Nos últimos anos, a aplicação da tecnologia de placas de rede RDMA causou um turbilhão no mercado global de comunicações Ethernet. Em particular, alguns gigantes da Internet, como Ali, Tencent, Inspur, Supermicro, Lenovo e outros gigantes da Internet, implantaram um grande número de placas de rede RDMA.RDMA placas de rede em seus servidores. Em 2019, de acordo com relatórios de dados oficiais, o volume de negócios diário da Tmall no Double 11 atingiu 268,4 bilhões de yuans, o pico de inovação de pedidos atingiu 544.000 transações por segundo e o volume de processamento de dados de um único dia atingiu 970 PB. Esse valor chocante apareceu mais uma vez. A aplicação da placa de rede RDMA levou o assunto ao topo.

No entanto, muitos usuários disseram que olhar para esses dados é muito impressionante, mas não sabem como a placa de rede RDMA é usada no ambiente real. De fato, a aplicação real das placas de rede RDMA não é tão misteriosa quanto todos pensam. O surgimento das placas de rede RDMA é, na verdade, para resolver o atraso no processamento de dados no lado do servidor. Em outras palavras, a missão da placa de rede RDMA é reduzir a carga da CPU. Em outras palavras, a missão da placa de rede RDMA é reduzir a carga da CPU, melhorar a taxa de transferência da rede e reduzir o atraso da rede.

1 Sobre o RDMA

O RDMA (nome do termo: Remote Direct Memory Access), que significa acesso direto remoto à memória, é um protocolo de comunicação de rede que foi aplicado pela primeira vez no campo da computação de alto desempenho e que se tornou gradualmente popular nos data centers. O RDMA permite que os programas de usuário ignorem o kernel do sistema operacional (CPU) e interajam diretamente com a placa de rede para comunicação de rede, proporcionando, assim, alta largura de banda e latência extremamente pequena. Portanto, o princípio de funcionamento da placa de rede RDMA é que, em comparação com a placa de rede TCP/CP tradicional, a placa de rede RDMA omite a participação do núcleo (CPU), e todos os dados são transferidos diretamente do aplicativo para a placa de rede.

2 Três protocolos de rede de RDMA

Atualmente, o RDMA geralmente tem trêsprotocolos de rede: Infiniband, RoCE e iWARP

1. O Infiniband é um protocolo de rede adaptado especificamente para RDMA, que pode garantir a confiabilidade da transmissão de dados no nível do hardware. Embora as especificações técnicas e as especificações padrão do InfiniBand tenham sido publicadas oficialmente em 2000, a arquitetura InfiniBand (IBA) tem sido amplamente usada em supercomputadores de cluster depois de 2005. O principal motivo para o desenvolvimento lento é que a Infiniband exige seu próprio hardware dedicado de L2 a L4. O custo da empresa é muito alto. Atualmente, o principal fabricante de redes InfiniBand é a Mellanox.

2. O RoCE é um protocolo de rede que permite que o RDMA seja implementado na Ethernet. Ele pode ser dividido em RoCE v1 e RoCE v2. Muitos internautas acreditam que a arquitetura do RoCE em si foi enxertada do InfiniBand, pois o cabeçalho de rede inferior do RoCE é o cabeçalho Ethernet e o cabeçalho de rede superior é o cabeçalho InfiniBand. É uma rede InfiniBand de baixo custo lançada pela Mellanox (com suporte ao RoCE v1) para atender à demanda do mercado.

As redes RoCE exigem Ethernet sem perdas para obter uma operação de baixa latência, o que significa que os switches Ethernet integrados à rede devem oferecer suporte a mecanismos de ponte de data center (DCB) e controle de fluxo prioritário (PFC) para manter o tráfego sem perdas. No entanto, a dificuldade da Ethernet sem perdas é que a configuração em um ambiente empresarial moderno é um processo complicado, e a escalabilidade será bastante limitada, mas isso não é um problema para empresas com recursos financeiros sólidos. Em segundo lugar, o RoCE pode usar diretamente a placa de rede para servidores de rack ou hosts.

3. O iWARP é um protocolo de rede que permite que o RDMA seja executado no TCP. Sua vantagem é que ele pode ser executado na rede TCP/IP padrão atual. O RDMA pode ser usado somente com a aquisição de uma placa de rede compatível com o iWARP. Para quem tem um orçamento financeiro um pouco menor, é especialmente adequado para empresas. Mas sua desvantagem é que o desempenho é um pouco pior que o do RoCE. Afinal, você recebe pelo que paga. Esse princípio tem sido aplicado desde os tempos antigos.

3, como escolher a marca da placa de rede RDMA

Como diz o ditado, compre de tudo um pouco, o mesmo se aplica à escolha das marcas de placas de rede RDMA. Analisando o mercado global, existem atualmente três grandes marcas de fabricantes de placas de rede RDMA, a saber, Marvell, intel e Mellanox. Entre elas, a Marvell é a marca Qlogic adquirida, e a Mellanox foi adquirida pela NVIDIA.

Como escolhemos as marcas dos fabricantes de placas de rede RDMA? Em primeiro lugar, sabemos que a rede Infiniband da Mellanox é a melhor representante do desempenho da placa de rede RDMA. Ela pode garantir a confiabilidade da transmissão de hardware, mas exige que todo o ambiente ecológico seja equipado com hardware dedicado. Embora as placas de rede RDMA compatíveis com Ethernet já tenham sido lançadas, essa placa de rede RDMA só é compatível com RoCE v1, o que exige que o mecanismo de controle de fluxo prioritário (PFC) seja atendido no switch, o que é caro. Nesse sentido, a maioria das empresas de data center foi excluída.

Restam apenas o RoCE v2 e o iWARP. A Intel é uma empresa americana que se dedica principalmente ao processamento de CPUs. O desempenho do RDMA (protocolos RoCE v2 e iWARP) já é compatível com os controladores Ethernet da série 800. O RoCE v2 é uma versão atualizada do RoCE v1. O maior aprimoramento é o suporte ao roteamento de IP. O maior recurso do protocolo iWARP é que ele pode ser executado em qualquer rede IP e não limita mais a compatibilidade dos equipamentos de suporte de hardware relacionados. Desse ponto de vista, a Intel e a Mellanox, Intel A placa de rede RDMA é mais ecologicamente compatível e econômica.

A Marvell, como dissemos antes, é a marca Qlogic adquirida. A marca Qlogic tem o direito absoluto de falar no mercado de Fibre Channel. Muitos clientes corporativos em todo o mundo adotaram as soluções da QLogic. Em RDMA, a Qlogic e a Intel estão igualmente comprometidas com a RoCE e a Intel. Não há preconceito no iWARP. Os clientes podem usar os protocolos RoCE e iWARP no mesmo adaptador, mas a Marvell anunciou que o controlador de rede Ethernet será descontinuado no próximo ano. Essa é uma notícia muito lamentável.

4. As empresas chinesas pesquisam e desenvolvem de forma independente os fabricantes de placas de rede RDMA

Além dos três gigantes acima, ainda há muitosPlaca de rede RDMA fabricantes com fortes recursos independentes de pesquisa e desenvolvimento na China, como a Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. Em 2019, a Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. (doravante denominada: LR-LINK Lianrui) firmou uma parceria estratégica com a Marvell. Com a forte força da Qlogic em Fibre Channel, ela criou uma placa de rede RDMA exclusivamente para o campo de servidores. Os principais produtos são placas de rede de 10 Gigabit de duas/quatro portas (modelos:LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+), placas de rede de servidor 25G, 10 Gigabit e 25GPlacas de rede OCP 3.0etc. Como os controladores de rede Ethernet da Marvell serão descontinuados no próximo ano, atualmente a placa de rede Marvell existente da LR-LINK Lianrui (função RDMA) é mais para ser encomendada pelos clientes regulares.

Além disso, após junho de 2020, a LR-LINK Lianrui começou a desenvolver de forma independente um adaptador de placa Ethernet baseado na série Intel 800. Os produtos normalmente vendidos são placas de rede de servidor de porta óptica dupla 100G, placas de rede de servidor de porta óptica única 100G, placa de rede de servidor de porta óptica dupla 25G; atualmente no mercado no final da pesquisa estão a placa de rede de servidor de quatro portas ópticas 25G, a placa de rede OCP3.0 de porta óptica dupla 25G e a placa de rede OCP 3.0 de porta dupla 100G, etc., todas com baixa latência e alta taxa de transferência de rede em termos de desempenho.

No futuro, com o rápido aumento da demanda por processamento de dados de data center no campo empresarial, a LR-LINK continuará a aproveitar as vantagens de seu setor, inovar e desenvolver mais placas de rede com alto desempenho, alta taxa de transferência, baixa latência e outras características, e sempre se esforçará para fornecer aos clientes de todo o mundo soluções de placas de rede profissionais de excelente desempenho.