Mạng hiệu suất cao cho nghiên cứu học thuật: Các tình huống ứng dụng cho ConnectX-7

Bối cảnh: Kỷ nguyên mới của nghiên cứu học thuật chuyên sâu về dữ liệu

Bối cảnh của nghiên cứu học thuật đang trải qua một sự thay đổi lớn. Các ngành từ di truyền học và vật lý hạt đến khoa học khí hậu và trí tuệ nhân tạo hiện đang dựa trên dữ liệu một cách cơ bản. Các cụm HPC (Điện toán hiệu năng cao) hiện đại, vốn là xương sống của nghiên cứu này, không còn chỉ là về các phép tính thô; chúng là về việc di chuyển và xử lý các bộ dữ liệu khổng lồ với tốc độ chưa từng có. Mạng đã trở thành hệ thống thần kinh trung ương quan trọng và hiệu suất của nó quyết định trực tiếp thời gian khám phá và hiệu quả nghiên cứu.

Thách thức: Các nút thắt cổ chai mạng đang kìm hãm sự đổi mới

Các tổ chức nghiên cứu phải đối mặt với các nút thắt cổ chai kỹ thuật quan trọng có thể trì hoãn các dự án quan trọng và làm tăng chi phí:

• Các nút thắt cổ chai I/O trong đào tạo AI: Đào tạo phân tán trên hàng trăm GPU bị cản trở bởi việc đồng bộ hóa trọng số chậm, khiến các bộ tăng tốc đắt tiền không hoạt động và lãng phí chu kỳ tính toán.
• Các mô phỏng nhạy cảm với độ trễ: Các mô phỏng số quy mô lớn trong động lực học chất lỏng hoặc mô hình phân tử yêu cầu hàng triệu thông báo được truyền giữa các nút. Độ trễ mạng cao làm chậm đáng kể thời gian giải quyết.
• Thu thập và thông lượng dữ liệu: Các công cụ như kính hiển vi điện tử cryo và mảng vệ tinh tạo ra terabyte dữ liệu mỗi giờ. Mạng cũ không thể tiếp nhận dữ liệu này đủ nhanh, dẫn đến mất dữ liệu tiềm ẩn hoặc các nút thắt cổ chai lưu trữ.
• Đa đối tượng và bảo mật: Các cụm nghiên cứu dùng chung yêu cầu các môi trường an toàn, riêng biệt cho các nhóm nghiên cứu khác nhau mà không làm giảm hiệu suất mạng.

Những thách thức này đòi hỏi một giải pháp mạng không chỉ nhanh hơn mà còn thông minh hơn.

Giải pháp: Công nghệ SmartNIC Mellanox ConnectX-7

Bộ điều hợp Ethernet 400Gb/s và NDR InfiniBand Mellanox ConnectX-7 của NVIDIA được thiết kế đặc biệt để vượt qua những rào cản nghiên cứu này. Chúng biến đổi mạng từ một đường ống dữ liệu thụ động thành một nền tảng điện toán chủ động, thông minh.

Các ưu điểm công nghệ chính cho HPC và Nghiên cứu:

• Băng thông cực cao: Thông lượng 400 Gb/s trên mỗi cổng đảm bảo rằng dữ liệu từ các công cụ và hệ thống lưu trữ đòi hỏi khắt khe nhất sẽ chảy mà không bị cản trở.
• Giải phóng dựa trên phần cứng: Mellanox ConnectX-7 giải phóng các chức năng quan trọng như MPI (Giao diện truyền thông điệp) tập hợp, NVMe over Fabrics (NVMe-oF) và mã hóa (IPsec/TLS) khỏi CPU máy chủ. Điều này giải phóng các lõi máy chủ có giá trị để tập trung 100% vào chính ứng dụng nghiên cứu.
• Liên kết có thể mở rộng: Hỗ trợ liền mạch cho cả Ethernet hiệu suất cao và vải InfiniBand có độ trễ cực thấp cho phép các tổ chức chọn vải tối ưu cho các khối lượng công việc HPC và AI cụ thể của họ.
• Khả năng lập trình nâng cao: Các lõi ARM tích hợp cung cấp sự linh hoạt để tùy chỉnh các quy trình xử lý dữ liệu và triển khai các giao thức mới trực tiếp trên NIC, đảm bảo cơ sở hạ tầng trong tương lai.

Kết quả định lượng: Hiệu suất, độ trễ và tăng hiệu quả

Việc triển khai Mellanox ConnectX-7 trong môi trường điện toán nghiên cứu mang lại những lợi ích tức thì và có thể đo lường được, tác động trực tiếp đến kết quả nghiên cứu và chi phí vận hành.

Bảng: Ví dụ về các số liệu hiệu suất được quan sát trong môi trường cụm nghiên cứu sau khi nâng cấp lên bộ điều hợp ConnectX-7.

Kết luận: Tăng tốc độ khám phá

Đối với các tổ chức nghiên cứu, việc đầu tư vào một cơ sở hạ tầng mạng tiên tiến không còn là tùy chọn; đó là một mệnh lệnh chiến lược để duy trì tính cạnh tranh. Mellanox ConnectX-7 cung cấp nền tảng thiết yếu cho thập kỷ khám phá khoa học tiếp theo, cho phép các nhà nghiên cứu giải quyết các vấn đề trước đây được cho là không thể giải quyết được. Bằng cách loại bỏ các nút thắt cổ chai mạng, nó tối đa hóa lợi tức đầu tư cho các tài nguyên tính toán và lưu trữ đắt tiền, tăng tốc thời gian khám phá và thúc đẩy một môi trường hợp tác, giàu dữ liệu cho nghiên cứu học thuật.