什麼是 AI 網路交換器?
AI 網路交換器是一種高埠基數(high-radix)的資料中心乙太網路交換器,每埠速率通常為 400G 或 800G,用於在 AI 後端 fabric 中連接 GPU 伺服器,並藉助 PFC、ECN 和動態負載平衡保持 RDMA 流量無損,因為最慢的資料流決定了訓練作業的耗時。 IP Infusion 開發執行這類交換器的網路作業系統 OcNOS-DC,並在 51.2 Tbps Broadcom Tomahawk 5 以及 25.6 Tbps 和 12.8 Tbps 平台上以經過驗證的完整系統形式交付。
資料中心交換器成為 AI 交換器的條件
當交換器能夠以訓練叢集所需的速率、規模和丟包率承載 GPU 流量時,才稱得上 AI 交換器。它由五項特性區分開來。這些交換器所構成的網路請參閱 什麼是 AI fabric;本頁介紹的是交換器本身。
- 埠速率與容量。 GPU NIC 以 400G 和 800G 接入,交換器埠必須與之匹配。51.2 Tbps 交換器提供 64 個 800G 埠;25.6 Tbps 交換器提供 64 個 400G 埠。
- 埠基數(Radix)。 每台交換器的埠數決定一個 leaf 能服務多少 GPU、一個 spine 能連接多少 leaf,進而決定 fabric 需要多少層。層級越少,跳數、光模組和功耗就越少。
- 無損傳輸。 GPU 之間透過融合乙太網路上的 RDMA(RoCEv2)交換資料,一旦丟包,效能會急劇下降。交換器需要優先順序流量控制(PFC)在佇列溢出前暫停該佇列,並需要明確壅塞通知(ECN)儘早提醒傳送端,與 NIC 上的 DCQCN 壅塞控制協同工作。
- 負載均勻。 AllReduce 等集合通訊操作會產生少量非常大的資料流。靜態雜湊可能將其中兩條放到同一鏈路上,而另一條鏈路卻處於閒置。 動態負載平衡 將流量轉移到負載較低的路徑。
- 可見度。 流式遙測 即時報告佇列深度、PFC 暫停和 ECN 標記,使維運人員能夠找到拖慢作業的那條鏈路。
AI 交換器在 AI 網路 fabric 中的位置
AI 資料中心同時執行四張網路,每張網路對交換器的要求各不相同。大多數人所說的 AI 交換器,指的是 GPU 後端 fabric 中的交換器。
GPU 後端 fabric
連接各伺服器上的 GPU NIC,用於訓練和推論。採用 rail 最佳化的 leaf 與 Clos spine ,速率為 400G 或 800G,端對端無損執行。埠速率和埠基數在這裡最為關鍵。
在後端 fabric 內部,同一型號的交換器可以用作 rail leaf、spine 或 super-spine。rail 最佳化設計將伺服器中的每塊 GPU NIC 連接到不同的 leaf,使同序號 GPU 之間的流量只相隔一跳。拓撲決定角色; AI fabric 拓撲 與 rail 最佳化網路 介紹了這些設計。
AI 交換器的採購方包括 neocloud 和 GPU 雲端端服務供應商、大型企業資料中心和 MSP,以及在自有資料中心中增加 GPU 容量的服務供應商。
800G 還是 400G:按埠基數規劃 AI 交換器
交換器的埠數決定 fabric 在需要增加一層之前能擴展到多大。在無阻塞的兩層 leaf-spine 中,每個 leaf 將埠平均分配給 GPU 和 spine,每個 spine 埠連接一個 leaf。因此,一台擁有 k 個埠的交換器在兩層中可支援 k 的平方除以二個端點,在三層中可支援 k 的立方除以四個端點。
| 交換器容量 | 全速率埠數 | 兩層,無阻塞 | 三層,無阻塞 |
|---|---|---|---|
| 51.2 Tbps | 64 個 800G | 2,048 個 800G 端點 | 65,536 個 800G 端點 |
| 25.6 Tbps | 64 個 400G | 2,048 個 400G 端點 | 65,536 個 400G 端點 |
| 12.8 Tbps | 32 個 400G | 512 個 400G 端點 | 8,192 個 400G 端點 |
- 這些是算術上限, 而非產品規模資料。實際設計會受到超額訂閱、每台伺服器的 rail 數、光模組傳輸距離和機架功率的影響。
- 在相同埠基數下,800G 可在不增加層級的情況下使每個 GPU 的頻寬翻倍。這就是圍繞 800G NIC 建構的後端 fabric 採用 51.2 Tbps 交換器的原因。
- IP Infusion 參考設計 適用於 rail 最佳化雙層和三層 fabric,按實際埠數量規劃,詳見 AI fabric 拓撲。設計之間如何取捨,請參閱 如何選擇 AI 網路 fabric.
經 OcNOS-DC 認證的 AI 資料中心交換器
OcNOS-DC 是 IP Infusion 適用於資料中心和 AI fabric 的網路作業系統。它執行於基於 Broadcom 晶片的開放交換器,下列每個平台均列於 OcNOS 硬體相容性清單,該清單共涵蓋 40+ 個經過認證的平台。
| 容量 | Broadcom ASIC | 經過認證的平台 | 在 AI 資料中心中的典型位置 |
|---|---|---|---|
| 51.2 Tbps | Tomahawk 5 (BCM78900) | Edgecore AIS800-64D、UfiSpace S9321-64E、UfiSpace S9321-64EO | 800G 後端 leaf 和 spine;S9321-64EO 還可承載 相干 DCI ,用於站點之間互連 |
| 25.6 Tbps | Tomahawk 4 (BCM56990) | Edgecore AS9736-64D(DCS520) | 400G 後端 fabric、儲存網路或前端網路 |
| 12.8 Tbps | Trident 4 (BCM56880) | Edgecore AS9726-32DB(DCS240),UfiSpace S9300-32D | 適用於前端和儲存網路的 400G leaf;支援 IPoDWDM |
OcNOS-DC 為交換器帶來的能力
- 無損 RoCEv2: PFC(包括基於三層路由 underlay 的 PFC)、 PFC 死鎖偵測與恢復、用於 DCQCN 的 ECN,以及用於依類別分配頻寬的 DCBX 與 ETS。
- 負載平衡: 用於壅塞感知路徑選擇的動態負載平衡(DLB),以及 全域負載平衡 (GLB) ,用於 OcNOS 7.1 中的全 fabric 路徑最佳化。
- 多租戶 GPU 雲端: EVPN-VXLAN 在共享 fabric 上隔離租戶。在 Trident 3 X4、X5、X7 和 Trident 4 平台上,基於 VXLAN 的 ECN 和 PFC 還可在 overlay 中傳遞壅塞訊號。
- 維運: 基於 gNMI 和 OpenConfig 的流式遙測,以及 NETCONF、YANG 和零接觸部署.
- 授權與平台支援: DLB、PFC 死鎖偵測與恢復以及基於 VXLAN 的 ECN 屬於 OcNOS-DC PLUS 層級功能,支援情況因平台而異。 OcNOS 功能矩陣 依平台和層級列出每一項功能。
- 管理網路: 1G Trident 3 X2 平台(Edgecore AS4625-54T、Celestica DS1000 和 UfiSpace S6301-56ST,每款 120 Gbps)以同一 NOS 執行頻外網路。
開放 AI 交換器帶來什麼,又要求什麼
採用獨立網路作業系統的開放交換器,改變了選擇權和工作量各自所在的位置。
您將獲得
- 硬體選擇。 OcNOS-DC 執行於多家硬體製造商的交換器,因此每個平面都可以按容量、光模組和交付週期進行選擇。
- 跨平面統一 NOS。 後端、儲存、前端和管理網路執行同一個作業系統、同一套 CLI 和同一種自動化模型。
- 標準乙太網路。 RoCEv2 fabric 使用與資料中心其餘部分相同的光模組、佈線和工具,GPU NIC 可以獨立於交換器進行選擇。
- 通往新晶片的路徑。 從 25.6 Tbps 升級到 51.2 Tbps 更換的是交換器,而不是維運模式。
提出的要求
- 整合。 只有當交換器緩衝區、PFC、ECN 和 NIC 的壅塞控制協同調校時,無損乙太網路才能正常工作。必須有人完成這項調校並對其負責。
- 支援模式。 當硬體和軟體來自不同公司時,一旦故障跨越兩者邊界,營運方需要一個明確的負責方。
- 驗證負擔。 光模組、纜線、NIC 韌體和 NOS 版本都會隨時間變化,每種組合都需要在投入生產前進行測試。
OcNOS Systems 將交換器與 OcNOS-DC 作為一套經過驗證、可直接部署的完整系統交付,以此解決這三點,所支援的平台與功能組合均公佈在硬體兼容性列表和功能矩陣中。
採購 AI 資料中心交換器的三種方式
各方案中的交換晶片往往相同。區別在於由誰選擇軟體、由誰整合各部分,以及由誰承擔測試。
| 問題 | 同一製造商提供的整合式交換器與 NOS | 自行整合的開放交換器 | 經過驗證的開放系統 |
|---|---|---|---|
| 硬體選擇 | 製造商自有型號 | 買方選擇的任意開放交換器 | OcNOS HCL 中的開放交換器 |
| 網路作業系統 | 與硬體綁定 | 由買方選擇並安裝 | OcNOS-DC,在該平台上經過認證 |
| 由誰整合和測試 | 製造商 | 買方 | IP Infusion 認證平台與 NOS 的組合 |
| GPU NIC 選擇 | 因製造商而異 | 任何支援 RoCEv2 的 NIC | 任何支援 RoCEv2 的 NIC |
| 工作量所在 | 整合工作量低,選擇範圍較窄 | 整合工作量最高,選擇範圍最廣 | 整合工作預先完成,在 HCL 範圍內選擇 |
| 遷移到新晶片 | 製造商發布之時 | 買方完成驗證之時 | 平台加入 HCL 之時 |
AI 網路交換器常見問題
什麼是 AI 交換器?
什麼是最適合 AI 的交換器?
AI 需要 800G 交換器,還是 400G 就夠了?
什麼是 GPU fabric 交換器?
AI 交換器需要深緩衝嗎?
AI 網路 fabric 能否使用乙太網路替代 InfiniBand?
OcNOS 支援哪些用於 AI fabric 的交換器?
延伸閱讀:AI fabric 與開放網路
深入了解,隨身帶走。
兩份簡短的技術下載,比本頁更深入:完整的 OcNOS-DC 資料表,以及無損 800G AI fabric 架構。
OcNOS-DC 規格書
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OcNOS 800G 無損 AI Fabric
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