Domácí připojení prochází malou, tichou revolucí. I když stále existují oblasti, kde optický internet není k dispozici ani se neočekává, toto odvětví se již zaměřilo na… nové standardy schopné znásobit rychlost, spolehlivost a kapacitu sítíV tomto scénáři se objeví Ultra EthernetTento návrh pochází z velkých datových center a umělé inteligence, ale ve střednědobém horizontu by mohl ovlivnit i to, jak se připojujeme z našich obývacích pokojů.
Může to znít jako marketingový humbuk, ale za tímto konceptem se skrývá velké množství technické práce a zapojilo se do něj mnoho vlivných společností. Ultra Ethernet není jen „rychlejší Ethernet“. Mluvíme o… kompletní komunikační architektura navržená pro škálování na tisíce nebo miliony uzlů, minimalizaci latence a vyždímání každého gigabitu z kabeluAčkoli je dnes jeho přirozenou doménou umělá inteligence a vysoce výkonné výpočty (HPC), pochopení toho, co to je a kam směřuje, nám pomáhá představit si, jaké budou domácí sítě za pár let. Budoucnost, kde se 1 Gb/s optického vlákna bude zdát téměř skromná.
Co je Ultra Ethernet a čím se liší?
Ultra Ethernet je v podstatě zásadní vývoj tradičního Ethernetu navrženého tak, aby splňoval extrémní požadavky umělé inteligence a vysoce výkonných výpočtůNejenže zvyšuje rychlost připojení. Znovu definuje způsob přenosu dat, řízení přetížení a koordinaci tisíců zařízení pracujících současně.
Samotné konsorcium Ultra Ethernet (UEC) jej definuje jako kompletní, otevřenou, interoperabilní komunikační architekturu založenou na Ethernetu. Je navržen pro vytváření velmi rozsáhlých sítí s nízkou latencí a extrémně vysokou hustotou šířky pásma. Jeho deklarovaným cílem je překonat to, co v současnosti nabízejí technologie jako tradiční RDMA, RoCE (RDMA over Converged Ethernet) nebo dokonce InfiniBand, který po léta dominuje HPC clusterům.
Klíčem je, že Ultra Ethernet je navržen tak, aby Pracovní úlohy specifické pro umělou inteligenci a HPC. Prostředí, kde „vysoká šířka pásma“ nestačí. Je zapotřebí více simultánních tras, spolu s velmi rychlou odezvou na přetížení a schopností odesílat a přijímat data v nesprávném pořadí bez pádu aplikace. A především to vše musí být spravovatelné a konfigurovatelné, aniž by to způsobilo selhání systému.
Na rozdíl od předchozích pokusů o Ethernet chce UEC nabídnout Kompletní komunikační stack. Od fyzické vrstvy až po software, včetně nových forem telemetrie, zabezpečení, úložiště a správy.Jinými slovy, nejedná se o dočasné řešení, ale o souvislý redesign zaměřený na využití výhod Ethernetu pro další rychlostní skoky (800G, 1,6T a výše).
Konsorcium Ultra Ethernet: kdo stojí za standardem
Ultra Ethernet nestojí pod jednou společností. Ve skutečnosti se jedná o průmyslové konsorcium složené z některých z největších technologických jmen: Ultra Ethernet Consortium (UEC). Oficiálně byla založena 19. července 2023 pod záštitou Linux Foundation a její Joint Development Foundation. To již jasně naznačuje jeho otevřenou a spolupracující orientaci.
Zakládajícími členy jsou známá jména: AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden, HPE, Intel, Meta a MicrosoftSpolečně mají desítky let zkušeností s nasazením rozsáhlých sítí, cloudových datových center, platforem umělé inteligence a vysoce výkonných výpočetních prostředí. Všichni mají přímý zájem na kabelové síti nové generace, která je nezávislá na dodavateli a využívá stávající ethernetovou infrastrukturu.
Konsorcium začínalo s devíti nebo deseti společnostmi. Pak, Během pouhých několika měsíců se připojily desítky dalších společností.Od listopadu 2023 otevřela UEC své brány novým členům a nyní má přes padesát subjektů, včetně takových významných přírůstků, jako jsou Baidu, Dell, Huawei, IBM, Nokia, Lenovo, Supermicro, Tencent, Bytedance, Fujitsu, Samsung nebo specializovaní výrobci hardwaru.
Celkem více než Na vývoji Ultra Ethernetu se aktivně podílí 715 odborníků z oboru, kteří jsou rozděleni do osmi pracovních skupin.Fyzická vrstva, vrstva datového spojení, transportní vrstva, software, úložiště, dodržování předpisů, správa a výkon a ladění. Každá skupina se zabývá jinou částí zásobníku, ale všechny jsou koordinovány tak, aby se zajistilo, že jednotlivé části do sebe zapadají a co nejvíce si zachovávají kompatibilitu se současným ekosystémem Ethernetu.
Proč Ethernet potřebuje Ultra Ethernet
Uprostřed éry 5G, WiFi 7 a dokonce i prvních testů WiFi 8 se může zdát, že Ethernetové kabely už ve srovnání s bezdrátovými sítěmi trochu „zastaraly“.Pokud jde však o maximální výkon, minimální latenci a naprostou spolehlivost, nic se nevyrovná dobrému kabelovému připojení.
Problém je v tom, že Ethernet, jak ho používáme dnes, Nebyl navržen s ohledem na trénování modelů umělé inteligence, používání tisíců GPU pracujících paralelně nebo HPC clusterů neustále přesouvajících petabajty dat.Tyto úlohy vyžadují kromě hrubé šířky pásma také věci, jako je více cest datového toku, velmi přesná kontrola zahlcení, efektivní správa vzájemně závislých toků a extrémně nízká latence fronty.
Síťové protokoly, které běžně používáme Mohou pokrýt některé z těchto potřeb, ale ne všechny.Obecně byly navrženy pro generičtější sítě s méně synchronizovanými toky a menší citlivostí na latenci. Z dlouhodobého hlediska to vede k úzkým hrdlům a ztrátám výkonu. Nemluvě o složitosti správy, která se špatně škáluje.
A právě zde přichází na řadu Ultra Ethernet. UEC si klade za cíl tyto mezery překlenout nabídkou... Komunikační stack speciálně navržený pro umělou inteligenci a HPC, zahrnující vše od fyziky spojení až po softwarovou architekturuMezi jeho cíle patří zavedení nových protokolů a mechanismů pro elektrickou a optickou signalizaci, nových síťových transportních protokolů (link a end-to-end) a obnovené telemetrické, řídicí, úložné a bezpečnostní systémy přizpůsobené těmto prostředím.
Ultra Ethernet Transport (UET) a jeho vztah k RDMA
Jedním z klíčových dílků skládačky je přepravní protokol navržený samotnou UEC: Ultra Ethernet Transport (UET)Tento protokol si klade za cíl stát se přirozenou náhradou za RoCE v mnoha nasazeních a zároveň si zachovat to nejlepší z RDMA over Ethernet, ale zároveň jej přizpůsobit současným požadavkům umělé inteligence a HPC.
UET je navržen jako Otevřená specifikace. Řešení navržené od základu pro provoz přes IP a Ethernet.Mezi klíčové funkce patří nativní podpora pro více cest a rozprašování paketů, což umožňuje maximální využití kapacity sítě s umělou inteligencí bez přetížení nebo blokování headendu a bez spoléhání se na centralizované algoritmy pro vyvažování zátěže nebo příliš složité směrovací řadiče.
Další důležitou funkcí je zvládání fenoménu „incast“To je typické v prostředích, kde mnoho uzlů odesílá data současně do jednoho cíle. UET zavádí mechanismus pro řízení větvení na konečném spojení s cílovým hostitelem s minimální ztrátou paketů. To zlepšuje celkový výkon a stabilitu systému.
Aby se zabránilo zpoždění tváří v tvář rostoucím rychlostem, Ultra Ethernet Transport integruje velmi efektivní algoritmus pro řízení rychlosti. Díky tomu mohou přenosy rychle dosáhnout rychlosti linky, aniž by to penalizovalo konkurenční provoz. To je zásadní při práci s linkami rychlostí 800G, 1,6T nebo vyšší, kde je jakákoli neefektivita velmi nákladná.
Kromě toho UET poskytuje API zaměřená na doručování neuspořádaných balíčků. S možností dokončovat zprávy v pořadí. To maximalizuje souběžnost mezi sítí a aplikacemi, minimalizuje latenci kritických zpráv a usnadňuje architektury, kde je plně funkčních více simultánních cest, aniž by se vždy vyžadovalo striktní pořadí příjmu.
Klíčové výhody Ultra Ethernetu oproti jiným technologiím
Pokud porovnáme Ultra Ethernet s tradičním Ethernetem a alternativami, jako je InfiniBand, existuje několik oblastí, kde se tento nový standard snaží něco změnit. Jsou to:
- Skutečná škálovatelnost ve velkém měřítku. Jak v počtu uzlů, tak v hustotě šířky pásma. Tam, kde klasický Ethernet začíná mít potíže, se Ultra Ethernet snaží i nadále fungovat efektivně.
- VýkonUltra Ethernet je navržen tak, aby minimalizoval latenci řazení do front a zvládal vysoce intenzivní datové toky typické pro inferenci a trénování modelů umělé inteligence. Pro budoucí ethernetové standardy se předpokládají agregované rychlosti až 1,6 T a vyšší. To se promítá do snížení interních úzkých míst a usnadňuje zpracování dat v reálném čase.
- Náklady a interoperabilitaVyužitím stávající ethernetové infrastruktury snižuje Ultra Ethernet náklady na přijetí ve srovnání s alternativními technologiemi, které vyžadují zcela odlišné vybavení. Zakládající členové také zdůrazňují otevřenou povahu standardu.
- Bezpečnost a spolehlivostUltra Ethernet zahrnuje pokročilou telemetrii a proaktivní mechanismy řízení přetížení. To umožňuje detekci a řešení problémů dříve, než povedou ke ztrátě paketů nebo poklesu výkonu. V kritických prostředích je tato viditelnost a rychlost reakce neocenitelná.
Díky tomu všemu se Ultra Ethernet pozicionuje jako Velmi atraktivní řešení pro datová centra, poskytovatele cloudových služeb, vědecké laboratoře a velké korporace Musí kombinovat extrémní výkon s rozumnou cenou a robustní interoperabilitou. A ačkoli se původně nejedná o technologii určenou pro koncového uživatele, její dopad nakonec ovlivní infrastrukturu, na které stojí mnoho služeb, které denně používáme.
Ultra Ethernet a jeho potenciální dopad na domácí sítě
V tomto bodě se nabízí logická otázka, co to všechno má společného s domácími sítěmi. Dnes, doma, Většina z nás pracuje v situaci, kdy rychlost 1 Gb/s přes kabel zní skvěle a nejmodernější komerční optická vlákna dosahují rychlosti několika gigabitů.I tak nemusíte chodit daleko, abyste našli příklady toho, jak poptávka po šířce pásma neustále roste.
Například nedávno byl v laboratoři překonán rychlostní rekord optických vláken téměř 402 Tbps s využitím optické kabely a vysoce specializované síťové zesilovačeJeště je daleko, než se něco takového stane službou pro domácnosti, ale ukazuje to, jak daleko se infrastruktura může dále škálovat. Operátoři mezitím již nabízejí připojení o rychlosti 1 Gb/s a vyšší.
V domácím prostředí to dává čím dál větší smysl. mít interní sítě schopné dosáhnout rychlosti odpovídající nebo alespoň přiblížící se rychlosti internetového připojeníGigabitová ethernetová síť mezi zařízeními zabraňuje tomu, aby bylo zbrusu nové optické připojení s rychlostí 1 Gb/s narušeno úzkým hrdlem mezi routerem a vaším domácím zařízením. A to není vše: i když je vaše externí připojení skromnější, rychlá lokální síť má velký význam při přenosu velkých objemů dat v rámci vaší domácnosti.
Uvažujme například NAS připojený k routeru nebo switchi. Předpokládejme, že tam ukládáme data. záložní kopiemultimediální kolekce nebo virtuální stroje. Pokud se mezi NAS a více počítači, konzolemi nebo přehrávači médií často přenáší velké množství datRozdíl mezi sítí o rychlosti 100 Mb/s a gigabitovou sítí je obrovský. A to bez ohledu na to, zda v tomto procesu hraje jakkoli roli připojení k internetu.
Aktuální možnosti vysokorychlostních domácích sítí
Zatímco Ultra Ethernet se v datových centrech a velkých klastrech rozvíjí, máme již několik možností pro jeho nastavení doma. vysoce výkonné domácí sítě, které využívají stávající optická připojeníI když žádný z nich není striktně Ultra Ethernet, mnoho z nich sdílí podobné principy, jak maximálně využít dostupné fyzické médium. Toto jsou aktuální možnosti:
Kabeláž gigabitového Ethernetu
Nejrobustnější možnost. S routerem, který nabízí gigabitové porty a dalším přepínačem, pokud je potřeba větší kapacita, je možné rozdělit síť do různých místností. Většina moderních počítačů, konzolí, televizorů a NAS zařízení již má integrované gigabitové řadiče, takže problémy s kompatibilitou jsou vzácné, s výjimkou velmi starých zařízení.
Pro správné fungování gigabitového Ethernetu je nezbytné používat Síťové kabely kategorie 5e nebo 6 (UTP)Standardní kabel kategorie 5 je nedostatečný, protože je určen pro 10BASE-T a 100BASE-TX, ale ne pro 1000BASE-T. Kabely kategorie 5e nebo 6 naopak umožňují bez problémů využívat rychlosti 1 Gb/s na běžné vzdálenosti v domácnostech.
Hlavní nevýhodou kabelové sítě je instalace. Pokud neexistuje předinstalovaná datová infrastruktura, Vedení kabelu do všech místností, kde je požadována síťová zásuvka, může být složité.Někdy se používají povrchově montované kabelové kanály. Jindy se využívají stávající elektrické nebo komunikační trubky s použitím kabelových vodítek jako profesionální elektrikář.
Pokud je počet portů routeru nedostatečný nebo je topologie domu trochu složitá, přichází na řadu přepínač. Malý gigabitový switch s 5 nebo 8 porty obvykle stojí mezi 20 a 30 euryPoměrně cenově dostupné řešení pro snadné rozšíření počtu kabelových zařízení, která můžete připojit. Na rozdíl od staršího rozbočovače přepínač inteligentně spravuje síťový provoz, čímž zlepšuje zabezpečení i výkon.
WiFi
Kromě kabelového připojení je nejběžnější alternativou Wi-Fi. Standard IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) a jeho nástupci umožňují… dosáhnout teoretických rychlostí blízkých nebo vyšších než 1 Gb/s v pásmu 5 GHzZejména pokud má přístupový bod více antén a technologii MIMO. V praxi bude skutečná rychlost záviset na vzdálenosti, překážkách a rušení z jiných sítí.
Mnoho domácích „AC“ routerů nabízí teoretické rychlosti až 867 Mb/s v pásmu 5 GHz. Pokročilejší zařízení však mohou dosáhnout rychlosti 1 300 Mb/s nebo více. Aby se však těmto číslům přiblížilo, je zásadní, aby jak přístupový bod, tak klientská zařízení podporovala stejný standard a měla více antén.Jinak bude rychlost omezena nejslabším článkem v řetězci.
WiFi sítě mají také Achillovu patu v oblasti zabezpečení a stability. Jsou snadněji napadnutelné než kabelové sítě, vyžadují správnou konfiguraci šifrování (alespoň WPA2, ještě lépe WPA3) a Jsou velmi citliví na fyzické prostředí, zdi, dveře a přítomnost jiných sítí.I tak, pokud není možné nebo žádoucí vést kabel, zůstávají nejpraktičtější alternativou.
Technologie PLC (elektrická komunikace)
Existuje třetí, mezilehlá možnost: technologie PLC (Power Line Communications). Ta se skládá z využití elektrické instalace v domácnosti jako prostředku pro přenos datAdaptéry Powerline se zapojují do elektrické zásuvky a poskytují ethernetový port, ke kterému můžete připojit své zařízení. Teoreticky některé modely slibují rychlost až 1.200 Mb/s se 128bitovým AES šifrováním.
Problém s PLC je v tom, že Elektrická síť je velmi hlučné médium s parazitním šumem a rušením, které drasticky snižují skutečný výkon.V praktických testech je skutečná rychlost obvykle hluboko pod inzerovanou rychlostí, někdy dokonce pod 50 %, takže se jen zřídka blíží skutečnému gigabitu. Jsou pohodlným řešením, když neexistuje jiná alternativa.
Při pohledu trochu dále do budoucna návrhy jako plastové optické vlákno s jádrem z polymethylmethakrylátukteré společnosti jako Telefónica již testovaly v pilotním prostředí. Toto plastové vlákno je levné, flexibilní, má průměr pouze 2,2 mm a snadno se řeže, lze jej instalovat stávajícími trubkami a slibuje rychlosti 1 Gb/s a v budoucnu až téměř 10 Gb/s na vzdálenost až 50 metrů.
V tomto schématu se plastové vlákno dostane ke speciálním rozetám, které Kombinovali by elektrickou zásuvku s jednou nebo dvěma zásuvkami optických vláken.To usnadňuje integraci do domácností. Pokud se tyto typy řešení prosadí na komerční úrovni, mohly by se stát zajímavým mezikrokem předtím, než se koncepty odvozené od Ultra Ethernetu dostanou do domácností.
Ultra Ethernet, umělá inteligence, HPC a budoucnost edge computingu
Mimo domova má Ultra Ethernet v nadcházejících letech co říct ve všem, co souvisí datová centra, cloud computing, edge computing a infrastruktura umělé inteligenceDnes již existují školicí centra pro umělou inteligenci, která využívají IP sítě založené na Ethernetu díky svému obrovskému ekosystému přepínačů, síťových karet, kabelů, transceiverů a nástrojů pro správu.
UEC chce tento základ posunout o krok dále. Cílem je podpořit velké farmy GPU, výpočetní clustery a prostředí pro analýzu dat v reálném časeV těchto scénářích se výpočetní technika přesouvá blíže k okraji sítě, kde se generují a zpracovávají obrovské objemy dat před jejich agregací v cloudu. Ultra Ethernet může hrát klíčovou roli tím, že poskytuje nízkou latenci, více cest a možnost škálování na stovky tisíc uzlů.
Dalším stále důležitějším aspektem je udržitelnost. Datová centra spotřebovávají obrovské množství energie a Sítě jsou toho důležitou součástí spotřeba energieEnergeticky úsporné návrhy v rámci Ultra Ethernetu by mohly pomoci snížit globální uhlíkovou stopu těchto infrastruktur.
Ultra Ethernet by konečně mohl získat na významu v aplikacích okrajové výpočty propojené s IoT a 5G. Protože chytrá zařízení, senzory a řídicí systémy generují stále více datBudou nezbytná kabelová spojení s blízkými výpočetními uzly s velmi nízkou latencí. To, co dnes začíná v obrovských datových centrech, pravděpodobně skončí v blízkosti základnových stanic, nebo dokonce v průmyslových zařízeních a chytrých budovách.
Veškerý tento pohyb kolem Ultra Ethernetu odráží jasnou realitu: Potřeby v oblasti sítí v oblasti umělé inteligence a vysoce výkonných výpočtů se očekávají o několik let dříve, než to, co v současnosti v domácnostech považujeme za „normální“.I když se to nyní může zdát vzdálené, mnoho definovaných nápadů, protokolů a optimalizací se nakonec promítne do domácích přepínačů, routerů, síťových adaptérů a řešení pro připojení, které budeme používat, aniž bychom se příliš zamýšleli nad tím, co se skrývá pod nimi. Revoluce.
