Новая технология Broadcom позволяет достичь быстродействия в 25,6 Тбит/с на 7-нм монолитной информационной системе

Новая технология Broadcom позволяет достичь быстродействия в 25,6 Тбит/с на 7-нм монолитной информационной системе

Выпуск 2 (6701) от 30 января 2020 г.
РУБРИКА: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

По мере роста требований к машинному обучению возрастает и потребность в быстродействии, особенно для крупных компаний, специализирующихся на устройствах для гиперразмерных вычислений в центрах обработки данных (ЦОД). Чтобы удовлетворить это требование, Broadcom выпустила ИС-коммутатор Ethernet с самой высокой, как утверждается, пропускной способностью, демонстрирующий скорость переключения 25,6 Тбит/с в одном монолитном устройстве. Интерес вызывает и разработанный CEA-Leti первый в мире интеллектуальный сетевой оркестратор.


Новая разработка корпорации Broadcom

Созданная корпорацией Broadcom по 7-нм техпроцессу кремниевого завода TSMC новая ИС Tomahawk 4, состоящая из 31 млрд транзисторов, обеспечивает до 64 портов коммутации и маршрутизации 400GbE для высокопроизводительных сетей с низкими задержками и гипермасштабных сетей. Новая ИС на 75% дешевле и экономичнее по сравнению с альтернативными решениями (по данным специалистов), она также предлагает самый высокий радиус действия портов 100GbE: 256 портов, поддерживаемых на одном кристалле, позволяют создавать сети с минимальной задержкой и одним переходом для массивных альтернативных вычислительных кластеров.

Плотность подключения обеспечивается с помощью 512 высокопроизводительных ядер  50G SERDES 50G (реализованных по варианту импульсно-амплитудной модуляции PAM4), обеспечивающих оптическую связь большого радиуса действия внутри ЦОД (long-reach East–West optical links) и связь посредством медных кабелей с прямым подключением в стойках в ЦОД (cм. рисунок).



Источник: Broadcom

Монолитная ИС Tomahawk 4 (справа) позволяет значительно снизить время ожидания по сравнению с традиционными подходами


ИС Tomahawk 4 также обладает, по словам разработчиков, самой передовой в отрасли архитектурой разделяемого буфера со скоростью 25,6 Тбит/с: в пять раз повышено поглощение вставок, обеспечены высочайшая производительность и минимальная сквозная задержка для рабочих нагрузок RoCE версии 2. Кроме того, добавлены новые усовершенствованные механизмы балансировки нагрузки, что практически исключает помехи и обеспечивает чрезвычайно эффективное, управляемое использование канала и расширенное управление перегрузкой, позволяющее создавать новые модели управления трафиком.

Производительность ИС Tomahawk 4 (25,6 Тбит/с) вдвое превышает пропускную способность любого другого кремниевого устройства, доступного сегодня, что подразу-мевает огромную плотность ввода–вывода – ​плюс передовые внутриполосные или потоковые инструменты с использованием четырех 1-ГГц процессоров фирмы ARM. Представители Broadcom сообщили, что требования «маршрутной карты» компании предполагают удвоение быстродействия коммутационных ИС каждые два года – ​Tomahawk 4 была выпущена менее чем через два года после предыдущего поколения с быстродействием 12,8 Тбит/с, – ​и добавили, что не видят признаков замедления этой тенденции для будущих поколений приборов.


Проблема пропускной способности гиперразмерной облачной сети

Такие приборы, как Tomahawk 4, призваны поддерживать быстрое развитие сетей гиперразмерных облачных вычислений, пропускная способность которых ежегодно увеличивается на 25%, а объем хранения – ​на 36%. Рабочие нагрузки для глубокого обучения с использованием массивно распределенных нейронных сетей и альтернативных вычислительных узлов подразумевают значительное увеличение пропускной способности и плотные линии связи 100/200/400GbE, охватывающие сетевые топологии с высокой скоростью передачи данных и ультрамалым временем ожидания.

Сохраняющаяся тенденция использования дезагрегированной флэш-памяти высокой емкости одновременно требует пошагового наращивания пропускной способности сетей и сокращения времени сквозного доступа. Специалисты корпорации Broadcom заявляют, что коммутационная производительность их разработки, высокая плотность портов 100/200/400GbE и набор функций оптимизированы для использования в облачных средах. ИС Tomahawk 4 идеально подходит для магистральных приложений в сетях гиперразмерных ЦОД следующего поколения, что позволяет использовать 100/200/400GbE-решения Ethernet там, где в больших объемах задействуется оптика, использующая соединение 50G PAM4.

По словам представителей Linley Group, Tomahawk 4 – ​мощное инженерное решение, при котором в одном монолитном 7-нм модуле ИС объединено рекордное количество параллельно-последовательных и последовательно-параллельных преобразователей SERDES. В результате Broadcom снова стала первой в мире компанией, достигшей прорывных результатов по плотности коммутаторов, в которой компании, специализирующиеся на гиперразмерных вычислениях, нуждаются при развертывании 400G-Ethernet. Также важную особенность представляют собой передовые инструменты, встроенные в микросхему в конвейере обработки модулей. Используются четыре 1-ГГц процессора ARM для высокополосной, полностью программируемой потоковой телеметрии и сложные встроенные приложения, такие как суммирование статистики на кристалле. Сюда же относятся IFA 2.0 для внутриполосной телеметрии, средства для внеполосной телеметрии, измерители качества связи SERDES и средства фиксации всех случаев отбрасывания пакетов и перегрузки.

В дополнение к представленной ИС корпорация Broadcom заявила об открытии для потребителей своих интерфейсов прикладного программирования коммутатора в качестве программного обеспечения с открытым исходным кодом – ​за счет введения интерфейсов Broadcom Open Network Switch (OpenNSA), открытия свои комплектов разработки ПО (SDK) интерфейсов для продуктов StrataXGS и StrataDNX. В экосистеме дезагрегации реализуются многочисленные инициативы по созданию сетевых операционных систем с открытым исходным кодом, ориентированные на рынок гиперразмерных вычислений и поставщиков соответствующих услуг. OpenNSA реализует эти инициативы в области коммерческих кремниевых приборов, позволяя все более широкому кругу компаний пользоваться достигнутыми результатами. OpenNSA также позволяет расширить возможности проектов открытых вычислений, таких как абстракция интерфейсов управления коммутатором (Switch Abstraction Interface, SAI), упрощая процесс преобразования интерфейсов прикладного программирования SAI в интерфейсы прикладного программирования (API) комплектов разработки ПО Broadcom.

Ряд ключевых клиентов корпорации Broadcom, в том числе Alibaba Cloud, Google Cloud, Microsoft, Tencent и Uber, уже опробовали Tomahawk 4. Специалисты Alibaba Cloud Intelligence заявили, что они тесно сотрудничают с Broadcom по продуктам Tomahawk 4, что ускоряет его адаптацию к решениям Ethernet 100/200/400GbE. Разработчики аппаратного обеспечения для платформ Azure корпорации Microsoft сообщили, что с экспоненциальным ростом сетевых мощностей и развертыванием больших объемов 100G и 400G прибор Tomahawk 4 с его 25,6-Tбит/с быстродействием станет одним из основных строительных блоков этого эволюционного процесса. Расширенные возможности пересылки, балансировки нагрузки, буферизации и управления перегрузкой позволят удовлетворить основные потребности в гиперразмерных рабочих нагрузках и позволят создавать платформы и сети следующего поколения. По словам экспертов из компании Uber, линия продуктов Broadcom StrataXGS Tomahawk стала одним из ключевых технологических компонентов при проектировании их международного ЦОД. С появлением 25,6-Тбит/с Tomahawk 4 ЦОД Uber вступает в эру развертывания конечного CLOS 400GbE, что позволит компании поддерживать постоянно растущие рабочие нагрузки автономных транспортных средств, SaaS и приложений для работы с большими данными [1].


LiFi система CEA-Leti

На Международной выставке потребительской электроники (Consumer Electronics Show, CES2020) центр исследований в области микроэлектроники CEA-Leti (Лаборатория электроники и информационных технологий при Французском Комиссариате по атомной и альтернативным видам энергии (Electronics and Information Technology Laboratory of the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission)) продемонстрировал Li-Fi-многоячеистую систему, обладающую рядом преимуществ помимо устранения помех и поддержки покрытия большой площади. К ним относятся бесперебойное подключение для пользователей, перемещающихся в сети, и справедливое распределение ресурсов между пользователями, испытывающими или не испытывающими помехи. Технология CEA-Leti способна обеспечить скорость передачи данных до 150 Мбит/с на расстоянии до трех метров с помощью светодиодов.

Li-Fi (Light Fidelity – ​двунаправленная высокоскоростная беспроводная коммуникационная технология на основе светового излучения видимого диапазона) имеет значительные преимущества перед Wi-Fi – ​например, такие, как скорость и безопасность передачи данных. Последнее объясняется особенностью технологии – ​препятствием для передачи данных становятся даже стены помещений, т. е. вне помещения, где эта технология используется, перехватить передаваемую с ее помощью информацию невозможно. В то же время широкое распространение Li-Fi ограничено – ​прежде всего из-за помех между приборами, использующими сети Li-Fi, и из-за плохой работы Li-Fi на больших площадях.

На сегодняшний момент многоячеистая Li-Fi-система CEA-Leti – ​это первый в мире интеллектуальный оркестратор (решение по управлению рабочими процессами в ЦОД) помех, который автоматически обнаруживает помехи между зонами светового излучения в сетях и оптимизирует скорости передачи данных для каждого соседнего устройства. Система также управляет – ​асимметрично и независимо – ​помехами восходящих и нисходящих линий связи [2].


1. Dahad Nitin. Broadcom Ships 25.6Tbps Switch on Single 7nm Chip. EETimes magazine, December 16, 2019: https://www.eetimes.com/broadcom-ships‑25-6tbps-switch-on-single‑7nm-chip/

2. Shannon Davis. LiFi-Multicell at CES2020: The World’s First Smart Orchestrator for Interference-Free LiFi Networks. Semiconductor Daily Digest, December 19, 2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/12/19/lifi-multicell-at-ces‑2020-the-worlds-first-smart-orchestrator-for-interference-free-lifi-networks/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г. г.
Выпуск 21(6745) от 28 октября 2021 г. г.