Comparaison des réseaux de supercalcul : InfiniBand vs. Ethernet
September 20, 2025
Résumé : À mesure que les charges de travail de calcul haute performance (HPC) deviennent plus complexes et gourmandes en données, le choix de la technologie d'interconnexion est crucial. Cette analyse technique compare les deux paradigmes dominants dans les réseaux HPC—InfiniBand de Mellanox et Ethernet traditionnel—en évaluant leurs mérites architecturaux pour les supercalculateurs de nouvelle génération et les clusters de recherche en IA.
Les environnements de calcul haute performance actuels s'étendent au-delà de la simulation scientifique traditionnelle pour englober l'entraînement à l'intelligence artificielle, l'analyse de données volumineuses et le traitement en temps réel. Ces charges de travail nécessitent une structure d'interconnexion qui offre non seulement une bande passante brute, mais aussi une latence ultra-faible, un gigue minimal et un déchargement efficace du processeur. Le réseau est passé d'un simple tuyau de données passif à un composant actif et intelligent de l'architecture informatique, faisant du choix entre InfiniBand vs Ethernet une décision architecturale fondamentale qui dicte les performances et l'efficacité globales du cluster.
La différence fondamentale entre InfiniBand et Ethernet réside dans leur philosophie de conception. InfiniBand a été conçu dès le départ pour l'environnement à enjeux élevés des réseaux HPC, tandis qu'Ethernet a évolué à partir d'une norme de réseau à usage général.
Dirigé par Mellanox (maintenant partie de NVIDIA), InfiniBand offre une structure sans perte avec des fonctionnalités de pointe :
- RDMA natif : Fournit un transfert direct de mémoire à mémoire entre les serveurs, contournant le système d'exploitation et le processeur, ce qui réduit la latence à moins de 600 nanosecondes.
- Calcul en réseau : La technologie SHARP de Mellanox permet d'exécuter des opérations d'agrégation (comme le all-reduce) au sein de la structure de commutation, ce qui réduit considérablement le volume de données et accélère les opérations collectives.
- Bande passante élevée : Déploie InfiniBand NDR 400 Gbit/s, offrant un débit constant et sans congestion.
L'Ethernet haute performance moderne (avec RoCE - RDMA over Converged Ethernet) a fait des progrès significatifs :
- Familiarité et coût : Tire parti des connaissances informatiques existantes et peut bénéficier d'économies d'échelle.
- RoCEv2 : Permet les capacités RDMA sur les réseaux Ethernet, bien qu'il nécessite une structure sans perte configurée (DCB) pour fonctionner de manière optimale.
- Vitesse : Offre des débits de bande passante brute comparables, avec Ethernet 400 Gbit/s facilement disponible.
Les avantages théoriques d'InfiniBand se matérialisent par des gains de performance tangibles dans les environnements HPC et IA réels. Le tableau suivant présente les principaux facteurs de différenciation des performances :
| Métrique | InfiniBand (HDR/NDR) | Ethernet haute performance (400G) | Contexte |
|---|---|---|---|
| Latence | < 0,6 µs | > 1,2 µs | Essentiel pour les applications MPI étroitement couplées |
| Utilisation du processeur | ~1 % | ~3-5 % | Avec RDMA activé ; plus faible est le mieux |
| Temps de réduction globale (256 nœuds) | ~220 µs | ~450 µs | Met en évidence l'avantage du calcul en réseau |
| Cohérence de la structure | Sans perte par conception | Nécessite une configuration (DCB/PFC) | Prévisibilité en cas de forte charge |
La décision InfiniBand vs Ethernet n'est pas seulement technique ; elle a un poids stratégique important. InfiniBand, alimenté par la technologie Mellanox, offre systématiquement des performances supérieures et prévisibles pour les simulations étroitement couplées et l'entraînement à l'IA à grande échelle, ce qui se traduit directement par un délai de résolution plus rapide et une utilisation plus élevée des ressources. Ethernet offre des avantages convaincants dans les environnements hétérogènes et les charges de travail mixtes où l'intégration avec des réseaux d'entreprise plus larges est une priorité. Cependant, ses performances dépendent souvent davantage d'une configuration méticuleuse pour se rapprocher de celles d'une structure InfiniBand conçue sur mesure.
Il n'y a pas de réponse unique dans le débat sur les réseaux HPC. Pour les déploiements critiques où les performances maximales des applications, la latence la plus faible et la plus grande efficacité ne sont pas négociables, comme dans les centres de supercalcul de premier plan, InfiniBand reste le leader incontesté. Pour les clusters exécutant diverses charges de travail ou lorsque la familiarité opérationnelle est primordiale, les solutions Ethernet avancées présentent une alternative viable. L'essentiel est d'aligner l'architecture réseau sur les exigences informatiques et économiques spécifiques de la charge de travail.
Pour déterminer la stratégie d'interconnexion optimale pour vos besoins informatiques, faites appel à des partenaires experts pour une analyse détaillée de la charge de travail et des tests de validation de principe. L'évaluation des modèles de communication de votre application est la première étape vers la construction d'une infrastructure de réseaux HPC équilibrée et puissante.