Nvidia erweitert die Leistungsfähigkeit seiner InfiniBand-Netzwerkplattform, um die zunehmend verbreiteten Anforderungen von Cloud-Service-Providern (CSPs) und Supercomputing-Zentren an Leistung, Sicherheit und die Ausführung moderner Workloads wie künstlicher Intelligenz (KI), Datenanalyse und High-Performance Computing (HPC) zu erfüllen.
Auf dem virtuellen GTC-Event des Unternehmens stellte Gründer und CEO Jensen Huang Quantum-2, eine 400-Gigabit-Ethernet-InfiniBand-Netzwerkplattform, vor, die nicht nur Nvidias Quantum-2-Switch, sondern auch Software zu dessen Unterstützung sowie die Wahl zwischen dem Netzwerk-Interface-Controller (NIC) ConnectX-7 des Anbieters und der kommenden Datenverarbeitungseinheit (DPU) BlueField-3 umfassen wird.
Die neue Netzwerkplattform kommt zu einem Zeitpunkt, an dem immer mehr Nutzer auf Supercomputing-Einrichtungen zugreifen – viele davon von außerhalb ihrer Organisationen –, während CSPs wie Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure und Google Cloud Unternehmen zunehmend Supercomputing-Dienste anbieten, so Nvidia-Vertreter.
„Quantum-2 ist die erste Netzwerkplattform, die die Leistung eines Supercomputers mit der gemeinsamen Nutzbarkeit von Cloud Computing verbindet“, sagte Huang während seiner GTC-Keynote. „Das war bisher nie möglich. Bis Quantum-2 bekam man entweder Bare-Metal-High-Performance oder sichere Mandantenfähigkeit, nie beides. Mit Quantum-2 wird Ihr wertvoller Supercomputer Cloud-nativ und deutlich besser ausgelastet sein.“
Computing wird zunehmend verteilt
Da Computing zunehmend zwischen lokalen Rechenzentren, mehreren öffentlichen Clouds und dem schnell wachsenden Edge verteilt wird, wird das Netzwerk zum zentralen Verbindungswerkzeug – nicht nur, um Daten zu übertragen, sondern auch, um sie zu verwalten und zu sichern.
„Beim verteilten Computing ist das Netzwerk das zentrale Nervensystem des Computers“, sagte Huang. „Das Netzwerk verbindet Tausende GPUs zu einem riesigen Supercomputer und bestimmt dessen Skalierbarkeit und letztendliche Leistung.“
Quantum-2 umfasst laut dem CEO einen neuen 7-Nanometer-InfiniBand-Switch-Chip – etwa so groß wie Nvidias A100-GPU – sowie 64 Ports mit 400 Gb/s oder 128 Ports mit 200 Gbit/s. Er kann bis zu 2.048 Ports verbinden, ein deutlicher Sprung gegenüber den 800 Ports von Quantum-1, und bietet damit mehr als die fünffache Switching-Kapazität. Darüber hinaus kann Quantum-2 innerhalb der Drei-Hop-Dragonfly-Interconnect-Topologie auf 1 Million Endpunkte skaliert werden – das ist 6,5-mal mehr als bei der aktuellen Generation, so Huang.
„Die Nanosekunden-Taktung wird es Cloud-Rechenzentren außerdem ermöglichen, Teil des Telekommunikationsnetzes zu werden und softwaredefinierte 5G-Funkdienste zu hosten“, sagte Huang. „Wäre Nvidias Selene-DGX-Supercomputer heute mit Quantum-2 ausgestattet, läge die Gesamtbandbreite bei 224.000 Gigabyte pro Sekunde – oder ungefähr beim Eineinhalbfachen des gesamten Datenverkehrs im Internet.“
Mit 400 Gb/s verdoppelt Quantum-2 die Netzwerkgeschwindigkeit und verdreifacht die Zahl der Netzwerk-Ports. Die Leistung wird verdreifacht und der Bedarf an Fabric-Switches im Rechenzentrum um den Faktor sechs reduziert, während der Stromverbrauch und der Platzbedarf des Rechenzentrums jeweils um 7 Prozent sinken, so Huang.
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Neue Funktionen von Quantum-2
Zu den wichtigsten neuen Funktionen gehört die Leistungsisolierung, die verhindert, dass die Aktivität eines Mandanten andere beeinträchtigt, sowie ein Cloud-natives, auf Telemetrie basierendes System zur Überlastungssteuerung, das sicherstellt, dass Sender mit hohen Datenraten das Netzwerk nicht überlasten und den Datenverkehr blockieren. Es bietet die In-Switch-Verarbeitung SHARPv3 mit 32-mal mehr Beschleunigungs-Engines, um das Training von KI-Anwendungen zu beschleunigen. Ein Zeitsynchronisationssystem mit Nanosekundenpräzision kann zudem verteilte Anwendungen einschließlich der Datenbankverarbeitung synchronisieren, wodurch der Aufwand für Wartezeiten und Handshakes innerhalb des Netzwerks sinkt.
Das System bietet über Nvidias UFM-Cyber-AI-Plattform Funktionen für die vorausschauende Wartung.
Nvidia bietet für Quantum-2 zwei Optionen für Netzwerk und Endpunkte an. ConnectX-7 wird mit 8 Milliarden Transistoren ausgestattet sein und laut Nvidia-Vertretern die Datenrate von ConnectX-6 verdoppeln sowie die Leistung von Remote Direct Memory Access (RDMA), GPUDirect Storage, GPUDirect RDMA und In-Network Computing verdoppeln. Die Bemusterung der NIC beginnt im Januar.
BlueField-3 InfiniBand wird unterdessen 22 Milliarden Transistoren und 16 64-Bit-Arm-CPUs umfassen, um den Infrastruktur-Stack des Rechenzentrums auszulagern und zu isolieren. Die Bemusterung beginnt im Mai 2022.
Der Aufstieg der Datenverarbeitungseinheiten (DPUs)
Eine Reihe von Halbleiteranbietern – nicht nur Nvidia, sondern auch Intel, Broadcom, Marvell, Aruba Networks von Hewlett Packard Enterprise, und Xilinx (das AMD für 35 Milliarden US-Dollar zu kaufen versucht) – nutzt Technologien wie Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), um DPUs zu entwickeln, die Netzwerk-, Speicher- und andere Aufgaben von der CPU auslagern und so die Leistung beschleunigen.
Nvidia, das seine Netzwerkfähigkeiten erweiterte, als es 2019 den Interconnect-Anbieter Mellanox für 6,9 Milliarden US-Dollar kaufte, sieht in den BlueField-DPUs eine Möglichkeit, eine Reihe solcher Aufgaben von der CPU zu verlagern, die laut Nvidia-Vertretern bis zu 30 Prozent der Kapazität eines Computerchips beanspruchen. Huang sagte, dass etwa 1.400 Entwickler mit BlueField-DPUs arbeiten.
Auf der Veranstaltung kündigte Nvidia außerdem BlueField DOCA 1.2 an, eine Sammlung von Cybersicherheitsfunktionen, mit denen Unternehmen durch die Auslagerung von Infrastruktursoftware schneller eine Zero-Trust-Architektur aufbauen können.
„Schutz am Perimeter und die Segmentierung von Arbeitsgruppen reichen nicht mehr aus“, sagte Huang. „Jeder Berührungspunkt von Anwendungen, Daten, Nutzern und Geräten stellt eine potenzielle Angriffsfläche dar. Da BlueField der Netzwerkendpunkt ist, können wir ein Rechenzentrum praktisch an jedem Berührungspunkt absichern.“
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Sicherheitsbedenken nehmen zu
Er wies darauf hin, dass sowohl Cloud Computing als auch maschinelles Lernen die Art von Rechenzentren verändern und containerbasierte Anwendungen es Hyperscalern ermöglichen, ihre Umgebungen schnell horizontal zu skalieren und gleichzeitig Millionen von Nutzern für ihre Dienste zu gewinnen.
„Die einfache horizontale Skalierung und Orchestrierung hat ihren Preis: Der Ost-West-Netzwerkverkehr hat durch die Nachrichtenübermittlung zwischen Maschinen enorm zugenommen, und diese disaggregierten Anwendungen öffnen innerhalb des Rechenzentrums zahlreiche Ports, die vor Cyberangriffen geschützt werden müssen“, sagte er.
Der BlueField DOC 1.2, der Ende des Monats in den Early Access gehen soll, ist Teil einer größeren Zero-Trust-Sicherheitsplattform, zu der auch Nvidias Morpheus gehört, ein Deep-Learning-Framework mit einem neuen Workflow zur Erstellung digitaler Fingerabdrücke, um Anomalien im Netzwerk zu erkennen und darauf zu reagieren
Der Quantum-2-Switch ist bei zahlreichen Infrastrukturanbietern und Systemherstellern erhältlich, darunter Dell Technologies, HPE, Lenovo, IBM DataDirect Networks und Inspur.
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