Yüksek Performanslı Bilgisayar (HPC) Ağ Çözümleri: InfiniBand Çarpışma Süper Bilgisayar Performansı'nı Etkinleştirir

Bilim, mühendislik ve yapay zeka alanlarının sınırları, yüksek performanslı hesaplama (HPC) ile ileriye taşınıyor. İklim modellerini simüle etmekten yeni ilaçlar keşfetmeye ve devasa üretken yapay zeka modellerini eğitmeye kadar, bu iş yüklerinin karmaşıklığı ve ölçeği katlanarak artıyor. Bu artış, HPC altyapısı üzerinde muazzam bir baskı yaratıyor ve bu altyapı, binlerce hesaplama düğümü arasında büyük veri kümelerini darboğaz oluşturmadan verimli bir şekilde taşımalıdır. Ara bağlantı artık sadece bir tesisat bileşeni değil; modern süper bilgisayarın merkezi sinir sistemidir.

Geleneksel ağ mimarileri genellikle exascale hesaplama ve yapay zeka taleplerine ayak uydurmakta başarısız oluyor. HPC mimarları ve araştırmacılar, çeşitli kalıcı zorluklarla karşı karşıyadır:

• Gecikme Hassasiyeti: Mesaj Geçiş Arayüzü (MPI) kullanan sıkı bir şekilde birleştirilmiş paralel uygulamalar, gecikmeye karşı oldukça hassastır. Mikrosaniyelerce gecikme, genel çözüm süresini önemli ölçüde yavaşlatabilir.
• Öngörülemez Verim: Ağ tıkanıklığı, düzensiz performansa neden olabilir ve hesaplama düğümlerinin veri beklerken boşta kalmasına, değerli hesaplama kaynaklarının israf edilmesine ve iş tamamlama sürelerinin artmasına yol açabilir.
• Verimsiz Toplu İşlemler: Birden fazla düğümü içeren azaltma ve bariyer gibi işlemler, ana bilgisayar CPU kaynaklarının önemli bir bölümünü tüketebilir ve döngüleri temel hesaplama görevlerinden uzaklaştırabilir.
• Ölçeklenebilirlik Sınırları: Birçok ağ, küme boyutları on binlerce düğüme ölçeklenirken performansı ve tutarlı gecikmeyi korumakta zorlanır ve exascale ve ötesine giden yolu engeller.

NVIDIA'nın Mellanox InfiniBand bu süper bilgisayar ağları darboğazlarının üstesinden gelmek için özel olarak tasarlanmış, uçtan uca bir ağ platformu sunar. Sadece bir NIC'den daha fazlasıdır; veri hareketini ve hesaplamayı akıllıca hızlandıran bütünsel bir yapıdır.

• Ağ İçi Hesaplama (NVIDIA SHARP™): Bu, InfiniBand'i diğerlerinden ayıran devrim niteliğinde bir özelliktir. Ölçeklenebilir Hiyerarşik Toplama ve Azaltma Protokolü (SHARP), toplu işlemleri (örneğin, MPI Allreduce, Bariyer) CPU'dan anahtar ağına boşaltır. Bu, gecikmeyi önemli ölçüde azaltır ve ana bilgisayar CPU kaynaklarını uygulama hesaplaması için serbest bırakır.
• Uzaktan Doğrudan Bellek Erişimi (RDMA): Mellanox InfiniBand yerel RDMA desteğine sahiptir ve verilerin CPU'ya dahil olmadan bir düğümün belleğinden diğerine doğrudan taşınmasını sağlar. Bu "kernel bypass" tekniği, ultra düşük gecikme ve yüksek bant genişliği elde etmenin temelidir.
• Uyarlanabilir Yönlendirme ve Tıkanıklık Kontrolü: Yapı, trafiği sıcak noktalardan dinamik olarak yönlendirerek, ağın tek tip kullanımını sağlar ve uygulama performansını etkilemeden önce tıkanıklığı önler. Bu, öngörülebilir ve tutarlı bir performansa yol açar.
• Kesintisiz GPU Entegrasyonu (GPUDirect®): GPUDirect RDMA gibi teknolojiler, verilerin InfiniBand yapısı üzerinden farklı sunucuların GPU belleği arasında doğrudan akmasını sağlar; bu, çoklu GPU ve çoklu düğüm yapay zeka eğitimi ve bilimsel hesaplama iş yüklerini hızlandırmak için kritik öneme sahiptir.

Önde gelen süper bilgisayar merkezlerinde ve araştırma kurumlarında Mellanox InfiniBand kullanımı, dramatik, ölçülebilir sonuçlar vermiştir:

Mellanox InfiniBand, dünyanın en zorlu HPC ve yapay zeka iş yüklerinin gerektirdiği performansı, ölçeklenebilirliği ve zekayı sağlayarak süper bilgisayar ağları için altın standart olarak kendini kanıtlamıştır. Ağ içi hesaplama gibi yenilikler aracılığıyla kritik ağ darboğazlarını çözerek, araştırmacıların ve bilim insanlarının daha hızlı çığır açan sonuçlar elde etmesini sağlar. Sadece bir ara bağlantı değil; insan bilgisi ve inovasyonu için temel bir hızlandırıcıdır.