超級(jí)以太網(wǎng)的興起：推動(dòng)下一代人工智能工作負(fù)載

隨著人工智能（AI）和高性能計(jì)算（HPC）的快速發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來越高。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)在面對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算和海量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)逐漸暴露出性能瓶頸。為了解決這些問題，超級(jí)以太網(wǎng)（UltraEthernet）應(yīng)運(yùn)而生。超級(jí)以太網(wǎng)通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議棧，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)性能，為下一代人工智能工作負(fù)載提供了強(qiáng)大的支持。

超級(jí)以太網(wǎng)的背景與需求

人工智能與高性能計(jì)算的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代人工智能模型的規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，例如，一些生成式AI模型的參數(shù)量已達(dá)到數(shù)萬億個(gè)。這些模型的訓(xùn)練和推理需要在大規(guī)模計(jì)算集群上進(jìn)行，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲和可擴(kuò)展性提出了極高要求。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)在面對(duì)這些需求時(shí)，往往無法滿足高性能計(jì)算和AI工作負(fù)載的苛刻要求。

超級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟的成立

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，2023年7月，Linux基金會(huì)宣布成立超級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟（UltraEthernetConsortium，UEC），其創(chuàng)始成員包括英特爾、AMD、惠普企業(yè)、Arista、Broadcom、思科、Meta和微軟等。該聯(lián)盟的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)基于以太網(wǎng)的開放、可互操作、高性能的全通信堆棧架構(gòu)，以滿足大規(guī)模人工智能和高性能計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)需求。

超級(jí)以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

優(yōu)化的傳輸層協(xié)議

超級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟計(jì)劃開發(fā)一種新的傳輸層協(xié)議——超級(jí)以太網(wǎng)傳輸（UltraEthernetTransport，UET），以取代現(xiàn)有的基于以太網(wǎng)的RDMAoverConvergedEthernet（RoCE）協(xié)議。UET協(xié)議將支持以下特性：

多路徑和分組噴射：通過同時(shí)利用所有可用路徑傳輸數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)更高效的網(wǎng)絡(luò)利用率。

靈活的傳輸順序：允許數(shù)據(jù)包亂序傳輸，減少尾延遲。

現(xiàn)代擁塞控制機(jī)制：優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)擁塞管理，確保在高負(fù)載下仍能保持低延遲。

增強(qiáng)的物理層和鏈路層

超級(jí)以太網(wǎng)不僅優(yōu)化了傳輸層協(xié)議，還對(duì)物理層和鏈路層進(jìn)行了改進(jìn)。這些改進(jìn)包括更高的帶寬、更低的延遲以及更高效的信號(hào)傳輸技術(shù)。通過這些優(yōu)化，超級(jí)以太網(wǎng)能夠在硬件層面大幅提升網(wǎng)絡(luò)性能，滿足大規(guī)模AI和HPC工作負(fù)載的需求。

軟件層的優(yōu)化

超級(jí)以太網(wǎng)的軟件層優(yōu)化主要體現(xiàn)在對(duì)AI和HPC工作負(fù)載的深度支持上。聯(lián)盟正在開發(fā)相關(guān)的API和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以確保超級(jí)以太網(wǎng)能夠無縫集成到現(xiàn)有的AI框架和HPC庫(kù)中。這意味著用戶無需對(duì)現(xiàn)有的工作負(fù)載進(jìn)行大規(guī)模修改，即可遷移到超級(jí)以太網(wǎng)架構(gòu)。

超級(jí)以太網(wǎng)的應(yīng)用案例

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

超級(jí)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化上。通過采用超級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)，數(shù)據(jù)中心能夠?qū)崿F(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)利用率和更低的延遲。例如，騰訊云在實(shí)踐中通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超過90%的網(wǎng)絡(luò)利用率。這種優(yōu)化不僅降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本，還顯著提升了AI訓(xùn)練的效率。

大規(guī)模AI訓(xùn)練

在大規(guī)模AI訓(xùn)練場(chǎng)景中，超級(jí)以太網(wǎng)能夠顯著提升模型訓(xùn)練的速度和效率。通過支持多路徑傳輸和靈活的分組順序，超級(jí)以太網(wǎng)能夠更好地應(yīng)對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算中的數(shù)據(jù)傳輸需求。例如，NVIDIA推出的BlueField-3SuperNIC和Spectrum-4交換機(jī)系統(tǒng)，專為AI工作負(fù)載優(yōu)化，能夠提供高達(dá)400Gb/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

高性能計(jì)算

超級(jí)以太網(wǎng)在高性能計(jì)算中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)計(jì)算集群的優(yōu)化上。通過采用超級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)，計(jì)算集群能夠?qū)崿F(xiàn)更高的計(jì)算效率和更低的延遲。例如，惠普企業(yè)（HPE）正在利用超級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化其高性能計(jì)算解決方案，以滿足大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算和工程模擬的需求。

超級(jí)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

高性能

超級(jí)以太網(wǎng)通過優(yōu)化傳輸層協(xié)議和物理層技術(shù)，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲性能。例如，NVIDIA的SuperNIC能夠提供高達(dá)800Gb/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬，顯著提升了AI工作負(fù)載的效率。

可擴(kuò)展性

超級(jí)以太網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)使其能夠輕松擴(kuò)展以滿足大規(guī)模計(jì)算需求。通過支持多路徑傳輸和靈活的分組順序，超級(jí)以太網(wǎng)能夠在大規(guī)模計(jì)算集群中實(shí)現(xiàn)高效的負(fù)載均衡。

互操作性

超級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟致力于開發(fā)一個(gè)開放、可互操作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這意味著不同的硬件和軟件供應(yīng)商能夠在其基礎(chǔ)上開發(fā)兼容的產(chǎn)品，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。

成本效益

超級(jí)以太網(wǎng)在提升性能的同時(shí)，還注重成本效益。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議棧，超級(jí)以太網(wǎng)能夠在不增加過多成本的情況下，顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能。例如，騰訊云通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超過90%的網(wǎng)絡(luò)利用率，顯著降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。

超級(jí)以太網(wǎng)的未來展望

技術(shù)創(chuàng)新

超級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟正在不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，以滿足未來人工智能和高性能計(jì)算的需求。例如，聯(lián)盟正在開發(fā)新的傳輸層協(xié)議和優(yōu)化的物理層技術(shù)，以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)性能。

行業(yè)合作

超級(jí)以太網(wǎng)的發(fā)展離不開行業(yè)的廣泛合作。聯(lián)盟成員包括英特爾、AMD、惠普企業(yè)、Arista、Broadcom、思科、Meta和微軟等。這些行業(yè)巨頭的合作將推動(dòng)超級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)的快速普及和應(yīng)用。

市場(chǎng)前景

隨著人工智能和高性能計(jì)算市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，超級(jí)以太網(wǎng)的市場(chǎng)前景廣闊。研究公司650Group預(yù)計(jì)，數(shù)據(jù)中心AI網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)規(guī)模將在未來幾年內(nèi)顯著增長(zhǎng)。超級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)的普及將為相關(guān)企業(yè)帶來巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

總結(jié)

超級(jí)以太網(wǎng)的興起為下一代人工智能和高性能計(jì)算工作負(fù)載提供了強(qiáng)大的支持。通過優(yōu)化傳輸層協(xié)議、增強(qiáng)物理層和鏈路層以及優(yōu)化軟件層，超級(jí)以太網(wǎng)能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能。在數(shù)據(jù)中心、大規(guī)模AI訓(xùn)練和高性能計(jì)算等領(lǐng)域，超級(jí)以太網(wǎng)已經(jīng)展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)創(chuàng)新的不斷推進(jìn)和行業(yè)的廣泛合作，超級(jí)以太網(wǎng)將在未來發(fā)揮更大的作用。

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