Giải pháp NIC NVIDIA: Yếu tố cần thiết triển khai để tối ưu hóa truyền tải độ trễ thấp RDMA/RoCE

Trong kỷ nguyên của AI và điện toán hiệu năng cao, độ trễ mạng đã trở thành một nút thắt cổ chai quan trọng. Các card giao diện mạng của NVIDIA, với khả năng RDMA và RoCE tiên tiến, được thiết kế đặc biệt để loại bỏ nút thắt cổ chai này và mang lại hiệu năng chưa từng có cho các khối lượng công việc chuyên sâu về dữ liệu.

Cách tiếp cận của NVIDIA đối với mạng hiệu năng cao xoay quanh việc loại bỏ chi phí hoạt động của ngăn xếp mạng truyền thống trong khi vẫn duy trì độ tin cậy. Kiến trúc này được xây dựng dựa trên một số nguyên tắc chính:

• Cơ chế bỏ qua kernel để loại bỏ sự tham gia của CPU trong việc truyền dữ liệu
• Tải xuống vận chuyển dựa trên phần cứng để thực hiện các thao tác sao chép bằng không
• Độ trễ cực thấp giữa bộ nhớ ứng dụng và mạng
• Kiểm soát tắc nghẽn thông minh và quản lý lưu lượng

Truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa (RDMA) đại diện cho một sự thay đổi cơ bản trong cách dữ liệu di chuyển trên mạng. Việc triển khai của NVIDIA mang lại:

• Truyền bộ nhớ-tới-bộ nhớ trực tiếp mà không cần sự can thiệp của CPU
• Độ trễ dưới 1 micro giây cho giao tiếp trong rack
• Thông lượng tốc độ đường truyền bất kể kích thước gói
• Sử dụng CPU tối thiểu, giải phóng chu kỳ cho khối lượng công việc của ứng dụng

Điều này làm cho NIC của NVIDIA đặc biệt có giá trị đối với các cụm đào tạo AI, nơi RDMA có thể giảm thời gian đào tạo tới 40% so với mạng truyền thống.

RDMA qua Ethernet hội tụ (RoCE) đã nổi lên như giao thức chủ đạo để triển khai RDMA trong môi trường Ethernet tiêu chuẩn. Việc triển khai RoCE của NVIDIA bao gồm:

• Hỗ trợ toàn diện cho RoCE v2 với khả năng định tuyến IP
• Các thuật toán kiểm soát tắc nghẽn nâng cao (DCQCN, TIMELY)
• Kiểm soát luồng dựa trên mức độ ưu tiên (PFC) cho Ethernet không mất dữ liệu
• Cơ chế thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN) nâng cao

Triển khai NIC của NVIDIA để có hiệu suất RDMA tối đa đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến một số lĩnh vực quan trọng:

• Cấu hình cơ sở hạ tầng mạng: Cài đặt PFC và ECN thích hợp trên các bộ chuyển mạch
• Căn chỉnh MTU: Khung jumbo (thường là 9000 MTU) để truyền lớn hiệu quả
• Quản lý cặp hàng đợi: Số lượng cặp hàng đợi tối ưu dựa trên nhu cầu của ứng dụng
• Phân bổ bộ đệm: Đủ bộ đệm nhận để ngăn chặn tình trạng thiếu tài nguyên

NIC của NVIDIA mang lại những lợi ích lớn nhất khi các ứng dụng được thiết kế đặc biệt để tận dụng các khả năng của RDMA:

• Triển khai MPI được tối ưu hóa cho các hoạt động RDMA
• Hệ thống lưu trữ sử dụng RDMA để truy cập khối từ xa
• Các framework AI có hỗ trợ RDMA tích hợp để đồng bộ hóa tham số
• Hệ thống cơ sở dữ liệu sử dụng RDMA để xử lý giao dịch phân tán

Duy trì hiệu suất RDMA tối ưu đòi hỏi các khả năng giám sát toàn diện:

• Đo từ xa theo thời gian thực để phát hiện và phân tích tắc nghẽn
• Bộ đếm lỗi chi tiết để xác định sự cố nhanh chóng
• Tích hợp với NVIDIA NetQ để có khả năng hiển thị trên toàn mạng
• Chẩn đoán nâng cao cho các sự cố kết nối RoCE

Trong các tình huống đào tạo AI, NIC của NVIDIA với RDMA thể hiện những lợi thế đáng kể:

• Băng thông gần như vô hạn cho tất cả các hoạt động giảm
• Độ trễ xác định cho đào tạo đồng bộ
• Hiệu suất có thể mở rộng trên hàng nghìn nút
• Tích hợp liền mạch với công nghệ NVIDIA GPUDirect

Sự kết hợp giữa chuyên môn phần cứng của NVIDIA và hệ sinh thái phần mềm toàn diện tạo ra một giải pháp hấp dẫn cho các tổ chức xây dựng cơ sở hạ tầng AI thế hệ tiếp theo. Việc tập trung vào các công nghệ RDMA và RoCE định vị NIC của NVIDIA là những thành phần thiết yếu trong việc theo đuổi mạng hiệu năng cao thực sự.

Khi khối lượng dữ liệu tiếp tục tăng và các yêu cầu về độ trễ trở nên khắt khe hơn, cam kết của NVIDIA trong việc thúc đẩy công nghệ mạng đảm bảo rằng các giải pháp NIC của họ sẽ vẫn ở vị trí tiên phong trong cơ sở hạ tầng điện toán hiệu năng cao.