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InfiniBand

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InfiniBand
Información
Tipo bus
Fabricante Mellanox Technologies
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InfiniBand es un bus de comunicaciones serie de alta velocidad, baja latencia y de baja sobrecarga de CPU, diseñado tanto para conexiones internas como externas.

Sus especificaciones son desarrolladas y mantenidas por la Infiniband Trade Association (IBTA).

Descripción

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Tasas de datos del InfiniBand unidireccional
Año[1]​ Código de línea Tasa de señal (Gbit/s) Tasa de transferencia efectiva (Gb/s)[2]​ Latencia del adaptador (µs)[3]​
1x 4x 8x 12x
SDR 2001, 2003 NRZ 8b/10b[4]​ 2,5 2 8 16 24 5
DDR 2005 5 4 16 32 48 2,5
QDR 2007 10 8 32 64 96 1,3
FDR10 2011 64b/66b 10,3125[5]​ 10 40 80 120 0,7
FDR 2011 14,0625[6]​[7]​ 13,64 54,54 109,08 163,64 0,7
EDR 2014[8]​ 25,78125 25 100 200 300 0,5
HDR 2018[8]​ PAM4 53,125[9]​ 50 200 400 600 <0,6[10]​
NDR 2022[8]​ 256b/257b 106,25[11]​ 100 400 800 1200 a confirmar
XDR a confirmar a confirmar a confirmar 200 200 800 1600 2400
GDR 400 400 1600 3200 4800

Al igual que Fibre Channel, PCI Express y otros modos de interconexión modernos, Infiniband usa un bus serie bidireccional de tal manera que evita los problemas típicos asociados a buses paralelos en largas distancias (en este contexto, una habitación o edificio). A pesar de ser una conexión serie, es muy rápido, ofreciendo una velocidad bruta de unos 2,5 Gigabits por segundo (Gbps) en cada dirección por enlace. Infiniband también soporta doble e incluso cuádruples tasas de transferencia de datos, llegando a ofrecer 5 Gbps y 10 Gbps respectivamente. Se usa una codificación 8B/10B, con lo que, de cada 10 bits enviados solamente 8 son de datos, de tal manera que la tasa de transmisión útil es 4/5 de la media. Teniendo esto en cuenta, los anchos de banda ofrecidos por los modos simple, doble y cuádruple son de 2, 4 y 8 Gbps respectivamente.

Los enlaces pueden añadirse en grupos de 4 o 12, llamados 4X o 12X. Un enlace 12X a cuádruple ritmo tiene un caudal bruto de 120 gbps, y 96 Gbps de caudal eficaz. Actualmente, la mayoría de los sistemas usan una configuración 4X con ritmo simple, aunque los primeros productos soportando doble ritmo ya están penetrando en el mercado. Los sistemas más grandes, con enlaces 12X se usan típicamente en lugares con gran exigencia de ancho de banda, como clústeres de computadores, interconexión en superordenadores y para interconexión de redes.

La latencia teórica de estos sistemas es de unos 160ns. Las reales están en torno a los 6 µs, dependiendo bastante del software y el firmware.

Infiniband usa una topología conmutada de forma que varios dispositivos pueden compartir la red al mismo tiempo (en oposición a la topología en bus). Los datos se transmiten en paquetes de hasta 4 kB que se agrupan para formar mensajes. Un mensaje puede ser una operación de acceso directo a memoria de lectura o escritura sobre un nodo remoto (RDMA), un envío o recepción por el canal, una operación de transacción reversible o una transmisión multicast.

Al igual que en el modelo de canal usado en la mayoría de los mainframes, todas las transmisiones empiezan o terminan con un adaptador de canal. Cada procesador contiene un host channel adapter (HCA) y cada periférico un target channel adapter (TCA). Estos adaptadores también pueden intercambiar información relativa a la seguridad o a la calidad de servicio del enlace.

Ejemplo de adaptadores de puerto InfiniBand hacia bus PCI Express 2.0

Historia

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Infiniband surge como resultado de la unión de dos diseños competidores, Future I/O, desarrollado por Compaq, IBM y Hewlett-Packard, junto con Next Generation I/O (ngio), diseñado por Intel, Microsoft y Sun Microsystems. A su vez, el diseño de Compaq tuvo su origen en Servnet, de Tandem Computer Inc. Unidas ya ambas ramas, durante un breve período de tiempo el nombre de la tecnología fue System I/O, hasta que finalmente se cambió a Infiniband.

Infiniband se diseñó en un principio como una red a nivel de sistema que valdría para conectar procesadores y proporcionar funciones de entrada/salida de alta velocidad para las aplicaciones de bajo nivel. Jugando este papel podría desplazar a muchos estándares de entrada/salida de datos, como PCI, Fibre Channel e incluso algunas redes como Ethernet. En su lugar, todas las CPUs y periféricos se conectarían a un solo nodo de conmutación Infiniband. Esta visión ofrecía un gran número de ventajas aparte de la alta velocidad, como por ejemplo que la entrada/salida dejaría de cargar a los procesadores y dispositivos de almacenamiento. En teoría, esto permitiría crear clústeres a menor precio y con mayor facilidad, porque los dispositivos podrían ser compartidos y movidos fácilmente según la carga de trabajo. Una visión no tan revolucionaria consistía en ver Infiniband como una conexión de baja latencia y gran ancho de banda para datacenters, con enlaces conectando quizá solamente los servidores y almacenamiento, dejando el resto de las conexiones a otros protocolos y estándares como PCI.

Sin embargo, el uso dado a Infiniband ha sido incluso menor. Hoy en día se usa en su mayor parte para clústeres de alto rendimiento, aunque ha habido esfuerzos para adaptar el estándar a conexiones entre máquinas de bajo coste para aplicaciones comerciales y técnicas más usuales. Del TOP500 de Supercomputadores, unas cuantas han usado Infiniband incluyendo el System X de Virginia Tech.

A pesar de no haberse convertido en la tecnología de red multiuso, Infiniband está teniendo más éxito que otras soluciones de conexión entre computadoras, como Quadrics (QsNet) y Myricom (Myrinet). En el segmento de las supercomputadoras, la competencia de Infiniband sigue siendo el bajo costo y relativa difusión de Gigabit Ethernet. Además, los profesionales de redes e informática poseen un vasto conocimiento y experiencia en instalación de Ethernet. Conforme gigabit Ethernet evolucione hacia 10-gigabit Ethernet, Infiniband se enfrentará a una competencia aún más dura. Infiniband conservará un throughput máximo global mayor (en hardware QDR), pero al nivel de 10 Gbit/s y niveles inferiores, la ventaja principal de Infiniband es su arquitectura (más que su velocidad). Otros competidores con Infiniband son las diversas TCP y Ethernet mejoradas, como TCP Offload Engine, y RDMA Ethernet.

Recientemente, SGI ha presentado productos de almacenamiento con "adaptadores objetivo" Infiband.

Referencias

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  1. ↑ Panda, Dhabaleswar K.; Sayantan Sur (2011). «Network Speed Acceleration with IB and HSE». Designing Cloud and Grid Computing Systems with InfiniBand and High-Speed Ethernet. Newport Beach, CA, USA: CCGrid 2011. p. 23. Consultado el 13 de septiembre de 2014. 
  2. ↑ «InfiniBand Roadmap: IBTA - InfiniBand Trade Association». Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2011. Consultado el 27 de octubre de 2009. 
  3. ↑ http://www.hpcadvisorycouncil.com/events/2014/swiss-workshop/presos/Day_1/1_Mellanox.pdf // Mellanox
  4. ↑ «InfiniBand Types and Speeds». 
  5. ↑ «Interfaces». NVIDIA Docs (en inglés). Consultado el 12 de noviembre de 2023. «FDR10 es una velocidad de datos Infiniband no estándar, donde cada línea de un puerto 4x ejecuta una velocidad de bits de 10,3125 GB/s con una codificación de 64b/66b, lo que resulta en un ancho de banda efectivo de 40 GB/s. FDR10 admite un 20% más de ancho de banda sobre QDR debido a una mejor tasa de codificación.» 
  6. ↑ «324-Port InfiniBand FDR SwitchX® Switch Platform Hardware User Manual». nVidia. 29 de abril de 2018. section 1.2. Consultado el 12 de noviembre de 2023. «Descripción general Infiniband FDR y FDR10 [...] FDR, velocidad estándar de datos InfiniBand, donde cada línea de un puerto 4x ejecuta una velocidad de bits de 14,0625 GB/s con una codificación de 64b/66b, lo que resulta en un ancho de banda efectivo de 54,54gb/s. La capa física FDR es una capa física especificada por IBTA que utiliza diferentes tipos de bloques, mecanismo de enderezamiento y reglas de encuadre. El conmutador SX6518 también es compatible con FDR10, una velocidad de datos Infiniband no estándar, donde cada línea de un puerto 4x ejecuta una velocidad de bits de 10,3125 GB/s con una codificación de 64b/66b, lo que resulta en un ancho de banda efectivo de 40 GB/s.» 
  7. ↑ «FDR InfiniBand Fact Sheet». InfiniBand Trade Association. 11 de noviembre de 2021. Archivado desde el original el 26 de agosto de 2016. Consultado el 30 de septiembre de 2021. 
  8. ↑ a b c «InfiniBand Roadmap - Advancing InfiniBand». InfiniBand Trade Association (en inglés estadounidense). 
  9. ↑ «Introduction». NVIDIA Docs (en inglés). Consultado el 12 de noviembre de 2023. 
  10. ↑ https://www.mellanox.com/files/doc-2020/pb-connectx-6-vpi-card.pdf
  11. ↑ «Introduction». NVIDIA Docs (en inglés). Consultado el 12 de noviembre de 2023. 

Enlaces externos

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