🥇100GbE: ความหรูหราหรือความจำเป็น?

IEEE P802.3ba ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับการส่งข้อมูลบน 100 Gigabit Ethernet (100GbE) ได้รับการพัฒนาระหว่างปี 2007 ถึง 2010 [3] แต่เริ่มแพร่หลายในปี 2018 เท่านั้น [5] ทำไมในปี 2018 และไม่ก่อนหน้านี้? แล้วทำไมถึงออกมาเป็นฝูงในทันที? มีเหตุผลอย่างน้อยห้าประการสำหรับสิ่งนี้...

IEEE P802.3ba ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของศูนย์ข้อมูลและจุดแลกเปลี่ยนการรับส่งข้อมูลอินเทอร์เน็ตเป็นหลัก (ระหว่างผู้ให้บริการอิสระ) เช่นเดียวกับเพื่อให้แน่ใจว่าการดำเนินงานบริการเว็บที่ใช้ทรัพยากรจำนวนมากไม่หยุดชะงัก เช่น พอร์ทัลที่มีเนื้อหาวิดีโอจำนวนมาก (เช่น YouTube) และสำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูง [3] ผู้ใช้อินเทอร์เน็ตทั่วไปมีส่วนในการเปลี่ยนแปลงความต้องการแบนด์วิดท์: ผู้คนจำนวนมากมีกล้องดิจิทัล และผู้คนต้องการสตรีมเนื้อหาที่พวกเขาบันทึกผ่านอินเทอร์เน็ต ที่. ปริมาณเนื้อหาที่หมุนเวียนบนอินเทอร์เน็ตมีมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ทั้งในระดับอาชีพและผู้บริโภค ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมด เมื่อถ่ายโอนข้อมูลจากโดเมนหนึ่งไปยังอีกโดเมนหนึ่ง ปริมาณงานรวมของโหนดเครือข่ายหลักนั้นเกินความสามารถของพอร์ต 10GbE มานานแล้ว [1] นี่คือเหตุผลของการเกิดขึ้นของมาตรฐานใหม่: 100GbE

ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่และผู้ให้บริการระบบคลาวด์กำลังใช้งาน 100GbE อยู่แล้ว และวางแผนที่จะค่อยๆ เปลี่ยนไปใช้ 200GbE และ 400GbE ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ในเวลาเดียวกัน พวกเขากำลังดูความเร็วที่เกินเทราบิตอยู่แล้ว [6] แม้ว่าจะมีซัพพลายเออร์รายใหญ่บางรายที่เปลี่ยนไปใช้ 100GbE ในปีที่แล้วเท่านั้น (เช่น Microsoft Azure) ศูนย์ข้อมูลที่ใช้การประมวลผลประสิทธิภาพสูงสำหรับบริการทางการเงิน แพลตฟอร์มของรัฐบาล แพลตฟอร์มน้ำมันและก๊าซ และสาธารณูปโภค ก็เริ่มเปลี่ยนไปใช้ 100GbE เช่นกัน [5]

ในศูนย์ข้อมูลระดับองค์กร ความต้องการแบนด์วิดท์ค่อนข้างต่ำกว่า: เพียงไม่นานนี้ 10GbE ก็กลายเป็นสิ่งจำเป็นมากกว่าความหรูหราที่นี่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอัตราปริมาณการใช้ข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงเป็นที่น่าสงสัยว่า 10GbE จะอยู่ในศูนย์ข้อมูลขององค์กรเป็นเวลาอย่างน้อย 10 หรือ 5 ปี แต่เราจะเห็นการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเป็น 25GbE และการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วยิ่งขึ้นไปยัง 100GbE [6] เนื่องจากตามที่นักวิเคราะห์ของ Intel ระบุไว้ ความหนาแน่นของการรับส่งข้อมูลภายในศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้น 25% ต่อปี [5]

นักวิเคราะห์จาก Dell และ Hewlett Packard ระบุ [4] ว่าปี 2018 เป็นปีแห่ง 100GbE สำหรับศูนย์ข้อมูล ย้อนกลับไปในเดือนสิงหาคม 2018 การส่งมอบอุปกรณ์ 100GbE สูงเป็นสองเท่าของการส่งมอบตลอดทั้งปี 2017 และความเร็วของการจัดส่งยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากศูนย์ข้อมูลเริ่มขยับออกจาก 40GbE เป็นจำนวนมาก คาดว่าภายในปี 2022 จะมีการจัดส่งพอร์ต 19,4GbE จำนวน 100 ล้านพอร์ตต่อปี (ในปี 2017 สำหรับการเปรียบเทียบ ตัวเลขนี้คือ 4,6 ล้านพอร์ต) [4] สำหรับค่าใช้จ่าย ในปี 2017 มีการใช้เงิน 100 พันล้านดอลลาร์ไปกับพอร์ต 7GbE และในปี 2020 ตามการคาดการณ์ จะใช้ไปประมาณ 20 หมื่นล้านดอลลาร์ (ดูรูปที่ 1) [1]

รูปที่ 1 สถิติและการคาดการณ์ความต้องการอุปกรณ์เครือข่าย

ทำไมตอนนี้? 100GbE ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่จริงๆ แล้วเหตุใดจึงมีกระแสนิยมมากมายในตอนนี้?

1) เพราะเทคโนโลยีนี้มีความเจริญและมีราคาถูกลง ในปี 2018 เราได้ก้าวล้ำหน้าเมื่อใช้แพลตฟอร์มที่มีพอร์ต 100 กิกะบิตในศูนย์ข้อมูลซึ่งคุ้มค่ากว่าการ "ซ้อน" แพลตฟอร์ม 10 กิกะบิตหลายๆ แพลตฟอร์ม ตัวอย่าง: Ciena 5170 (ดูรูปที่ 2) เป็นแพลตฟอร์มขนาดกะทัดรัดที่ให้ทรูพุตรวม 800GbE (4x100GbE, 40x10GbE) หากจำเป็นต้องใช้พอร์ต 10 กิกะบิตหลายพอร์ตเพื่อให้ปริมาณงานที่จำเป็น ค่าใช้จ่ายของฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม พื้นที่เพิ่มเติม การใช้พลังงานส่วนเกิน การบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง อะไหล่เพิ่มเติม และระบบระบายความร้อนเพิ่มเติม รวมกันแล้วค่อนข้างเป็นระเบียบเรียบร้อย [1] ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญของฮิวเล็ตต์แพ็กการ์ด ซึ่งวิเคราะห์ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการเปลี่ยนจาก 10GbE เป็น 100GbE ได้ตัวเลขต่อไปนี้: ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น (56%) ต้นทุนรวมลดลง (27%) การใช้พลังงานลดลง (31%) ลดความซับซ้อนของการเชื่อมต่อสายเคเบิล (38%) [5]

รูปที่ 2 Ciena 5170: ตัวอย่างแพลตฟอร์มที่มีพอร์ต 100 Gigabit

2) Juniper และ Cisco ได้สร้าง ASIC ของตัวเองสำหรับสวิตช์ 100GbE ในที่สุด [5] ซึ่งเป็นการยืนยันอย่างชัดเจนถึงความจริงที่ว่าเทคโนโลยี 100GbE นั้นมีความสมบูรณ์อย่างแท้จริง ความจริงก็คือการสร้างชิป ASIC นั้นคุ้มค่าก็ต่อเมื่อประการแรกตรรกะที่นำไปใช้กับชิปนั้นไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงในอนาคตอันใกล้และประการที่สองเมื่อมีการผลิตชิปที่เหมือนกันจำนวนมาก Juniper และ Cisco จะไม่ผลิต ASIC เหล่านี้หากไม่มั่นใจในความสมบูรณ์ของ 100GbE

3) เนื่องจาก Broadcom, Cavium และ Mellanox Technologie ได้เริ่มผลิตโปรเซสเซอร์ที่รองรับ 100GbE และโปรเซสเซอร์เหล่านี้ถูกใช้ในสวิตช์จากผู้ผลิตเช่น Dell, Hewlett Packard, Huawei Technologies, Lenovo Group เป็นต้น [5]

4) เนื่องจากเซิร์ฟเวอร์ที่อยู่ในชั้นวางเซิร์ฟเวอร์มีการติดตั้งอะแดปเตอร์เครือข่าย Intel รุ่นล่าสุดเพิ่มมากขึ้น (ดูรูปที่ 3) โดยมีพอร์ต 25 กิกะบิตสองพอร์ต และบางครั้งก็มีอะแดปเตอร์เครือข่ายแบบรวมที่มีพอร์ต 40 กิกะบิตสองพอร์ต (XXV710 และ XL710) {รูปที่ 3. Intel NIC ล่าสุด: XXV710 และ XL710}

5) เนื่องจากอุปกรณ์ 100GbE เข้ากันได้แบบย้อนหลัง ซึ่งช่วยให้ปรับใช้ได้ง่ายขึ้น: คุณจึงนำสายเคเบิลที่กำหนดเส้นทางแล้วกลับมาใช้ใหม่ได้ (เพียงเชื่อมต่อตัวรับส่งสัญญาณใหม่เข้ากับสายเคเบิลเหล่านั้น)

นอกจากนี้ ความพร้อมใช้งานของ 100GbE ยังเตรียมเราให้พร้อมสำหรับเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น “NVMe over Fabric” (เช่น Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD ดูรูปที่ 4) [8, 10], “Storage Area Network” (SAN ) / “Software Defined Storage” (ดูรูปที่ 5) [7], RDMA [11] ซึ่งหากไม่มี 100GbE จะไม่สามารถบรรลุศักยภาพสูงสุดได้

รูปที่ 4 Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

รูปที่ 5. “เครือข่ายพื้นที่จัดเก็บข้อมูล” (SAN) / “พื้นที่เก็บข้อมูลที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์”

สุดท้ายนี้ ในฐานะตัวอย่างที่แปลกใหม่ของความต้องการใช้งาน 100GbE และเทคโนโลยีความเร็วสูงที่เกี่ยวข้องในทางปฏิบัติ เราสามารถอ้างอิงระบบคลาวด์ทางวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (ดูรูปที่ 6) ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ 100GbE (สเปกตรัม) สวิตช์อีเทอร์เน็ต SN2700) - เหนือสิ่งอื่นใด รับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพของพื้นที่จัดเก็บดิสก์แบบกระจาย NexentaEdge SDS ซึ่งสามารถโอเวอร์โหลดเครือข่าย 10/40GbE ได้อย่างง่ายดาย [2] คลาวด์ทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพสูงดังกล่าวถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขปัญหาทางวิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่หลากหลาย [9, 12] ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์การแพทย์ใช้คลาวด์ดังกล่าวเพื่อถอดรหัสจีโนมมนุษย์ และใช้ช่องทาง 100GbE เพื่อถ่ายโอนข้อมูลระหว่างกลุ่มวิจัยของมหาวิทยาลัย

รูปที่ 6 ส่วนของคลาวด์วิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

บรรณานุกรม

จอห์น ฮอว์กินส์. 100GbE: ใกล้ Edge มากขึ้น ใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น // 2017.
อามิต แคทซ์. สวิตช์ 100GbE – คุณคิดเลขเสร็จแล้วหรือยัง? // 2016.
มาร์กาเร็ต โรส. อีเธอร์เน็ต 100 กิกะบิต (100GbE).
เดวิด เกรฟส์. Dell EMC เพิ่มความเร็วเป็นสองเท่าบน 100 Gigabit Ethernet สำหรับศูนย์ข้อมูลแบบเปิดที่ทันสมัย // 2018.
แมรี แบรนส์คอมบ์. ปีแห่ง 100GbE ในเครือข่ายศูนย์ข้อมูล // 2018.
จาร์เรด เบเกอร์. ก้าวเร็วขึ้นในศูนย์ข้อมูลองค์กร // 2017.
ทอม คลาร์ก. การออกแบบเครือข่ายพื้นที่จัดเก็บข้อมูล: ข้อมูลอ้างอิงเชิงปฏิบัติสำหรับการนำ Fibre Channel และ IP SAN ไปใช้ 2003. 572น.
เจมส์ โอไรลีย์. ที่เก็บข้อมูลเครือข่าย: เครื่องมือและเทคโนโลยีสำหรับการจัดเก็บข้อมูลบริษัทของคุณ // 2017. 280p
เจมส์ ซัลลิแวน. การแข่งขันคลัสเตอร์นักศึกษาปี 2017 ทีมมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐออสติน/เท็กซัส: การสร้างเวกเตอร์ของศักยภาพหลายตัวของ Tersoff บนสถาปัตยกรรม Intel Skylake และ NVIDIA V100 // การประมวลผลแบบขนาน v.79, 2018. หน้า. 30-35.
มาโนลิส เคทเวนิส. รุ่นถัดไปของระบบระดับ Exascale: โครงการ ExaNeSt // ไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครซิสเต็มส์ v.61, 2018. หน้า. 58-71.
ฮารี สุปราโมนี. RDMA บนอีเธอร์เน็ต: การศึกษาเบื้องต้น // การดำเนินการของการประชุมเชิงปฏิบัติการเกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างกันประสิทธิภาพสูงสำหรับคอมพิวเตอร์แบบกระจาย 2009.
คริส โบรเคมา. การถ่ายโอนข้อมูลอย่างประหยัดพลังงานในดาราศาสตร์วิทยุด้วยซอฟต์แวร์ UDP RDMA // ระบบคอมพิวเตอร์แห่งอนาคต v.79, 2018. หน้า. 215-224.