Mellanox：構建智能的新一代網絡

　　ICCSZ訊   “更高帶寬，更高性能”，一直以來都是網絡領域的不懈追求。如今，隨著云計算、大數據、移動化等新一代IT技術的應用帶來了數據量的海量增長，以及用戶對體驗的關注，這一目標顯得更為緊迫和現實。比如，NVIDIA(英偉達)最新推出的深度學習一體機對網絡帶寬和性能的要求已經達到了新的高度，標配就有4片100G的網卡。

　　其實，網絡領域也一直在不斷創新，努力提升網絡產品的性能和帶寬，“卸載”(即將傳統由CPU處理的部分工作轉移到網絡設備進行)就是其中的技術之一。Mellanox就是這一技術的主要倡導者和實踐者，正是基于這一創新技術，Mellanox不斷推出新一代更高性能的網絡產品。日前Mellanox全球市場部副總裁 Gilad Shainer在接受記者采訪時表示，明年Mellanox將推出200Gb/s的InfiniBand和以太網交換機，這也是業界首次推出如此高速的網絡設備。此舉無疑會又一次推動網絡傳輸能力的升級。

　　Mellanox全球市場部副總裁 Gilad Shainer

　　加速網絡互連

　　提到Mellanox，在HPC領域幾乎無人不知。Mellanox成名于HPC，從其2001年推出一代InfiniBand產品以來，一直是InfiniBand市場的領導者。在最近一期的全球超級計算機500強(TOP500)榜單上，前500套HPC中有39%(194套系統)采用了Mellanox的InfiniBand產品。如果以其中真正用于超級計算的設備來計算，占比會更高，達到65%。

　　“在HPC市場InfiniBand占有絕對的優勢。在排名最靠前的這些系統，比如千萬億次的系統中，我們占據了近一半的市場份額，這充分了Mellanox在高性能計算系統里面的實力。”Gilad Shainer說。

　　Gilad Shainer介紹說有可能問鼎2018年TOP500第一的美國“Coral珊瑚”系統也會采用Mellanox InfiniBand。

　　當然，InfiniBand并不是Mellanox發力的唯一領域。除了InfiniBand之外，在以太網領域，Mellanox同樣成績斐然，尤其是在高性能計算方面。比如，在全球HPC TOP500的榜單中，所有4萬兆以太網系統采用的都是Mellanox的產品。同時，全世界第一套100G以太網的系統用得也是Mellanox的網絡產品。

　　值得一提的是，上文中提到的4萬兆以太網和100G以太網系統都出自中國，這一方面說明Mellanox在HPC領域的技術實力，同時也表明中國在HPC領域的領先態勢。

　　Gilad Shainer說，HPC領域是Mellanox的傳統領域，除了HPC之外，Mellanox還將其技術優勢擴展到其他領域，包括高速存儲、數據庫、人工智能等。其中，人工智能也被Mellanox鎖定為今后的重點領域。

　　“在這個領域里，需要對大量數據進行分析和讀取，非常類似于高性能計算。另外，Mellanox還能夠通過機器學習和人工智能等快速地延伸到物聯網、自動駕駛、醫療、制造、零售等眾多行業。”他說。

　　從“以CPU為中心”到“以數據為中心”

　　Mellanox在高速網絡方面的成績得益于其獨特的技術理念和基于這些理念下的諸多獨特優勢，“以數據為中心的網絡”就是其中之一， 而“卸載”則是為了落實這一理念而采用的技術。

　　在Mellanox看來，傳統數據中心的計算模式是以CPU為中心，即所有的數據都要移動到CPU以后才能進行計算。在小數據量的時候，這一模式運轉得很好，但當數據量不斷增加以后會出現問題。比如，現在很多領域用到了分布式計算方式，其中CPU都要等待數據達到以后才計算，如果要移動的數據太多就會使整個應用程序的性能出現瓶頸——因為CPU要等數據到齊才能完成計算，有時還會出現互相等待的情況。

　　Mellanox認為，未來的數據中心應該是以數據為中心的，也就是數據在哪里，計算就應該在哪里發生，從而避免CPU成為瓶頸。為了踐行這一理念，Mellanox設法讓網絡參與到計算過程中，也就是把一部分計算交由網絡設備來完成，網絡設備的角色不再只是數據的傳輸者，這就是Mellanox所說的“卸載”。

　　“以數據為中心的新一代架構應該是：數據在哪兒，數據分析就在哪兒。如果數據在CPU，我們就在CPU分析;如果數據在傳輸當中，我們就應該有能力在數據的傳輸路徑中完成這個數據分析。為了高效地分析數據，我們就需要把計算能力向數據轉移，而不是把數據向計算去移動。”Gilad Shainer表示。

　　據Gilad Shainer介紹，在“以數據為核心”的數據中心中，數據在網絡中移動的同時就會完成一些操作，如數據的加減和數據的簡單分析。這樣，當數據經過網絡傳輸到達CPU時，已經是經過清洗、處理的數據。這有很多好處：第一，它會提升系統的性能，因為數據不會等到了CPU以后再分析;第二，它會降低數據傳輸的時延，能把通訊延遲從現在的20-30多微秒下降到3-4微秒。

　　智能的網絡硬件

　　很顯然，以數據為中心的新一代數據中心中，因為網絡設備可以分擔部分CPU的壓力，同時也可以減輕網絡的傳輸壓力，是一個不錯的演進方向，但這無疑對網絡設備提出了更好的要求，也就是網絡設備需要更加智能。用Mellanox的表述，就是需要具備“Offloading(卸載)”的網絡硬件才能完成數據中心的這一重要轉型。

　　“實際上，Mellanox一直致力于開發智能網絡，讓網絡來協作處理數據。比如，我們發布的最新產品HDR InfiniBand 200Gb/s的網絡產品，包括全球第一款200Gb/s的交換機和全球第一個200Gb/s的網卡ConnectX-6，都是基于這一理念推出的新一代智能網絡產品。”Gilad Shainer說。

　　據悉，HDR InfiniBand交換機中的Quantum芯片具有非常強大和智能的處理能力，可以支持網絡內的計算，Mellanox將這項技術稱為SHArP 2.0。

　　“通過這個技術能夠在我們的交換機里面完成數據分析、數據查詢，同時，還能支持聚合式的通訊、包括新的一些Tag Matching，這些功能對整個應用程序性能提升非常關鍵，無論是傳統的高性能計算還是新興的深度學習、人工智能軟件都能適用。”Gilad Shainer表示。

　　Gilad Shainer強調，除了傳統的高性能計算和深度學習能用到卸載，網絡設備還能完成很多其他功能的卸載，包括存儲、安全以及一些網絡協議的卸載，從而提升整體系統的性能。

　　正是為了更好地實現部分CPU功能的卸載，實踐“以數據為中心”的網絡，Mellanox于2015以約8億美元的現金收購了以色列芯片公司EZchip半導體公司，并于2016年推出了一個名為BlueField的SoC芯片。

　　據介紹，BlueField集成了ARM的CPU和PCIe 4.0的內置交換，是一個具有交換、網絡和CPU的SoC系統。根據Mellanox的說法，基于此SoC可以構建很多專用系統，比如存儲一體機、深度學習一體機、安全的一體機以及NFV的一體機。

　　“和傳統解決方案相比，這種方式可以達到更好的可擴展性，同時成本更低。這也是我們在網絡領域里面一個新的探索，包括如何集成網絡加計算的能力，如何更好地去處理數據。”Gilad Shainer表示。

　　“這就是Mellanox，一方面我們擁有一個被業界證明了的非常穩定、擁有最高性能的并持續不斷改進的InfiniBand產品，同時，我們也在不斷探索致力于提供更高性能、更高效、更高可擴展性、更智能的新一代的網絡產品。”Gilad Shainer總結說。