100 جيجابت: ترف أم ضرورة أساسية؟

تم تطوير IEEE P802.3ba، وهو معيار لنقل البيانات عبر 100 جيجابت إيثرنت (100 جيجابت)، بين عامي 2007 و2010 [3]، لكنه انتشر على نطاق واسع فقط في عام 2018 [5]. لماذا في عام 2018 وليس قبل ذلك؟ ولماذا على الفور بأعداد كبيرة؟ هناك على الأقل خمسة أسباب لذلك..

تم تطوير IEEE P802.3ba في المقام الأول لتلبية احتياجات مراكز البيانات واحتياجات نقاط تبادل حركة المرور على الإنترنت (بين المشغلين المستقلين)؛ وكذلك ضمان التشغيل دون انقطاع لخدمات الويب كثيفة الاستخدام للموارد، مثل البوابات التي تحتوي على كمية كبيرة من محتوى الفيديو (على سبيل المثال، YouTube)؛ وللحوسبة عالية الأداء. [3] يساهم مستخدمو الإنترنت العاديون أيضًا في تغيير متطلبات النطاق الترددي: يمتلك العديد من الأشخاص كاميرات رقمية، ويريد الأشخاص بث المحتوى الذي يلتقطونه عبر الإنترنت. الذي - التي. أصبح حجم المحتوى المتداول على الإنترنت أكبر وأكبر بمرور الوقت. سواء على المستوى المهني أو الاستهلاكي. في جميع هذه الحالات، عند نقل البيانات من مجال إلى آخر، تجاوز إجمالي معدل النقل لعقد الشبكة الرئيسية منذ فترة طويلة قدرات منافذ 10 جيجابت. [1] وهذا هو السبب وراء ظهور معيار جديد: 100 جيجابت.

تستخدم مراكز البيانات الكبيرة ومقدمو الخدمات السحابية بالفعل 100 جيجابت إيثرنت بشكل نشط، ويخططون للانتقال تدريجيًا إلى 200 جيجابت و400 جيجابت في غضون عامين. وفي الوقت نفسه، فإنهم يبحثون بالفعل عن سرعات تتجاوز التيرابت. [6] على الرغم من أن بعض الموردين الكبار انتقلوا إلى 100 جيجابت في العام الماضي فقط (على سبيل المثال، Microsoft Azure). كما بدأت مراكز البيانات التي تدير حوسبة عالية الأداء للخدمات المالية والمنصات الحكومية ومنصات النفط والغاز والمرافق في الانتقال إلى 100 جيجابت. [5]

في مراكز بيانات المؤسسات، يكون الطلب على النطاق الترددي أقل إلى حد ما: في الآونة الأخيرة فقط أصبحت شبكة 10 جيجابت ضرورة وليس ترفًا هنا. ومع ذلك، مع نمو معدل استهلاك حركة المرور بسرعة أكبر، فمن المشكوك فيه أن 10 جيجابت ستعيش في مراكز بيانات المؤسسات لمدة 10 أو حتى 5 سنوات على الأقل. وبدلاً من ذلك، سنشهد تحركًا سريعًا إلى 25 جيجابت إيثرنت وانتقالًا أسرع إلى 100 جيجابت. [6] لأنه، كما لاحظ محللو شركة إنتل، فإن كثافة حركة المرور داخل مركز البيانات تزداد سنويًا بنسبة 25%. [5]

صرح محللون من Dell وHewlett Packard [4] أن عام 2018 هو عام 100 جيجابت لمراكز البيانات. وبالعودة إلى أغسطس 2018، كانت عمليات تسليم معدات 100 جيجابت أعلى بمرتين من عمليات التسليم لعام 2017 بأكمله. وتستمر وتيرة الشحنات في التسارع حيث تبدأ مراكز البيانات في الابتعاد عن 40 جيجابت في مجموعات كبيرة. ومن المتوقع أنه بحلول عام 2022، سيتم شحن 19,4 مليون منفذ 100 جيجابت سنويًا (في عام 2017، للمقارنة، كان هذا الرقم 4,6 مليون). [4] أما بالنسبة للتكاليف، ففي عام 2017 تم إنفاق 100 مليارات دولار على منافذ 7 جيجابت، وفي عام 2020، وفقًا للتوقعات، سيتم إنفاق حوالي 20 مليار دولار (انظر الشكل 1). [1]

الشكل 1. إحصائيات وتوقعات الطلب على معدات الشبكات

لماذا الان؟ 100 جيجا بايت ليست تقنية جديدة تمامًا، فلماذا يوجد الكثير من الضجيج حولها الآن؟

1) لأن هذه التكنولوجيا نضجت وأصبحت أرخص. لقد تجاوزنا الحدود في عام 2018 عندما أصبح استخدام الأنظمة الأساسية ذات منافذ 100 جيجابت في مركز البيانات أكثر فعالية من حيث التكلفة من "تكديس" العديد من الأنظمة الأساسية ذات 10 جيجابت. مثال: Ciena 5170 (انظر الشكل 2) عبارة عن نظام أساسي مدمج يوفر إنتاجية إجمالية تبلغ 800 جيجابت (4x100 جيجابت، و40x10 جيجابت). إذا كانت هناك حاجة إلى منافذ متعددة بسرعة 10 جيجابت لتوفير الإنتاجية اللازمة، فإن تكاليف الأجهزة الإضافية والمساحة الإضافية والاستهلاك الزائد للطاقة والصيانة المستمرة وقطع الغيار الإضافية وأنظمة التبريد الإضافية تضيف ما يصل إلى مبلغ مرتب جدًا. [1] على سبيل المثال، توصل المتخصصون في شركة Hewlett Packard، عند تحليل الفوائد المحتملة للانتقال من 10GbE إلى 100GbE، إلى الأرقام التالية: أداء أعلى (56%)، انخفاض إجمالي التكاليف (27%)، استهلاك أقل للطاقة (31%)، تبسيط توصيلات الكابلات (بنسبة 38%). [5]

الشكل 2. Ciena 5170: نموذج لمنصة تحتوي على 100 منفذ جيجابت

2) قامت Juniper وCisco أخيرًا بإنشاء أجهزة ASIC الخاصة بهما لمحولات 100 جيجابت. [5] وهذا تأكيد بليغ لحقيقة أن تقنية 100 جيجابت إيثرنت ناضجة حقًا. الحقيقة هي أن إنشاء شرائح ASIC يكون فعالاً من حيث التكلفة فقط عندما، أولاً، عندما لا يتطلب المنطق المطبق عليها تغييرات في المستقبل المنظور، وثانيًا، عندما يتم تصنيع عدد كبير من الرقائق المتطابقة. لن تقوم Juniper وCisco بإنتاج أجهزة ASIC هذه دون الثقة في نضج 100 جيجابت.

3) لأن Broadcom وCavium وMellanox Technologie قد بدأوا في إنتاج معالجات تدعم 100 جيجابت إيثرنت، وهذه المعالجات تُستخدم بالفعل في المحولات من الشركات المصنعة مثل Dell وHewlett Packard وHuawei Technologies وLenovo Group وما إلى ذلك. [5]

4) نظرًا لأن الخوادم الموجودة في رفوف الخوادم مجهزة بشكل متزايد بأحدث محولات شبكة Intel (انظر الشكل 3)، مع منفذين بسرعة 25 جيجابت، وأحيانًا محولات شبكة متقاربة بمنفذين بسرعة 40 جيجابت (XXV710 وXL710). {الشكل 3. أحدث بطاقات NIC من Intel: XXV710 وXL710}

5) لأن معدات 100 جيجابت متوافقة مع الإصدارات السابقة، مما يبسط النشر: يمكنك إعادة استخدام الكابلات الموجهة بالفعل (فقط قم بتوصيل جهاز إرسال واستقبال جديد بها).

بالإضافة إلى ذلك، فإن توفر 100 جيجابت يؤهلنا لتقنيات جديدة مثل "NVMe over Fabrics" (على سبيل المثال، Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD؛ انظر الشكل 4) [8، 10]، "شبكة منطقة التخزين" (SAN) ) / "التخزين المحدد بالبرمجيات" (انظر الشكل 5) [7]، RDMA [11]، والتي بدون 100 جيجابت إيثرنت لن تتمكن من تحقيق إمكاناتها الكاملة.

الشكل 4. Samsung Evo Pro 256 جيجابايت NVMe PCIe SSD

الشكل 5. "شبكة منطقة التخزين" (SAN) / "التخزين المحدد بالبرمجيات"

أخيرًا، كمثال غريب للطلب العملي على استخدام 100 جيجابت إيثرنت والتقنيات عالية السرعة ذات الصلة، يمكننا الاستشهاد بالسحابة العلمية لجامعة كامبريدج (انظر الشكل 6)، والتي تم بناؤها على أساس 100 جيجابت إيثرنت (الطيف) محولات إيثرنت SN2700) - من أجل ضمان التشغيل الفعال لتخزين الأقراص الموزعة NexentaEdge SDS، والتي يمكنها بسهولة زيادة التحميل على شبكة 10/40 جيجابت إيثرنت. [2] يتم نشر مثل هذه السحب العلمية عالية الأداء لحل مجموعة واسعة من المشكلات العلمية التطبيقية [9، 12]. على سبيل المثال، يستخدم علماء الطب مثل هذه السحب لفك رموز الجينوم البشري، ويتم استخدام قنوات 100 جيجابت لنقل المعلومات بين مجموعات البحث الجامعية.

الشكل 6. جزء من سحابة العلوم بجامعة كامبريدج

قائمة المراجع

1. جون هوكينز. 100 جيجابت: أقرب إلى الحافة، أقرب إلى الواقع // 2017.
2. أميت كاتز. محولات 100 جيجابت – هل قمت بالحسابات؟ // 2016.
3. مارغريت روز. 100 جيجابت إيثرنت (100 جيجابت).
4. ديفيد جريفز. تعمل شركة Dell EMC على مضاعفة توفير شبكة إيثرنت بسرعة 100 جيجابت لمركز البيانات المفتوح والحديث // 2018.
5. ماري برانسكومب. عام 100 جيجابت في شبكات مراكز البيانات // 2018.
6. جاريد بيكر. التحرك بشكل أسرع في مركز بيانات المؤسسة // 2017.
7. توم كلارك. تصميم شبكات منطقة التخزين: مرجع عملي لتنفيذ القنوات الليفية وشبكات IP SAN. 2003. 572 ص.
8. جيمس أوريلي. تخزين الشبكة: أدوات وتقنيات لتخزين بيانات شركتك // 2017. 280 صفحة.
9. جيمس سوليفان. مسابقة مجموعة الطلاب لعام 2017، فريق جامعة تكساس في أوستن/جامعة ولاية تكساس: إعادة إنتاج توجيه إمكانات Tersoff متعددة الأجسام على معماريات Intel Skylake وNVIDIA V100 // الحوسبة المتوازية. الإصدار 79، 2018. ص. 30-35.
10. مانوليس كاتيفينيس. الجيل التالي من الأنظمة من فئة Exascale: مشروع ExaNeSt // المعالجات الدقيقة والأنظمة الدقيقة. الإصدار 61، 2018. ص. 58-71.
11. هاري سوبراموني. RDMA عبر الإيثرنت: دراسة أولية // وقائع ورشة العمل حول الوصلات البينية عالية الأداء للحوسبة الموزعة. 2009.
12. كريس برويكيما. عمليات نقل البيانات الموفرة للطاقة في علم الفلك الراديوي باستخدام برنامج UDP RDMA // أنظمة كمبيوتر الجيل المستقبلي. الإصدار 79، 2018. ص. 215-224.

PS. تم نشر المقال في الأصل في "مدير النظام".

يمكن للمستخدمين المسجلين فقط المشاركة في الاستطلاع. تسجيل الدخول، من فضلك.

لماذا بدأت مراكز البيانات الكبيرة في الانتقال بشكل جماعي إلى 100 جيجابت؟

• في الحقيقة، لم يبدأ أحد بالتحرك إلى أي مكان بعد...

• لأن هذه التكنولوجيا نضجت وأصبحت أرخص

• لأن Juniper وCisco قامتا بإنشاء ASICs لمحولات 100 جيجابت

• لأن Broadcom وCavium وMellanox Technologie أضافوا دعمًا بسرعة 100 جيجابت

• لأن الخوادم تحتوي الآن على منافذ 25 و40 جيجابت

• نسختك (اكتب في التعليقات)

صوت 12 مستخدمين. امتنع 15 مستخدما عن التصويت.

المصدر: www.habr.com