RoCEv2 · PFC / ECN · DCQCN

面向 AI 集群的 RoCE 与 InfiniBand

RoCEv2 在开放的多厂商以太网上运行 RDMA;InfiniBand 则是单一厂商的无损 fabric。 RoCEv2 借助 PFC 和 ECN 保持无损,并通过 DCQCN 控制拥塞,而 InfiniBand 则通过基于信用的流控在设计上即无损。对多数 AI 工作负载而言,采用 RoCEv2 的以太网如今已能与 InfiniBand 比肩,同时保留硬件选择自由。本页将逐项对比两者。

UDP 4791RDMA 在三层可路由
最高 800G开放 RoCEv2 fabric
900+基于 OcNOS 的运营商网络

同样的 GPU,两种保持无损的方式

左:基于以太网的 RoCEv2 通过逐跳 PFC 暂停、交换机上的 ECN 标记,以及回到发送端 NIC 的 DCQCN 速率控制,让队列保持浅层。右:InfiniBand 采用基于信用的流控,仅在接收端已通告缓冲信用时才发送。两者都能避免丢包;一者运行在开放的多厂商以太网上,另一者运行在单一厂商 fabric 上。

RoCEv2 PFC/ECN/DCQCN 闭环与 InfiniBand 基于信用的流量控制对比 并排的两张图。左侧:发送端 GPU NIC 和接收端 GPU NIC 通过运行 OcNOS-DC 的 Ethernet 交换机连接。PFC 暂停逐跳生效,交换机在拥塞时标记 ECN,DCQCN 信号返回发送端 NIC 以降低其速率。右侧:InfiniBand 交换机和适配器交换缓存信用,发送端只有在接收端通告信用时才发送。底部标注对比开放的多厂商 Ethernet 与单一厂商的 InfiniBand 网络。 RoCEv2 · OPEN ETHERNET INFINIBAND · 单一厂商 GPU NIC发送端 交换机OcNOS-DC · TH5 GPU NIC接收端 ECN 标记 PFC 暂停(逐跳) 对发送端的 DCQCN 速率控制 PFC + ECN 保持网络无损 · DCQCN 控制拥塞 IB 交换机子网管理器 GPU HCAIB 适配器 数据(仅当信用 > 0 时) 缓存信用 基于信用的流量控制 · 设计上无损 · 单一生态 开放多厂商 ETHERNET 与单一厂商 INFINIBAND 网络

RoCE 与 InfiniBand,逐项对比

RoCE 即 RDMA over Converged Ethernet;对 AI 而言重要的版本是 RoCEv2,它把 RDMA 封装进 UDP/IP(目的端口 4791),使流量可在三层以太网 fabric 上路由。InfiniBand 则是 InfiniBand Trade Association 专门构建的互连,通过基于信用的流控在架构上即无损。对 AI 集群而言,务实的问题是:哪种传输既能满足工作负载,又能让成本、供应链和运维保持在合理范围。

维度 RoCE基于以太网的 RoCEv2,开放 InfiniBand单一厂商 fabric
传输与标准基于 UDP/IP 的 RDMA(RoCEv2,IBTA),在三层通过 UDP 目的端口 4791 可路由。承载于标准 IEEE 以太网之上。专门构建的 InfiniBand 链路层与传输层(IBTA),配以专用交换机和主机通道适配器。
如何保持无损以 PFC 进行逐跳流控,再以 ECN 配合 DCQCN 进行端到端拥塞控制,让交换机队列保持浅层,从而使 RDMA 避免丢包。基于信用的流控:发送端仅凭接收端已通告的缓冲信用发送,因此 fabric 在设计上即无损。
生态系统每一层都是开放、多厂商的:交换 ASIC、交换机、NIC、NOS 和光模块均来自独立供应商。在 NIC 和交换芯片上实际是单一厂商;fabric、适配器和管理作为一套整体栈提供。
交换芯片选择Broadcom Tomahawk 5(51.2 Tbps,64x800G)和 Tomahawk 4(25.6 Tbps,64x400G),涵盖 Edgecore、UfiSpace 等多个平台。仅有来自 InfiniBand 厂商的芯片;没有独立的 ASIC 或交换机供应。
拥塞控制端到端 DCQCN:交换机标记 ECN,发送端 NIC 降低速率。动态负载均衡(DLB)分散流量,并在本地拥塞时重新均衡。基于信用的流控,自适应路由已内置于规范之中。
规模在 Tomahawk 5 上,两层 fabric 可在每个 GPU 800G、1:1 无阻塞的条件下支持 4,096 个 GPU;增加一层 super-spine 后,设计最多可扩展至 16,384 个 GPU。在单一厂商的 fabric 内,通过由集中式子网管理器管理的 fat-tree 拓扑进行扩展。
运维与工具标准以太网运维:BGP、EVPN、gNMI/OpenConfig 遥测,以及数据中心通用的同一套自动化(Ansible、NETCONF)。专门的 InfiniBand 工具和子网管理器,独立于数据中心其余部分的运营模式。
厂商锁定本质上没有:可自由搭配硬件与软件,并为供应链引入第二供货源。高:NIC、交换机、布线和管理通常来自单一厂商。

InfiniBand 是 InfiniBand Trade Association 的商标。NVIDIA 和 Mellanox 是其各自所有者的商标。本对比仅供参考,不暗示任何隶属关系或背书。

各自的制胜场景

正确答案因工作负载而异。当绝对延迟下限是硬性要求时,选 InfiniBand;当运营模式、成本或跨站点覆盖决定成败时,选 RoCE。

InfiniBand 适用于

延迟下限即是硬指标

在绝对 NIC 到 NIC 延迟下限比总拥有成本更重要的紧耦合 HPC 仿真场景,以及可接受单一厂商栈的封闭式单租户集群中。

RoCE 适用于

运维与供应链才是关键

多租户 GPU 即服务,以及与数据中心其余部分共享同一运营模式、同一工具栈和多厂商供应链的 AI 后端。

RoCE 适用于

每 GPU 成本是决定门槛

OcNOS-DC 运行在多家厂商的开放硬件上,因此交换硬件可以通过竞争方式采购。

RoCE 适用于

fabric 需要跨越多个数据中心

借助 400G ZR/ZR+ 相干光模块,以太网可自然地跨机房和跨区域延伸,无需单独的长距网关层。

OcNOS-DC 如何交付 RoCEv2 路径

OcNOS-DC 提供 RoCEv2 所需的无损以太网基础。交换机提供避免丢包与拥塞控制的基础机制;RoCEv2 则是运行在 NIC 上的传输协议。

无损能力

PFC 与 ECN

优先级流控(PFC),包括在三层通过 DCBX/LLDP 实现的带 QoS 的 PFC,以及 ECN 和 Tomahawk 5 上的 Dynamic ECN,让 RDMA 流保持浅队列且不丢包。

拥塞

DCQCN 标记

交换机标记 ECN,使端到端的 NIC 加交换机的 DCQCN 环 得以对发送端限速。ETS 和 WRED 对承载 RDMA 的队列进行整形与管理。

负载均衡

DLB 与 RTAG7

动态负载均衡 (包括 Tomahawk 5 上的 Reactive Path Rebalance 与 Random Flow)配合 RTAG7 哈希,分散集合通信流量,并在本地拥塞时重新均衡。

韧性

PFC 死锁保护

PFC 死锁检测与恢复 ,加上缓冲调优,让无损 fabric 在 PFC 可能引发的暂停传播下保持稳定。

遥测

gNMI / OpenConfig

流式传输 gNMI 和 OpenConfig 遥测 为集群上线阶段和稳定运行阶段的闭环调优提供可见性。

标准

Ultra Ethernet Consortium 成员

IP Infusion 是 Ultra Ethernet Consortium(UEC)的成员。UEC 1.0 定义了一种 多路径以太网传输 ,将一条流分散到多条路径上,运行在支持 UEC 的 NIC 上。

芯片选择是开放的:OcNOS-DC 运行在基于 Broadcom Tomahawk 5 的 Edgecore AIS800-64D 与 UfiSpace S9321-64E / S9321-64EO(-64EO 增加了 400G ZR+)上,以及基于 Tomahawk 4 的 Edgecore AS9736-64D 上,均为片上共享缓冲平台。一份 IP Infusion 合同即可涵盖 OcNOS Systems 上的软件与经过认证的硬件,只需一个 TAC 和一份 SLA。

为何许多运营商在 AI 后端转向以太网

这一转变更多关乎运营与经济,而非纯粹的延迟。在大规模构建中,三点因素会迅速累积:与数据中心其余部分共享的统一网络模型、多厂商供应链,以及在 400G 和 800G 下更低的每端口成本。

这一规模已在实际部署中得到验证。Meta 曾介绍,其最大模型的训练是在一个 24,576 GPU 集群上基于 RoCE 以太网 fabric 完成的,而这种规模过去被认为必须使用 InfiniBand。Tomahawk 4 和 Tomahawk 5 上的动态负载均衡可依据实时拥塞重新绑定流量,因此运行良好的 fabric 可将利用率目标设定在 90% 以上,而静态哈希则会让这部分容量闲置。

InfiniBand 仍存的优势——更低的绝对延迟下限——对一部分紧耦合 HPC 工作负载依然重要。而对大多数大规模分布式训练和推理集合通信而言,一张正确调优的 RoCEv2 fabric 的表现低于会改变作业完成时间的阈值,这正是运营与经济理由如今决定多数新建 AI 后端的原因。

  • 与数据中心其余部分共享的统一网络模型,因此技能和工具得以沿用。
  • 多厂商供应链,让您能为芯片、交换机、NIC 和光模块引入第二供货源。
  • 在 400G 和 800G 下更低的每端口成本,为更多 GPU、更大的存储层或第二站点释放资本。

两者都成立,而多数新建 AI 后端落在以太网上

InfiniBand 保有更低的绝对延迟下限,一部分紧耦合 HPC 工作负载会一直为此买单。而对多数 AI 后端构建而言,运营与经济理由的天平倾向于基于开放以太网的 RoCEv2。

两者都成立

InfiniBand 保有更低的绝对延迟下限,一部分紧耦合 HPC 工作负载会一直为此买单。

RoCEv2 已为 AI 弥合差距

在正确配置 PFC、ECN、DCQCN 和动态负载均衡后,以太网在多数分布式训练集合通信上已能与 InfiniBand 比肩,同时保留硬件选择自由。

决策通常取决于运营

统一的网络模型、多厂商供应链,以及在 400G 和 800G 下更低的每端口成本,决定了多数新建 AI 后端。

OcNOS-DC 是通往开放的路径

当前已在 Edgecore 和 UfiSpace 经过认证的开放硬件上提供 RoCEv2 基础功能,OcNOS Systems 只需一份合同、一个 TAC 和一份 SLA。

资源

获取 AI Fabric 参考设计

完整 PDF:无损 RoCEv2 拓扑、交换机和光模块数量、经过认证的平台,以及 OcNOS-DC 上的 DCQCN 初始配置。

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RoCE 与 InfiniBand 常见问题解答

RoCE 与 InfiniBand 有何区别?
RoCE(实践中即 RoCEv2)通过标准的、可路由的以太网和 IP 承载 RDMA,因此可复用任意厂商都能供应的交换机、NIC、光模块和运维工具。InfiniBand 则是一张独立的专用 fabric,拥有来自单一厂商的自有交换机、适配器、布线和子网管理器。RoCEv2 借助 PFC 和 ECN 让 fabric 保持无损,并通过 DCQCN 控制拥塞,而 InfiniBand 依靠在设计上即无损的基于信用的流控。
在 AI 场景中,以太网和 InfiniBand 一样快吗?
对多数大规模分布式训练集合通信而言,是的。InfiniBand 在绝对延迟下限上仍低数百纳秒,但一旦 RoCEv2 配置了 PFC、ECN、DCQCN 和动态负载均衡,对大多数 AI 工作负载而言,这一差距便低于会改变作业完成时间的水平。正因如此,如今许多运营商已在以太网上运行大型 AI 后端网络。
什么是 RoCEv2?
RoCEv2(RDMA over Converged Ethernet 第 2 版)把 RDMA 封装进 UDP/IP(目的端口 4791),因此 RDMA 流量可在三层以太网 fabric 上路由。它让 GPU 和存储以低延迟、低 CPU 占用在内存之间直接搬移数据,这正是它成为在开放的多厂商以太网上运行 RDMA 的主流方式的原因。
RoCE 需要无损 fabric 吗?
需要。当数据包被丢弃时,RoCEv2 性能会急剧下降,因此它需要一张无损或近无损的 fabric。运营商通过 PFC 进行逐跳流控,并以 ECN 配合 DCQCN 进行端到端拥塞控制来实现这一点,让交换机队列保持浅层,从而使 RDMA 流避免丢包和重传。交换机提供无损底座;RoCEv2 则是运行在 NIC 上的传输。
我能在开放交换机上运行 RoCE 吗?
是的。RoCEv2 运行在标准以太网芯片上。OcNOS-DC 在经过认证的开放硬件(例如基于 Broadcom Tomahawk 4 和 Tomahawk 5 的 Edgecore 和 UfiSpace 平台)上提供 RoCEv2 所需的构建模块(PFC、基于三层的 PFC-with-QoS、ECN、ETS、WRED、DLB、PFC 死锁检测与恢复,以及 gNMI/OpenConfig 遥测),并在 Tomahawk 5 上提供 Dynamic ECN。一份 IP Infusion 合同即可涵盖 OcNOS Systems 上的软件与经过认证的硬件。
那 Ultra Ethernet 呢?
Ultra Ethernet(UEC)是一项开放标准,为以太网带来数据包喷洒、多路径 RDMA、乱序交付和现代拥塞控制,缩小了与 InfiniBand 过去独有能力之间的差距。IP Infusion 是 Ultra Ethernet Consortium 的成员,OcNOS-DC 目前已在 Broadcom Tomahawk 4 和 Tomahawk 5 交换机上,以 PFC、ECN 和 DLB 在生产环境中运行无损 RoCEv2。

在对比 InfiniBand 为 RoCEv2 fabric 设定规格?让我们一起做针对具体工作负载的测算

告诉我们工作负载和 GPU 规模,IP Infusion 的工程师将与您一起测算,或先在 AI Fabric Design Suite 中生成一版初步的 leaf-spine 布局。