NVIDIA и Cisco представили новый оптический сетевой интерфейс Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable, или USFP, разработанный для дата-центров с большим количеством ускорителей искусственного интеллекта. Новая технология рассчитана на скорость до 400 Гбит/с на одну линию, а в перспективе общая пропускная способность одного модуля должна достигнуть 12,8 Тбит/с.
USFP создаётся прежде всего для современных ИИ-кластеров, где сотни и тысячи GPU постоянно обмениваются огромными объёмами данных. NVIDIA и Cisco рассчитывают повысить пропускную способность оптических соединений, уменьшить энергопотребление на переданный бит и увеличить плотность сетевых портов в серверном оборудовании.
Актуальные решения для построения серверной инфраструктуры можно посмотреть в разделе серверного оборудования AplTech.kz, включая серверные сетевые карты.
Что такое USFP
USFP расшифровывается как Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable. Это новый компактный форм-фактор сменных оптических трансиверов для высокоскоростных сетей дата-центров.
Принцип остаётся знакомым по существующим SFP, QSFP и другим сменным модулям: трансивер устанавливается непосредственно в коммутатор или сетевой адаптер и при необходимости может быть заменён без изменения всей сетевой платформы.
Главное отличие USFP заключается в значительно большей плотности линий и пропускной способности. Первое поколение технологии должно поддерживать 400 Гбит/с на одну линию.
USFP рассчитан на пропускную способность до 12,8 Тбит/с
NVIDIA и Cisco рассчитывают постепенно довести общую пропускную способность USFP до 12,8 Тбит/с. Для одного компактного сменного оптического модуля это очень высокий показатель.
По данным Cisco, новая архитектура должна обеспечить примерно четырёхкратное увеличение общей пропускной способности по сравнению с существующими оптическими решениями предыдущего поколения.
| Параметр | USFP |
|---|---|
| Полное название | Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable |
| Скорость одной линии | до 400 Гбит/с |
| Первое поколение | 16 двунаправленных линий |
| Перспективная конфигурация | 32 линии и более |
| Максимальная целевая пропускная способность | до 12,8 Тбит/с |
| Энергоэффективность | примерно в 1,3 раза выше |
| Поддерживаемая мощность | до 100 Вт |
| Основное применение | ИИ-кластеры и высокопроизводительные дата-центры |
Первое поколение получит 16 линий
Первые оптические трансиверы USFP должны получить 16 полнодуплексных линий в компактном корпусе. Полнодуплексный режим означает возможность одновременно передавать данные в обоих направлениях.
Такие модули смогут использоваться как в сетевых коммутаторах, так и в специализированных адаптерах NVIDIA SuperNIC.
В дальнейшем разработчики планируют увеличить количество линий до 32 и более. Это позволит подключать больше высокоскоростных устройств без постоянного увеличения количества промежуточных уровней сетевой инфраструктуры.
Зачем ИИ-дата-центрам настолько быстрые сети
Современный ИИ-кластер может состоять из тысяч графических ускорителей. Во время обучения большой нейросети GPU должны постоянно обмениваться весами модели, градиентами и другими данными.
В такой системе производительность зависит не только от скорости отдельных GPU. Если сеть не успевает передавать данные между ускорителями, дорогостоящие вычислительные устройства вынуждены ждать завершения обмена.
Поэтому в инфраструктуре для искусственного интеллекта скорость соединения между серверами становится одним из ключевых параметров.
Именно под такие сценарии NVIDIA и Cisco создают USFP. Высокая плотность портов позволяет передавать больше данных через ограниченное пространство передней панели коммутатора или сетевого оборудования.
USFP будет работать с NVIDIA SuperNIC
Одним из вариантов применения новых трансиверов станут сетевые адаптеры NVIDIA SuperNIC. Это специализированные сетевые ускорители, рассчитанные на высокопроизводительные вычислительные системы и обмен данными между GPU.
SuperNIC могут использовать технологию RDMA over Converged Ethernet, или RoCE.
RDMA позволяет одному компьютеру обращаться к памяти другого узла сети с минимальным участием центрального процессора. Благодаря этому уменьшаются задержки и нагрузка на CPU, что особенно важно при объединении большого количества графических ускорителей.
Современные серверные сетевые адаптеры с различными интерфейсами и скоростями представлены в каталоге серверных сетевых карт AplTech.kz.
Следующий этап увеличит количество линий до 32
Первая версия USFP рассматривается только как начало развития стандарта. Следующее поколение должно увеличить количество линий до 32 и более.
Это позволит сетевой инфраструктуре ИИ-дата-центров подключать дополнительные высокоскоростные конечные устройства с пропускной способностью порядка 1,6 Тбит/с без создания лишних сетевых уровней.
В конечном итоге Cisco рассчитывает получить модуль с суммарной пропускной способностью 12,8 Тбит/с.
Энергоэффективность должна вырасти в 1,3 раза
При строительстве крупных ИИ-дата-центров важна не только скорость сети. Тысячи серверов, GPU, сетевых карт, коммутаторов и оптических модулей потребляют огромное количество электроэнергии.
Поэтому одной из целей USFP стало снижение энергозатрат на передачу данных. Разработчики заявляют примерно 1,3-кратное улучшение энергоэффективности по сравнению с предыдущими решениями.
При масштабе крупного дата-центра даже сравнительно небольшое снижение расхода энергии на один канал может заметно повлиять на общее энергопотребление.
USFP рассчитан на мощность до 100 Вт
Интерфейс проектируется таким образом, чтобы поддерживать тепловыделение до 100 Вт без необходимости размещать внутри самого трансивера отдельный специализированный контур охлаждения.
Это важный параметр для сверхскоростной оптики. С ростом пропускной способности увеличивается энергопотребление электроники и выделение тепла, поэтому охлаждение сетевого оборудования постепенно становится такой же серьёзной задачей, как охлаждение процессоров и GPU.
Двухэтапный механизм установки должен повысить надёжность
USFP получил двухэтапную конструкцию подключения. По задумке разработчиков, она должна улучшить качество электрического сигнала и уменьшить износ контактов при установке и извлечении оптических модулей.
Для оборудования дата-центров это особенно важно. Сетевые модули могут заменяться и обслуживаться на протяжении нескольких лет, а плотность контактов в современных высокоскоростных интерфейсах постоянно увеличивается.
NVIDIA и Cisco привлекли TE Connectivity и Amphenol
После разработки базовой технологии NVIDIA и Cisco начали сотрудничество с TE Connectivity и Amphenol. Эти компании должны помочь создать физические компоненты новой сетевой инфраструктуры.
Речь идёт о разъёмах, корпусах, кабельных компонентах и других элементах USFP.
В дальнейшем к экосистеме смогут присоединиться другие производители сетевого оборудования и компонентов. Для распространения нового форм-фактора важно, чтобы его поддерживали не только NVIDIA и Cisco, но и широкий круг производителей трансиверов, коммутаторов, адаптеров и кабельных систем.
USFP не заменит все остальные оптические технологии
Cisco рассматривает USFP как часть более широкой инфраструктуры для дата-центров. Одновременно развиваются оптические модули, расположенные рядом с сетевыми процессорами, интегрированная оптика и другие архитектуры.
В частности, крупные производители активно работают над технологиями near-packaged optics и co-packaged optics, при которых оптические компоненты располагаются значительно ближе к сетевому чипу.
Поэтому USFP скорее станет ещё одним инструментом для построения высокопроизводительных сетей, а не единственным стандартом для всех дата-центров.
Почему NVIDIA занимается сетевыми технологиями
Для современных систем искусственного интеллекта производительность отдельной видеокарты уже не является единственным ограничением. Всё большую роль играет скорость связи между ускорителями.
NVIDIA постепенно развивает собственную сетевую экосистему, чтобы GPU, серверы, сетевые адаптеры и коммутаторы могли работать как единая вычислительная платформа.
USFP продолжает эту стратегию. Цель технологии заключается в том, чтобы увеличить объём данных, который можно передавать между ускорителями, не превращая сетевую инфраструктуру в узкое место ИИ-кластера.
USFP создаётся специально для нового поколения ИИ-дата-центров
Рост размеров нейросетей заставляет операторов дата-центров устанавливать всё больше GPU. Вместе с количеством ускорителей растёт нагрузка на сеть, а традиционные оптические соединения постепенно приближаются к ограничениям по плотности портов, энергопотреблению и пропускной способности.
USFP должен увеличить скорость одной линии до 400 Гбит/с, а в перспективе обеспечить до 12,8 Тбит/с на один модуль. При этом NVIDIA и Cisco обещают повышение энергоэффективности и возможность размещать больше соединений в том же физическом пространстве.
Если технология получит широкую поддержку отрасли, USFP может стать одним из ключевых интерфейсов будущих ИИ-кластеров.
Частые вопросы об интерфейсе USFP
Что такое USFP?
USFP, или Ultra-Dense Small Form Factor Pluggable, представляет собой новый компактный формат сменных оптических трансиверов, разработанный NVIDIA и Cisco для высокоскоростных сетей дата-центров.
Какая скорость будет у USFP?
Первые версии должны поддерживать до 400 Гбит/с на одну линию. В перспективе общая пропускная способность одного USFP-модуля должна достигнуть 12,8 Тбит/с.
Для чего нужен USFP?
USFP предназначен прежде всего для ИИ-дата-центров и высокопроизводительных вычислительных систем, где требуется быстро передавать большие объёмы данных между GPU, серверами и сетевыми коммутаторами.
Что такое NVIDIA SuperNIC?
NVIDIA SuperNIC представляет собой высокопроизводительный сетевой адаптер для ускоренных вычислительных систем. Он предназначен для обмена данными между GPU и серверами с минимальными задержками.
Чем USFP отличается от существующих оптических интерфейсов?
USFP рассчитан на более высокую плотность линий, скорость до 400 Гбит/с на линию, перспективную общую пропускную способность до 12,8 Тбит/с и повышенную энергоэффективность.
