100GbE: luksus või hädavajadus?

IEEE P802.3ba, standard 100-gigabiti Etherneti (100GbE) andmeedastuseks, töötati välja ajavahemikus 2007 kuni 2010 [3], kuid sai laialdast kasutust alles 2018 [5]. Miks just 2018 ja mitte varem? Ja miks kohe massiliselt? Sellel on vähemalt viis põhjust...

IEEE P802.3ba töötati välja eelkõige selleks, et rahuldada andakeskuste ja interneti liiklusvahetuspunktide vajadusi (eraldi operaatorite vahel); samuti selleks, et tagada ressursimahukate veebiteenuste, nagu suurte videokogude portaalide (nt YouTube) katkematu toimimine; ja kõrge jõudlusega arvutuste tegemiseks. [3] Tavalised Interneti kasutajad mõjutavad samuti ribalaiuse nõudluse muutumist: paljudel on digikaamerad ja inimesed soovivad oma salvestatud sisu Internetis edastada. Seega kasvab aja jooksul internetis ringleva sisu maht üha enam. Nii professionaalsel kui ka tarbijatasemel. Kõigil nendel juhtudel, kui andmeid edastatakse ühe domeeni kaudu teise, ületab peamiste võrgusõlmede kogusumma ribalaius juba pikka aega 10GbE porte. [1] Just seetõttu tekkis uus standard: 100GbE.

Suured andmekeskused ja pilveteenuse pakkujad rakendavad juba aktiivselt 100GbE-d ning plaanivad järgmise paariaasta jooksul järk-järgult üle minna 200GbE-le ja 400GbE-le. Samuti on nad juba silmas pidanud kiirusena, mis ületab terabitti. [6] Kuigi mõnel suurel pakkujal on 100GbE-le üleminek aset leidnud vaid mullu (näiteks Microsoft Azure). Andmekeskused, mis pakuvad kõrgvõimsusega arvutusi finantsteenuste, valitsusplatvormide, nafta- ja gaasitööstuse ning kommunaalteenuste jaoks, on samuti alustanud üleminekut 100GbE-le. [5]

Ettevõtte andmekeskustes on vajadus läbilaskevõime järele veidi madalam: alles hiljuti sai 10GbE siin hädavajalikuks, mitte luksuseks. Kuid kuna liiklusmahtude tarbimise tempo kasvab üha kiiremalt, on kaheldav, et 10GbE suudab ettevõtte andmekeskustes püsida isegi 10 või isegi 5 aastat. Selle asemel näeme kiiret üleminekut 25GbE-le ja veelgi kiiremat üleminekut 100GbE-le. [6] Nagu märgivad Intel'i analüütikud, suureneb andmekeskuste sisene liiklusmaht igal aastal 25%. [5]

Dell ja Hewlett Packardi analüütikud kinnitavad [4], et 2018. aastast on saanud 100GbE aastateks andmekeskustes. Veel 2018. aasta augustis ületas 100GbE seadmete tarned kahekordselt 2017. aasta kogutarned. Tarnetempo jätkab kasvu, kuna andmekeskused üha enam liiguvad 40GbE lahendustelt. Oodata on, et 2022. aastaks tarnitakse igal aastal 19,4 miljonit 100GbE porti (2017. aastal oli vastav number 4,6 miljonit). [4] Mis puutub kuludesse, siis 2017. aastal kulutati 100GbE portidele 7 miljardit dollarit, ning 2020. aastal, prognooside kohaselt, läheb sinna ca 20 miljardit dollarit (vt joonis 1). [1]

Joonis 1. Statistika ja prognoosid võrgu seadmete nõudluse kohta

Miks just nüüd? 100GbE ei ole niivõrd uus tehnoloogia, seega miks just nüüd toimub selle ümber nii suur elevus?

1) Sest selle tehnoloogia on küpsenud ja odavnenud. Just 2018. aastal ületasime piiri, mil 100-gigabiti pordiga andmekeskuse platvormide kasutamine muutus kasumlikumaks kui mitme 10-gigabiti platvormi „virnastamine”. Näide: Ciena 5170 (vt joonis 2) – kompakne platvorm, mis tagab 800GbE koguvõimekuse (4x100GbE, 40x10GbE). Kui vajalikku läbilaskvust on vaja tagada mitme 10-gigabiti pordi kaudu, siis lisavarustuse kulud, lisaruumi vajadus, ülemäärane elektritarbimine, pidev hooldus, lisavaatamisosad ja täiendavad jahutussüsteemid, kogunevad piisavalt ümmarguseks summaks. [1] Näiteks analüüsides Hewlett Packardi spetsialistid võimalike eeliste üleminekust 10GbE-lt 100GbE-le jõudsid järgmiste numbrite juurde: tootlikkus suurenes (56%), kogukulud vähenesid (27%), elektritarbimine vähenes (31%), kaabelduse keerukus lihtsustus (38%). [5]

Joonis 2. Ciena 5170: näide 100-gigabiti pordiga platvormist

2) Juniper ja Cisco on lõpuks loonud oma 100GbE lülitite jaoks ASIC kiibid. [5] See on kõnekas kinnitust tõsiasjale, et 100GbE tehnoloogia on tõeliselt küps. Asi on selles, et ASIC kiipide tootmine on majanduslikult tasuv vaid siis, kui, esiteks, nende rakendatud loogika ei vaja lähitulevikus muudatusi, ja teiseks, kui valmistatakse suures koguses identseid kiipe. Juniper ja Cisco ei hakkaks neid ASIC-e tootma, kui nad ei oleks kindlad 100GbE küpsuses.

3) Kuna Broadcom, Cavium ja Mellanox Technologies on hakanud tootma 100GbE toealuseid protsessoreid, ja neid protsessoreid kasutatakse juba selliste tootjate lülitites nagu Dell, Hewlett Packard, Huawei Technologies, Lenovo Group jne. [5]

4) Kuna serverid, mis on paigaldatud serveri kabiinidesse, on üha enam varustatud uusimate Intel'i võrkaartidega (vt joonis 3), millel on kaks 25-gigabitti porti, ja mõnikord isegi konvergentsed võrkaartid, millel on kaks 40-gigabitti porti (XXV710 ja XL710). {Joonis 3. Uudised Intel'i võrkaartidest: XXV710 ja XL710}

5) Kuna 100GbE seadmed on tagurpidi ühilduvad, mis lihtsustab juurutamist: olemasolevaid kaableid saab taaskasutada (piisab, kui ühendada uus vastuvõtja-saatja nendega).

Lisaks valmistab 100GbE meid ette uute tehnoloogiate jaoks, nagu "NVMe over Fabrics" (näiteks Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD; vt joonis 4) [8, 10], "Storage Area Network" (SAN) / "Software Defined Storage" (vt joonis 5) [7], RDMA [11], mis ilma 100GbE ei suudaks oma potentsiaali täielikult realiseerida.

Joonis 4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

Joonis 5. "Storage Area Network" (SAN) / "Software Defined Storage"

Lõpuks, eksootilise näitena 100GbE ja sellega seotud kõrge kiirustehnoloogia praktilise vajaduse rakendamisest võib tuua välja Cambridge'i ülikooli teadusliku pilve (vt joonis 6), mis on üles ehitatud 100GbE (Spectrum SN2700 Etherneti lülitid) põhjal. See võimaldab tõhusat töötlust jaotatud kettahoiustamise süsteemis NexentaEdge SDS, mis suudab kergesti ületada 10/40GbE võrgu koormuse. [2] Selliseid kõrge jõudlusega teaduslikke pilvi kasutatakse erinevate rakenduste teaduslike ülesannete täitmiseks [9, 12]. Näiteks kasutavad meditsiinitöötajad selliseid pilvi inimese genoomi dekodeerimiseks, samas kui 100GbE kanalid edastavad teavet ülikoolide teadusgruppide vahel.

Joonis 6. Cambridge'i ülikooli teadusliku pilve fragment

Bibliograafia

1. John Hawkins. 100GbE: Lähemal Äärtele, Lähemal Reaalsusele // 2017.
2. Amit Katz. 100GbE Lülitid – Kas Oled Arvutusi Teinud? // 2016.
3. Margaret Rouse. 100 Gigabit Ethernet (100GbE).
4. David Graves. Dell EMC Toetab 100 Gigabit Etherneti Avatud, Kaasaegses Andmekeskuses // 2018.
5. Mary Branscombe. 100GbE Aasta Andmekeskuste Võrkudes // 2018.
6. Jarred Baker. Liikumine Kiiremalt Ettevõtte Andmekeskuses // 2017.
7. Tom Clark. Ladustamisvõrkude Süsteemide Kavandamine: Praktiline Viide Kiudkanali ja IP SANide Rakendamiseks. 2003. 572 lk.
8. James O’Reilly. Võrgusisalduse teenused: tööriistad ja tehnoloogiad teie ettevõtte andmete salvestamiseks // 2017. 280lk.
9. James Sullivan. Õpilasvõistlus 2017, Texas A’Linna Ülikooli ja Texas State University meeskond: Tersoffi mitme keha potentsiaali vektoreerimise taastootmine Intel Skylake ja NVIDIA V100 arhitektuuridel // Paralleelarvutus. v.79, 2018. lk 30-35.
10. Manolis Katevenis. Järgmise põlvkonna eksaskaalaklassi süsteemid: ExaNeSt projekt // Mikroprotsessorid ja mikro süsteemid. v.61, 2018. lk 58-71.
11. Hari Subramoni. RDMA Etherneti kaudu: esmase uuringu raport // Tööde kogumik kõrge sooritusvõimega ühendustele jaotatud arvutamiseks. 2009.
12. Chris Broekema. Energiatõhusad andmeedastused raadioastronomias tarkvara UDP RDMA abil // Tuleviku põlvkonna arvutisüsteemid. v.79, 2018. lk 215-224.

PS. Alguses ilmus artikkel «Süsteemihalduris».

Ainult registreeritud kasutajad saavad küsitluses osaleda. Logige sisse, palun.

Miks suured andmekeskused hakkasid massiliselt 100GbE-le üle minema?

• Tegelikult keegi ei ole veel liikunud...

• Kuna see tehnoloogia on küpsenud ja odavnenud.

• Kuna Juniper ja Cisco on loonud ASIC-e 100GbE lülititele.

• Kuna Broadcom, Cavium ja Mellanox Technologies on lisanud 100GbE toe.

• Kuna serverites on ilmunud 25- ja 40-giigabitised portid.

• Oma versioon (kirjutage kommentaaridesse)

Hääletas 12 kasutajat. Hoidus 15 kasutajat.

Allikas: habr.com