Домашната свързаност претърпява малка, тиха революция. Въпреки че все още има области, където оптичният интернет не е нито наличен, нито се очаква, индустрията вече е насочила поглед към... нови стандарти, способни да увеличат многократно скоростта, надеждността и капацитета на мрежитеВ този сценарий се появява Ултра EthernetТова е предложение, което произхожда от големи центрове за данни и изкуствен интелект, но в средносрочен план може да повлияе и на начина, по който се свързваме от дневните си.
Може да звучи като маркетингова реклама, но зад тази концепция се крие много техническа работа и участието на много мощни компании. Ultra Ethernet не е просто „по-бърз Ethernet“. Говорим за... цялостна комуникационна архитектура, проектирана да се мащабира до хиляди или милиони възли, да минимизира латентността и да извлече всеки гигабит от кабелаВъпреки че естествената му област днес е изкуственият интелект и високопроизводителните изчисления (HPC), разбирането какво представлява и накъде се насочва, ни помага да си представим какви ще бъдат домашните мрежи след няколко години. Бъдеще, в което 1 Gbps оптичен кабел ще изглежда почти скромно.
Какво е Ultra Ethernet и какво го отличава?
Ултра Ethernet е, по същество, дълбока еволюция на традиционния Ethernet, проектиран да отговори на екстремните изисквания на изкуствения интелект и високопроизводителните изчисленияТова не само увеличава скоростта на връзката. Това, което прави, е да предефинира начина, по който се транспортират данните, как се управлява претоварването и как се координират хиляди устройства, работещи едновременно.
Самият Ultra Ethernet Consortium (UEC) го определя като цялостна, отворена, оперативно съвместима комуникационна архитектура, базирана на Ethernet. Проектиран за създаване на много мащабни мрежи с ниска латентност и изключително висока плътност на честотната лента. Заявената му цел е да надхвърли това, което технологии като традиционния RDMA, RoCE (RDMA over Converged Ethernet) или дори InfiniBand, който доминира HPC клъстерите от години, предлагат в момента.
Ключът е, че Ultra Ethernet е проектиран да Специфични работни натоварвания, свързани с изкуствен интелект и високопроизводителни изчисления (HPC). Среди, където „високата честотна лента“ не е достатъчна. Необходими са множество едновременни маршрути, заедно с много бърза реакция при претоварване и възможност за изпращане и получаване на данни извън реда, без да се срива приложението. И най-вече, всичко това трябва да е управляемо и конфигурируемо, без да причинява системна повреда.
За разлика от предишните опити за Ethernet, UEC иска да предложи Пълен комуникационен стек. От физическия слой до софтуера, включително нови форми на телеметрия, сигурност, съхранение и управление.С други думи, това не е временно решение, а последователен редизайн, насочен към използване на Ethernet за следващите скоростни скокове (800G, 1,6T и повече).
Консорциумът Ultra Ethernet: кой стои зад стандарта
Ultra Ethernet не е подкрепен от една-единствена компания. Всъщност това е индустриален консорциум, съставен от някои от най-големите имена в технологиите: Ultra Ethernet Consortium (UEC). Официално е създадена на 19 юли 2023 г. под егидата на Фондация Linux и нейната Фондация за съвместно развитие. Това вече дава ясна индикация за неговата отворена и съвместна насоченост.
Членовете-основатели са добре познати имена: AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden, HPE, Intel, Meta и MicrosoftЗаедно те имат десетилетия опит в внедряването на мащабни мрежи, облачни центрове за данни, платформи с изкуствен интелект и високопроизводителни изчислителни среди. Всички те имат пряк интерес към кабелна мрежа от следващо поколение, която е независима от доставчици и използва съществуващата Ethernet инфраструктура.
Консорциумът започна с девет или десет компании. След това, Само за няколко месеца десетки други компании се присъединиха.От ноември 2023 г. UEC отвори врати за нови членове и вече има над петдесет организации, с важни попълнения като Baidu, Dell, Huawei, IBM, Nokia, Lenovo, Supermicro, Tencent, Bytedance, Fujitsu, Samsung или специализирани производители на хардуер.
Общо повече от 715 експерти от индустрията участват активно в разработването на Ultra Ethernet, разделени в осем работни групи.Физически слой, слой за връзка за данни, транспортен слой, софтуер, съхранение, съответствие, управление и производителност и отстраняване на грешки. Всяка група адресира различна част от стека, но всички са координирани, за да се гарантира, че частите пасват заедно и поддържат, доколкото е възможно, съвместимост с текущата Ethernet екосистема.
Защо Ethernet се нуждае от Ultra Ethernet
В разгара на 5G ерата, WiFi 7 и дори първите тестове на WiFi 8, може да се почувствате сякаш Ethernet кабелите са станали малко „стари“ в сравнение с безжичните мрежи.Въпреки това, когато става въпрос за максимална производителност, минимална латентност и изключително надеждна връзка, нищо не може да се сравни с добра кабелна връзка.
Проблемът е, че Ethernet, какъвто го използваме днес Не е проектиран с мисъл за модели на изкуствен интелект, използващи хиляди графични процесори, работещи паралелно, или HPC клъстери, постоянно преместващи петабайти данни.Тези натоварвания изискват, освен сурова честотна лента, неща като множество пътища за поток от данни, много фин контрол на претоварването, ефективно управление на взаимозависими потоци и изключително ниска латентност на опашките.
Мрежовите протоколи, които обикновено използваме Те могат да покрият някои от тези нужди, но не всички.Те обикновено са проектирани за по-общи мрежи, с по-малко синхронизирани потоци и по-малка чувствителност към латентност. В дългосрочен план това води до пречки и загуба на производителност. Да не говорим за сложността на управлението, която се мащабира слабо.
Тук се намесва Ultra Ethernet. UEC се стреми да запълни тези празнини, като предлага Комуникационен стек, специално проектиран за изкуствен интелект и високопроизводителни изчисления (HPC), обхващащ всичко - от физика на връзките до софтуерна архитектураСред целите му са въвеждането на нови протоколи и механизми за електрическа и оптична сигнализация, нови протоколи за мрежов транспорт (връзка и от край до край) и обновени системи за телеметрия, управление, съхранение и сигурност, адаптирани към тези среди.
Ultra Ethernet Transport (UET) и връзката му с RDMA
Едно от ключовите парчета от пъзела е транспортният протокол, предложен от самата UEC: Ултра Ethernet транспорт (UET)Този протокол има за цел да бъде естествен заместител на RoCE в много внедрявания, като същевременно запазва най-доброто от RDMA over Ethernet, но го адаптира към настоящите изисквания на AI и HPC.
UET се проектира като Отворена спецификация. Решение, проектирано от самото начало да работи през IP и Ethernet.Ключовите характеристики включват вградена поддръжка за множество пътища и разпръскване на пакети, което позволява максимално използване на капацитета на мрежата с изкуствен интелект, без да се причинява претоварване или блокиране на headend, и без да се разчита на централизирани алгоритми за балансиране на натоварването или прекалено сложни контролери за маршрутизация.
Друга важна функция е управление на феномена „инкастинг“Това е типично за среди, където много възли изпращат данни едновременно към една дестинация. UET въвежда механизъм за контрол на разпръскването на крайния канал към дестинационния хост с минимална загуба на пакети. Това подобрява цялостната производителност и стабилност на системата.
За да избегне изоставане в условията на нарастващи скорости, Ultra Ethernet Transport интегрира много ефикасен алгоритъм за контрол на скоростта. Това позволява на предаванията бързо да достигнат линейна скорост, без да се нарушава конкурентният трафик. Това е от решаващо значение, когато се работи с връзки с 800G, 1,6T или по-висока скорост, където всяка неефективност е много скъпоструваща.
В допълнение, UET предоставя API, насочени към доставката на неподредени пакети. С опция за завършване на съобщенията по ред. Това максимизира едновременността между мрежата и приложенията, минимизира латентността за критични съобщения и улеснява архитектури, където множество едновременни пътища са напълно оперативни, без винаги да се изисква строг ред на получаване.
Основни предимства на Ultra Ethernet пред други технологии
Ако сравним Ultra Ethernet с традиционния Ethernet и алтернативи като InfiniBand, има няколко области, в които този нов стандарт се стреми да промени нещата. Това са:
- Реална мащабируемост в голям мащаб. Както по брой възли, така и по плътност на честотната лента. Там, където класическият Ethernet започва да се затруднява, Ultra Ethernet се стреми да продължи да работи ефективно.
- ИзпълнениеUltra Ethernet е проектиран да минимизира латентността на опашките и да обработва високоинтензивните потоци от данни, типични за извода и обучението на модели на изкуствен интелект. За бъдещите Ethernet стандарти се предвиждат агрегирани скорости до 1,6T и по-високи. Това се изразява в намаляване на вътрешните пречки и улеснява обработката на данни в реално време.
- Цена и оперативна съвместимостЧрез използване на съществуващата Ethernet инфраструктура, Ultra Ethernet намалява разходите за внедряване в сравнение с алтернативни технологии, които изискват съвсем различно оборудване. Членовете-основатели също така подчертават отворения характер на стандарта.
- Безопасност и надеждностUltra Ethernet включва усъвършенствана телеметрия и проактивни механизми за управление на претоварването. Това позволява откриване и разрешаване на проблеми, преди те да доведат до загуба на пакети или спад в производителността. В критични среди тази видимост и бърза реакция са безценни.
С всичко това, Ultra Ethernet се позиционира като Много атрактивно решение за центрове за данни, доставчици на облачни услуги, научни лаборатории и големи корпорации Те трябва да съчетават изключителна производителност с разумна цена и стабилна оперативна съвместимост. И въпреки че първоначално това не е технология, предназначена за крайния потребител, нейното въздействие в крайна сметка ще повлияе на инфраструктурата зад много от услугите, които използваме ежедневно.
Ultra Ethernet и потенциалното му въздействие върху домашните мрежи
В този момент логичният въпрос е какво общо има всичко това с домашните мрежи. Днес, у дома, Повечето от нас работят в сценарий, където 1 Gbps по кабел вече звучи чудесно, а най-модерните търговски оптични влакна са около няколко гигабита.Въпреки това, не е нужно да ходите далеч, за да намерите примери за това как търсенето на честотна лента продължава да расте.
Наскоро, например, рекорд за скорост на оптични влакна от близо 402 Tbps беше счупен в лаборатория, използваща оптични кабели и високоспециализирани мрежови усилвателиВсе още е далеч, преди нещо подобно да се превърне в услуга за домакинствата, но това илюстрира докъде може да продължи да се мащабира инфраструктурата. Междувременно операторите вече предлагат връзки от 1 Gbps и по-високи.
В домашна среда това има все повече смисъл. да имат вътрешни мрежи, способни да съответстват или поне да се доближават до скоростта на интернет връзкатаГигабитова Ethernet мрежа между устройствата предотвратява прекъсването на чисто новата оптична връзка от 1 Gbps поради пречка между рутера и домашното ви оборудване. И това не е всичко: дори ако външната ви връзка е по-скромна, бързата локална мрежа е от голямо значение при преместването на големи обеми данни в дома ви.
Нека разгледаме например NAS, свързан към рутер или комутатор. Да предположим, че съхраняваме данни там. резервни копиямултимедийни колекции или виртуални машини. Ако често се прехвърлят големи количества данни между NAS и множество компютри, конзоли или медийни плейъриРазликата между 100 Mbps мрежа и гигабитова мрежа е огромна. И това е без интернет връзката да играе каквато и да е роля в процеса.
Текущи възможности за високоскоростни домашни мрежи
Докато Ultra Ethernet се развива в центрове за данни и големи клъстери, вече имаме няколко опции за настройка у дома. високопроизводителни домашни мрежи, които се възползват от съществуващите оптични връзкиВъпреки че никой не е строго Ultra Ethernet, много от тях споделят сходни принципи за максимално използване на наличната физическа среда. Това са текущите опции:
Гигабитово Ethernet окабеляване
Най-стабилният вариант. С рутер, който предлага гигабитови портове и допълнителен комутатор, ако е необходим по-голям капацитет, е възможно да се разпредели мрежата в различни стаи. Повечето съвременни компютри, конзоли, телевизори и NAS устройства вече имат вградени гигабитови контролери, така че проблемите със съвместимостта са рядкост, освен при много стари устройства.
За да функционира правилно Gigabit Ethernet, е важно да се използва Мрежови кабели категория 5e или 6 (UTP)Стандартният кабел от категория 5 не е достатъчен, защото е проектиран за 10BASE-T и 100BASE-TX, но не и за 1000BASE-T. Кабелите Cat 5e или Cat 6, от друга страна, ви позволяват да се възползвате от скорости от 1 Gbps без проблеми на типични за домакинството разстояния.
Основният недостатък на кабелната мрежа е инсталацията. Ако няма предварително инсталирана инфраструктура за данни, Може да е сложно да се прокара кабелът до всички стаи, където е желателен мрежов контакт.Понякога се използват канали за повърхностен монтаж. Друг път се използват съществуващи електрически или комуникационни тръби, като се използват кабелни водачи, както би направил професионален електротехник.
Когато портовете на рутера са недостатъчни или топологията на къщата е малко сложна, комутаторът влиза в действие. Малък 5 или 8-портов гигабитов комутатор обикновено струва между 20 и 30 евроДоста достъпно решение за лесно разширяване на броя на кабелните устройства, които можете да свържете. За разлика от по-старите хъбове, комутаторът интелигентно управлява мрежовия трафик, подобрявайки както сигурността, така и производителността.
WiFi
Освен кабелните връзки, най-често срещаната алтернатива е Wi-Fi. Стандартът IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) и неговите наследници позволяват постигане на теоретични скорости близки или по-големи от 1 Gbps в честотната лента от 5 GHzОсобено когато точката за достъп има множество антени и MIMO технология. На практика, действителната скорост ще зависи от разстоянието, препятствията и смущенията от други мрежи.
Много домашни „AC“ рутери предлагат теоретични скорости до 867 Mbps в честотната лента от 5 GHz. По-модерните устройства обаче могат да достигнат 1.300 Mbps или повече. Въпреки това, за да се доближат до тези цифри, е изключително важно както точката за достъп, така и клиентските устройства да поддържат един и същ стандарт и да имат множество антени.В противен случай скоростта ще бъде ограничена от най-слабото звено във веригата.
WiFi мрежите също имат ахилесова пета по отношение на сигурността и стабилността. Те са по-лесни за атакуване от кабелна мрежа, изискват правилна конфигурация за криптиране (поне WPA2, още по-добре WPA3) и Те са много чувствителни към физическата среда, стените, вратите и наличието на други мрежи.Въпреки това, когато не е възможно или желателно да се прокара кабел, те остават най-практичната алтернатива.
PLC (комуникации по електропреносни мрежи) технология
Съществува и трети, междинен вариант: PLC (Power Line Communications) технология. Тя се състои от използване на електрическата инсталация на дома като средство за пренос на данниPowerline адаптерите се включват в електрически контакт и осигуряват Ethernet порт, към който можете да свържете устройството си. На теория някои модели обещават скорости до 1.200 Mbps със 128-битово AES криптиране.
Проблемът с PLC-тата е, че Електрическата мрежа е много шумна среда, с паразитен шум и смущения, които драстично намаляват реалната производителност.При практически тестове, реалната скорост обикновено е далеч под рекламираната, понякога дори под 50%, така че те рядко се доближават до истински гигабит. Те са удобно решение, когато няма друга алтернатива.
Ако погледнем малко по-напред, предложения като пластмасово оптично влакно с полиметилметакрилатно ядрокоито компании като Telefónica вече са тествали в пилотни среди. Това пластмасово влакно е евтино, гъвкаво, с диаметър само 2,2 мм и лесно за рязане, може да се инсталира през съществуващи тръбопроводи и обещава скорости от 1 Gbps, а в бъдеще до близо 10 Gbps на разстояния до 50 метра.
При тази схема пластмасовото влакно достига до специални розетки, които Те биха комбинирали електрически контакт с един или два контакта за оптична мрежа.Това улеснява интеграцията в дома. Ако този тип решения получат търговска популярност, те биха могли да се превърнат в интересна междинна стъпка, преди концепциите, базирани на Ultra Ethernet, да навлязат в дома.
Ултра Ethernet, изкуствен интелект, високопроизводителни изчисления (HPC) и бъдещето на периферните изчисления
Отвъд дома, Ultra Ethernet има много да каже през следващите години във всичко, свързано с... центрове за данни, облачни изчисления, периферни изчисления и инфраструктура с изкуствен интелектДнес вече съществуват центрове за обучение по изкуствен интелект, които използват IP мрежи, базирани на Ethernet, благодарение на огромната си екосистема от комутатори, мрежови карти, кабели, приемо-предаватели и инструменти за управление.
UEC иска да развие тази основа още една крачка напред. Идеята е да подкрепи големи графични процесорни ферми, изчислителни клъстери и среди за анализ на данни в реално времеВ тези сценарии изчисленията се преместват по-близо до периферията, където се генерират и обработват огромни количества данни, преди да бъдат агрегирани в облака. Ultra Ethernet може да играе ключова роля, като осигурява ниска латентност, множество пътища и възможност за мащабиране до стотици хиляди възли.
Друг все по-важен аспект е устойчивостта. Центровете за данни консумират огромни количества енергия и Мрежите са важна част от това консумация на енергияЕнергийно ефективните проекти в рамките на Ultra Ethernet биха могли да помогнат за намаляване на глобалния въглероден отпечатък на тези инфраструктури.
И накрая, Ultra Ethernet може да придобие значение в приложенията на крайни изчисления свързан с Интернет на нещата (IoT) и 5G. Тъй като интелигентните устройства, сензорите и системите за управление генерират все повече данниЩе са необходими кабелни връзки с много ниска латентност към близки изчислителни възли. Това, което днес започва в огромни центрове за данни, вероятно ще завърши близо до базови станции или дори в промишлени съоръжения и интелигентни сгради.
Цялото това движение около Ultra Ethernet отразява ясна реалност: Мрежовите нужди на изкуствения интелект и високопроизводителните изчисления се очакват няколко години по-рано от това, което в момента считаме за „нормално“ в дома.Въпреки че сега може да изглежда далечно, много от идеите, протоколите и оптимизациите, които се дефинират, в крайна сметка ще се окажат достъпни за домашни комутатори, рутери, мрежови адаптери и решения за свързване, които ще използваме, без да се замисляме какво се крие зад тях. Революция.
