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在深入探究 AI 智算網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)中主要存在兩大主流架構(gòu)：InfiniBand 和RoCEv2。

這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在性能、成本、通用性等多個(gè)關(guān)鍵維度上展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)，相互競(jìng)爭(zhēng)。我們將細(xì)致分析這兩種架構(gòu)的技術(shù)特性、它們?cè)?AI 智算網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用場(chǎng)景，以及各自的優(yōu)勢(shì)和局限性。

本文旨在評(píng)估InfiniBand 和 RoCEv2 在AI 智算網(wǎng)絡(luò)中的潛在應(yīng)用價(jià)值和未來(lái)的發(fā)展方向，以期為行業(yè)提供深刻的洞察和專業(yè)的指導(dǎo)。

1 InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)主要通過(guò)子網(wǎng)管理器（Subnet Manager，簡(jiǎn)稱 SM）來(lái)進(jìn)行集中管理，SM通常部署在一臺(tái)接入子網(wǎng)的服務(wù)器上，充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的中樞控制器。子網(wǎng)中可能存在多個(gè)配置為SM 的設(shè)備，但僅有一個(gè)被指定為主 SM，負(fù)責(zé)通過(guò)管理數(shù)據(jù)報(bào)文（MAD）的內(nèi)部下發(fā)和上傳來(lái)管理所有交換機(jī)和網(wǎng)卡。每個(gè)網(wǎng)卡端口和交換芯片都通過(guò)由 SM 分配的唯一身份標(biāo)識(shí)（Local ID，LID）進(jìn)行識(shí)別，確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的唯一性和準(zhǔn)確性。SM 的核心職責(zé)包括維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的路由信息和計(jì)算更新交換芯片的路由表。網(wǎng)卡內(nèi)部的 SM Agent（SMA）功能使得網(wǎng)卡能夠獨(dú)立處理 SM 下發(fā)的報(bào)文，無(wú)需所在服務(wù)器的干預(yù)，而提高了網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化和效率。

1.1 InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)流控機(jī)制

InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)基于信用令牌（credit）機(jī)制，在每條鏈路都配備了一個(gè)預(yù)置緩沖區(qū)。發(fā)送端僅在確認(rèn)接收端有足夠的緩沖區(qū)后，才會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送，并且發(fā)送的數(shù)據(jù)量都不可超過(guò)接收端當(dāng)前可用的預(yù)置緩沖區(qū)的最大容量。當(dāng)接收端接收完報(bào)文，會(huì)釋放緩沖區(qū)，并向發(fā)送端通報(bào)當(dāng)前可用的預(yù)置緩沖區(qū)大小，從而維持了網(wǎng)絡(luò)的流暢運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。

1.2 InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：鏈路級(jí)流控與自適應(yīng)路由

InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)依靠鏈路級(jí)的流控機(jī)制，防止發(fā)送過(guò)量數(shù)據(jù)，從而避免了緩沖區(qū)溢出或是數(shù)據(jù)丟包的問(wèn)題。同時(shí) InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由技術(shù)可根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)包的具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由選擇，在超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)優(yōu)化和最佳負(fù)載均衡利用。

2 RoCEv2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

RoCE（RDMA over Converged Ethernet）協(xié)議是一種能在以太網(wǎng)上進(jìn)行 RDMA（Remote Direct Memory Access 遠(yuǎn)程內(nèi)存直接訪問(wèn)）的集群網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。該協(xié)議有兩個(gè)主要版本：RoCEv1 和RoCEv2。RoCEv1 作為鏈路層協(xié)議，要求通信雙方位于同一二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。而RoCEv2 則為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和 UDP 傳輸層，取代了 InfiniBand 的網(wǎng)絡(luò)層，從而提供了更優(yōu)的可擴(kuò)展性。與 InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)的集中管理方式不同，RoCEv2 采用的是純分布式架構(gòu)，通常由兩層構(gòu)成，在擴(kuò)展性和部署靈活性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.1 RoCEv2 網(wǎng)絡(luò)流控機(jī)制

優(yōu)先流控制（PFC）是一種逐跳流控策略，通過(guò)合理配置水位標(biāo)記來(lái)充分利用交換機(jī)的緩存，以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)丟包傳輸。當(dāng)下游交換機(jī)端口的緩存過(guò)載時(shí)，該交換機(jī)就會(huì)向上游設(shè)備請(qǐng)求停止傳輸。已發(fā)送的數(shù)據(jù)則會(huì)存儲(chǔ)在下游交換機(jī)的緩存中，等到緩存恢復(fù)正常，端口將會(huì)請(qǐng)求恢復(fù)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，從而維持網(wǎng)絡(luò)的流暢運(yùn)行。

顯式擁塞通知（ECN）定義了一種基于 IP 層和傳輸層的流量控制和端到端擁塞通知機(jī)制。通過(guò)在交換機(jī)上向服務(wù)器端傳遞特定擁塞信息，然后服務(wù)器端再發(fā)送至客戶端通知源端降速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)擁塞控制的目的。

數(shù)據(jù)中心量化擁塞通知（DCQCN）是顯式擁塞通知（ECN）和優(yōu)先流控制（PFC）兩種機(jī)制的結(jié)合，旨在支持端到端的無(wú)損以太網(wǎng)通信。其核心理念是在網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生時(shí)，優(yōu)先使用ECN 來(lái)通知發(fā)送端降低傳輸速率，防止 PFC 的不必要激活，同時(shí)也要避免擁塞嚴(yán)重導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出的情況。通過(guò)這種精細(xì)的流量控制，DCQCN 能夠在保持網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的同時(shí)，避免因擁塞造成的數(shù)據(jù)丟失。

2.2 RoCEv2 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：強(qiáng)大兼容性與成本優(yōu)化

RoCE 網(wǎng)絡(luò)利用 RDMA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸，不必占用遠(yuǎn)程服務(wù)器的 CPU 周期，從而充分利用帶寬并增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性。這種方法顯著降低了網(wǎng)絡(luò)延遲并提升了吞吐量，整體上提高了網(wǎng)絡(luò)性能。RoCE 方案的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它能夠無(wú)縫地融入現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，這意味著企業(yè)無(wú)需額外投資于新設(shè)備或進(jìn)行設(shè)備更換，就能實(shí)現(xiàn)性能的飛躍。這種成本效益高的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方式對(duì)于降低企業(yè)的資本支出至關(guān)重要，使得 RoCE 成為提升智算中心網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)選方案。

3 InfiniBand 與 RoCEv2 的技術(shù)差異

市場(chǎng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)的多樣化需求促成了 InfiniBand 和 RoCEv2 兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的共同發(fā)展。InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)憑借其高級(jí)技術(shù)，如高效的轉(zhuǎn)發(fā)性能、快速的故障恢復(fù)時(shí)間和增強(qiáng)的擴(kuò)展性，以及運(yùn)維效率，在應(yīng)用層業(yè)務(wù)性能上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在大規(guī)模場(chǎng)景下，能夠提供卓越的網(wǎng)絡(luò)吞吐性能。

而RoCEv2網(wǎng)絡(luò)則以其強(qiáng)大的通用性和較低的成本受到青睞，不僅適用于構(gòu)建高性能RDMA網(wǎng)絡(luò)，還能無(wú)縫兼容現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，這使得 RoCEv2 在廣泛性和適用性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠滿足不同規(guī)模和需求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。這兩種架構(gòu)各自的特性和優(yōu)勢(shì)，為 AI 智算中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供了豐富的選擇，以滿足不同用戶的具體需求。

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