de résolution dans plusieurs domaines de recherche.

Le Mellanox ConnectX-7 représente plus qu’une mise à niveau du réseau, c’est une technologie de facilitation pour la recherche scientifique du XXIe siècle. En éliminant les goulots d’étranglement du réseau et en offrant des performances sans précédent, le ConnectX-7 permet aux chercheurs de se concentrer sur la science plutôt que sur les limites informatiques. Pour les établissements de recherche universitaire qui s’engagent à faire progresser les connaissances humaines, investir dans la technologie ConnectX-7 est un investissement dans la découverte et l’innovation futures.