100GbE: 贅沢品ですか、それとも必需品ですか?

802.3 ギガビット イーサネット (100GbE) でデータを送信するための規格である IEEE P100ba は、2007 年から 2010 年にかけて開発されました [3] が、普及したのは 2018 年になってからです [5]。 なぜそれ以前ではなく 2018 年なのか? そして、なぜすぐに大挙してしまうのでしょうか？ これには少なくとも XNUMX つの理由があります...

IEEE P802.3ba は、主にデータ センターのニーズと (独立した事業者間の) インターネット トラフィック交換ポイントのニーズを満たすために開発されました。 また、大量のビデオ コンテンツを含むポータル (YouTube など) など、リソースを大量に消費する Web サービスの中断のない動作を保証します。 そしてハイパフォーマンスコンピューティングにも。 [3] 一般のインターネット ユーザーも帯域幅要件の変化に貢献しています。多くの人がデジタル カメラを持っており、キャプチャしたコンテンツをインターネット経由でストリーミングしたいと考えています。 それ。 インターネット上で流通するコンテンツの量は、時間の経過とともにますます増大しています。 専門家レベルと消費者レベルの両方で。 これらすべてのケースにおいて、あるドメインから別のドメインにデータを転送する場合、主要なネットワーク ノードの合計スループットは、長い間 10GbE ポートの能力を超えていました。 [1] これが、新しい規格 100GbE の登場の理由です。

大規模なデータセンターやクラウド サービス プロバイダーはすでに 100GbE を積極的に使用しており、数年以内に段階的に 200GbE および 400GbE に移行する予定です。 同時に、彼らはすでにテラビットを超える速度を目指しています。 [6] ただし、昨年になってようやく 100GbE に移行した大手サプライヤーもいくつかあります (Microsoft Azure など)。 金融サービス、政府プラットフォーム、石油・ガスプラットフォーム、公共事業向けのハイパフォーマンスコンピューティングを実行するデータセンターも 100GbE への移行を開始しています。 [5]

エンタープライズ データ センターでは、帯域幅の需要は多少低くなります。ここでは 10GbE が贅沢品ではなく必需品になったのはつい最近のことです。 ただし、トラフィック消費率がますます急速に増加するため、企業のデータセンターで 10GbE が少なくとも 10 年、さらには 5 年間存続するかどうかは疑わしいです。 その代わりに、25GbE への移行が急速に進み、100GbE へのさらに高速な移行が見られるでしょう。 [6] Intel アナリストが指摘しているように、データセンター内のトラフィックの強度は毎年 25% 増加しているからです。 [5]

Dell と Hewlett Packard のアナリストは、4 年はデータセンターにとって 2018GbE の年であると述べています [100]。 2018 年 100 月時点では、2017GbE 機器の納入量は 40 年全体の納入量の 2022 倍でした。 データセンターが一斉に 19,4GbE から移行し始めるにつれ、出荷のペースは加速し続けています。 100 年までに、年間 2017 万個の 4,6GbE ポートが出荷されると予想されています (比較のため、4 年のこの数字は 2017 万個でした)。 [100] コストに関しては、7 年には 2020GbE ポートに 20 億ドルが費やされ、1 年には約 1 億ドルが費やされると予測されています (図 XNUMX を参照)。 [XNUMX]

図 1. ネットワーク機器の需要の統計と予測

なぜ今なのか？ 100GbE は決して新しいテクノロジーではないのに、なぜ今これほど大騒ぎになっているのでしょうか?

1) この技術は成熟し、安価になったため。 データセンターで 2018 ギガビット ポートを備えたプラットフォームを使用する方が、複数の 100 ギガビット プラットフォームを「積み重ねる」よりもコスト効率が高くなったとき、私たちが一線を越えたのは 10 年のことでした。 例: Ciena 5170 (図 2 を参照) は、800 GbE (4x100GbE、40x10GbE) の総スループットを提供するコンパクトなプラットフォームです。 必要なスループットを提供するために複数の 10 ギガビット ポートが必要な場合、追加のハードウェア、追加のスペース、過剰な電力消費、継続的なメンテナンス、追加のスペアパーツ、追加の冷却システムのコストを合計すると、かなりの金額になります。 [1] たとえば、Hewlett Packard の専門家は、10GbE から 100GbE への移行の潜在的なメリットを分析して、次のような数字に到達しました。パフォーマンスの向上 (56%)、総コストの削減 (27%)、消費電力の削減 (31%)、ケーブル接続の簡素化 (38%)。 [5]

図 2. Ciena 5170: 100 ギガビット ポートを備えたサンプル プラットフォーム

2) ジュニパーとシスコはついに、100GbE スイッチ用の独自の ASIC を作成しました。 [5] これは、100GbE テクノロジーが真に成熟しているという事実を雄弁に裏付けています。 実際のところ、ASIC チップを作成するのは、第一に、チップに実装されているロジックを当面変更する必要がない場合、第二に、同一のチップを多数製造する場合にのみコスト効率が高くなります。 ジュニパーとシスコは、100GbE の成熟度に確信がなければ、これらの ASIC を製造しません。

3) Broadcom、Cavium、Mellanox Technologie が 100GbE をサポートするプロセッサを大量生産し始めており、これらのプロセッサはすでに Dell、Hewlett Packard、Huawei Technologies、Lenovo Group などのメーカーのスイッチで使用されているためです。[5]

4) サーバー ラックに収容されるサーバーには、3 ギガビット ポートを 25 つ備えた最新の Intel ネットワーク アダプター (図 40 を参照) が装備されることが増えているため、場合によっては 710 ギガビット ポートを 710 つ備えたコンバージド ネットワーク アダプター (XXV3 および XL710) が装備されることもあります。 {図 710. 最新のインテル NIC: XXVXNUMX および XLXNUMX}

5) 100GbE 機器には下位互換性があるため、導入が簡素化されます。すでに配線されたケーブルを再利用できます (新しいトランシーバーをケーブルに接続するだけです)。

さらに、100GbE の利用可能性により、「NVMe over Fabrics」（たとえば、Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD、図 4 を参照）[8、10]、「ストレージ エリア ネットワーク」（SAN）などの新しいテクノロジーへの準備が整います。 )/「ソフトウェア デファインド ストレージ」 (図 5 を参照) [7]、RDMA [11]、100GbE がなければその可能性を最大限に発揮できませんでした。

図 4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

図 5. 「ストレージ エリア ネットワーク」(SAN) / 「ソフトウェア デファインド ストレージ」

最後に、100GbE および関連する高速テクノロジーの使用に対する実際的な需要の珍しい例として、6GbE (スペクトル) に基づいて構築されたケンブリッジ大学の科学クラウドを挙げることができます (図 100 を参照)。 SN2700 イーサネット スイッチ) - とりわけ、10/40GbE ネットワークに簡単に過負荷をかける可能性がある NexentaEdge SDS 分散ディスク ストレージの効率的な動作を保証するためです。 [2] このような高性能科学クラウドは、さまざまな応用科学問題を解決するために展開されています [9、12]。 たとえば、医学者はこのようなクラウドを使用してヒトゲノムを解読し、100GbE チャネルは大学の研究グループ間の情報転送に使用されます。

図 6. ケンブリッジ大学のサイエンス クラウドの断片

参考文献

1. ジョン・ホーキンス。 100GbE: エッジに近く、現実に近づく // 2017。
2. アミット・カッツ。 100GbE スイッチ – 計算はできましたか? // 2016。
3. マーガレット・ローズ。 100ギガビットイーサネット(100GbE).
4. デビッド・グレイブス。 Dell EMC、オープンで最新のデータセンター向けに 100 ギガビット イーサネットを倍増 // 2018。
5. メアリー・ブランコム。 データセンター ネットワークにおける 100GbE の年 // 2018。
6. ジャレッド・ベイカー。 エンタープライズ データセンターでの迅速な移行 // 2017。
7. トム・クラーク。 ストレージ エリア ネットワークの設計: ファイバー チャネルおよび IP SAN を実装するための実践的なリファレンス。 2003. 572p.
8. ジェームズ・オライリー。 ネットワーク ストレージ: 会社のデータを保存するためのツールとテクノロジ // 2017. 280p.
9. ジェームス・サリバン。 学生クラスター コンペティション 2017、オースティン/テキサス州立大学のテキサス大学チーム: Intel Skylake および NVIDIA V100 アーキテクチャ上で Tersoff マルチボディ ポテンシャルのベクトル化を再現 // 並列コンピューティング。 v.79、2018。pp. 30～35。
10. マノリス・カテベニス。 次世代の Exascale クラス システム: ExaNeSt プロジェクト // マイクロプロセッサとマイクロシステム。 v.61、2018。pp. 58-71。
11. ハリ・スブラモニ。 RDMA over Ethernet: 予備調査 // 分散コンピューティングのための高性能相互接続に関するワークショップの議事録。 2009年。
12. クリス・ブルケマ。 ソフトウェア UDP RDMA // 将来世代コンピュータ システムを使用した電波天文学におけるエネルギー効率の高いデータ転送。 v.79、2018。pp. 215-224。

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大規模なデータセンターが一斉に 100GbE に移行し始めたのはなぜですか?

• 実際のところ、まだ誰もどこにも動き始めていません...

• この技術は成熟し、安価になったため

• ジュニパーとシスコが 100GbE スイッチ用の ASIC を開発したため

• Broadcom、Cavium、Mellanox Technologie が 100GbE サポートを追加したため

• サーバーには 25 ギガビットおよび 40 ギガビットのポートが搭載されているため、

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出所： habr.com