Infiniband的現狀和未來

去年11月13日在美國佛羅里達Tampa召開的一年兩次的巨型計算機博覽會(SC06)上公佈的世界前500名巨型機的排名中用於服務器互聯的公開標準協議Infiniband的佔有率首次超過了私有協議Myrinet,而在所有使用了Infiniband的巨型機中Voltaire又以絕對優勢佔了2/3。另外到今年六月爲止的世界前500名巨型計算機排名中佔有率一直持續上漲的千兆以太網也首次下跌18%。至此經過3年多的較量,在高性能計算(HPC)領域服務器互聯網絡的首選協議已經明確爲Infiniband。在此想就Infiniband的現狀和發展趨勢向各位讀者做一下介紹。
     Infiniband的特點:
     Infiniband協議的主要特點是高帶寬(現有產品的帶寬4xDDR 20Gbps,12x DDR 60Gbps, 4xSDR 10Gbps, 12xSDR 30Gbps、預計兩年後問世的QDR技術將會達到4xQDR 40Gbps,12x QDR 120Gbps)、低時延(交換機延時140ns、應用程序延時3μs、一年後的新的網卡技術將使應用程序延時降低到1μs水平)、系統擴展性好(可輕鬆實現完全無擁塞的數萬端設備的Infiniband網絡)。另外Infiniband標準支持RDMA(Remote Direct Memory Access),使得在使用Infiniband構築服務器、存儲器網絡時比萬兆以太網以及Fibre Channel具有更高的性能、效率和靈活性。
     Infiniband與RDMA:
     Infiniband發展的初衷是把服務器中的總線給網絡化。所以Infiniband除了具有很強的網絡性能以外還直接繼承了總線的高帶寬和低時延。大家熟知的在總線技術中採用的DMA(Direct Memory Access)技術在Infiniband中以RDMA(Remote Direct Memory Access)的形式得到了繼承。這也使Infiniband在與CPU、內存及存儲設備的交流方面天然地優於萬兆以太網以及Fibre Channel。可以想象在用Infiniband構築的服務器和存儲器網絡中任意一個服務器上的CPU可以輕鬆地通過RDMA去高速搬動其他服務器中的內存或存儲器中的數據塊,而這是Fibre Channel和萬兆以太網所不可能做到的。
     Infiniband與其他協議的關係:
     作爲總線的網絡化,Infiniband有責任將其他進入服務器的協議在Infiniband的層面上整合並送入服務器。基於這個目的,今天Volatire已經開發了IP到Infiniband的路由器以及Fibre Channel到Infiniband的路由器。這樣一來客觀上就使得目前幾乎所有的網絡協議都可以通過Infiniband網絡整合到服務器中去。這包括Fibre Channel, IP/GbE, NAS, iSCSI等等。另外2007年下半年Voltaire將推出萬兆以太網到Infiniband的路由器。這裏有一個插曲:萬兆以太網在其開發過程中考慮過多種線纜形式。最後發現只有Infiniband的線纜和光纖可以滿足其要求。最後萬兆以太網開發陣營直接採用了Infiniband線纜作爲其物理連接層。
     Infiniband在存儲中的地位:
     今天的Infiniband可以簡單地整合Fibre Channel SAN、NAS以及iSCSI進入服務器。事實上除了作爲網絡化總線把其他存儲協議整合進服務器之外,Infiniband可以發揮更大的作用。存儲是內存的延伸,具有RDMA功能的Infiniband應該成爲存儲的主流協議。比較一下Infiniband和Fibre Channel我們可以看到Infiniband的性能是Fibre Channel的5倍,Infiniband交換機的延遲是Fibre Channel交換機的1/10。另外在構築連接所有服務器和存儲器的高速網絡時使用Infiniband Fabric可以省去Fiber Channel Fabric,從而給客戶帶來巨大的成本節省。
     今天在使用Infiniband作爲存儲協議方面已經有了很大的進展。作爲iSCSI RDMA的存儲協議iSER已被IETF標準化。
     不同於Fibre Channel,Infiniband在存儲領域中可以直接支持SAN和NAS。存儲系統已不能滿足於傳統的Fibre Channel SAN所提供的服務器與裸存儲的網絡連接架構。Fibre Channel SAN加千兆以太網加NFS的架構已經嚴重限制了系統的性能。在這種情況下應運而生的則是由在Infiniband fabric連接起來的服務器和iSER Infiniband存儲的基礎架構之上的並行文件系統(諸如HP的SFS、IBM的GPFS等等)。在未來的服務器、存儲器網絡的典型結構將會是由Infiniband將服務器和Infiniband存儲器直接連接起來,所有的IP數據網絡將會通過萬兆以太網到Infiniband的路由器直接進入Infiniband Fabric。
     在存儲廠商方面Sun, SGI, LIS LOGIC,飛康軟件等公司都已推出自己的Infiniband存儲產品。在中國新禾科技公司也推出了他們的Infiniband存儲系統。
     從價格的角度,今天的Infiniband是萬兆以太網的幾分之一。Inifiniabnd有比FibreChannel高5倍的性能,在價格上則已與Fibre Channel在同一個數量級上。
     在HPC以外的領域的Infiniband的應用:
     在過去一年裏我們看到Infiniband在HPC以外的領域得到了長足的進步。這主要包括Infiniband在大型網絡遊戲中心的應用、Inifiniband在電視媒體編輯及動畫製作方面的應用。在證券業方面,人們也已經在着手開發以Infiniband爲核心的高速、低遲延交易系統。在銀行業我們也看到了一些以Inifiniband全面取代Fibre Channel的努力。
     明、後年Infiniband的看點:
     Voltaire將於明年秋天推出萬兆以太網到Infiniband的路由器。這將使由Infiniband對數據網絡存儲網絡的整合得到加速。
     Voltaire已經開發出全套的iSER Initiator、Target code。很多存儲合作伙伴在利用Voltaire的iSER code開發他們獨自Infiniband存儲系統。預計在明、後年大家會看到更多的Infiniband存儲系統投放市場。
     Infiniband已經進入刀片服務器(IBM、HP等等),我們在未來的兩年還會看到這方面更多的努力和成功。
     Infiniband標準裝配在服務器上的努力和成功。
     裝載Infiniband存儲的巨型機進入世界前500巨型機列表。
     Infiniband在網絡遊戲業、石油業、電視媒體業、製造業等方面進入企業級應用。
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