Rozwiązania sieciowe o wysokiej wydajności dla instytucji badawczych: Scenariusze zastosowań ConnectX-7

Nieustanne dążenie do odkryć naukowych i innowacji wymaga infrastruktury obliczeniowej, która może nadążać za coraz bardziej złożonymi obciążeniami badawczymi. Niniejszy dokument podsumowujący omawia, w jaki sposób Mellanox ConnectX-7 adapter służy jako technologia podstawowa dla nowoczesnych badań akademickich środowisk, umożliwiając przełomową wydajność w różnych HPC aplikacjach, od biologii obliczeniowej po astrofizykę. Poprzez wdrożenie technologii ConnectX-7, instytucje badawcze mogą przyspieszyć czas odkrywania i zmaksymalizować zwrot z inwestycji w obliczenia.

Nowoczesne badań akademickich wkroczyły w erę odkryć opartych na danych, gdzie przełomy naukowe w coraz większym stopniu zależą od zdolności przetwarzania i analizowania ogromnych zbiorów danych. Skala wyzwań obliczeniowych wzrosła wykładniczo, a projekty badawcze w takich dziedzinach jak genomika, fizyka cząstek elementarnych i modelowanie klimatu generują petabajty danych wymagających zaawansowanej analizy. Ta powódź danych sprawiła, że sieci o wysokiej wydajności stały się nie tylko ulepszeniem, ale koniecznością dla najnowocześniejszych HPC środowisk. Instytucje badawcze na całym świecie modernizują swoją infrastrukturę, aby wspierać współpracę naukową, partnerstwa międzyinstytucjonalne i metody oparte na danych, które definiują badania XXI wieku.

Instytucje badawcze stoją w obliczu znacznych wyzwań infrastrukturalnych, które utrudniają postęp naukowy i ograniczają efektywność ich zasobów obliczeniowych.

• Ograniczenia Przepływu Danych: Tradycyjne infrastruktury sieciowe nie nadążają za tempem generowania danych przez nowoczesne instrumenty naukowe, tworząc wąskie gardła, które opóźniają wyniki badań i zmniejszają wykorzystanie instrumentów.
• Różnorodność Obciążeń Wielodyscyplinarnych: Centra obliczeniowe muszą obsługiwać zróżnicowane obciążenia o różnych wymaganiach sieciowych, od transferów dużych plików w genomice po ruch małych wiadomości w symulacjach dynamiki molekularnej.
• Wymagania Badań Współpracy: Projekty badawcze międzyinstytucjonalne wymagają bezproblemowego udostępniania danych w różnych granicach geograficznych, wymagając wysokowydajnych możliwości sieciowych w szerokim zakresie.
• Nieskuteczne Wykorzystanie Zasobów: Kosztowne zasoby obliczeniowe, w szczególności GPU i wyspecjalizowane akceleratory, często pozostają bezczynne, czekając na zakończenie transferu danych, co zmniejsza ogólny zwrot z inwestycji.
• Ograniczenia Budżetowe: Instytucje badawcze muszą osiągnąć maksymalną wydajność w ramach ograniczonych budżetów, wymagając rozwiązań, które zapewniają wyjątkowy stosunek ceny do wydajności.

Wyzwania te często skutkują opóźnionymi wynikami badań, nieefektywnym wykorzystaniem zasobów i ograniczoną zdolnością do prowadzenia badań opartych na danych.

Adapter Mellanox ConnectX-7 zapewnia kompleksowe rozwiązanie problemów z siecią, przed którymi stoją instytucje badawcze, oferując bezprecedensową wydajność i elastyczność dla HPC środowisk.

• Wydajność 400 Gb/s: Zapewnia łączność 400 Gb/s InfiniBand i Ethernet, zapewniając przepustowość niezbędną dla wymagających danych aplikacji badawczych i symulacji na dużą skalę.
• Odciążanie Sprzętowe: Odciąża przetwarzanie sieciowe z procesorów hosta, uwalniając cenne zasoby obliczeniowe dla aplikacji badawczych, a nie obciążenia infrastruktury.
• Zaawansowana Obsługa RoCE: Implementuje RDMA przez Converged Ethernet z ulepszoną kontrolą przeciążenia, umożliwiając wysokowydajną sieć w standardowej infrastrukturze Ethernet.
• Technologia Multi-Host: Umożliwia wielu serwerom współdzielenie jednego adaptera ConnectX-7, zmniejszając koszty infrastruktury i złożoność w gęstych środowiskach obliczeniowych.
• Precyzyjne Czasowanie: Zapewnia dokładne do nanosekund znaczniki czasu, niezbędne do zsynchronizowanego pozyskiwania danych i pomiarów eksperymentalnych.

Adapter Mellanox ConnectX-7 umożliwia transformacyjną wydajność w wielu domenach badawczych, z których każda ma unikalne wymagania sieciowe.

W projektach sekwencjonowania genomu na dużą skalę, ConnectX-7 przyspiesza transfer danych z instrumentów sekwencjonujących do systemów pamięci masowej i zasobów obliczeniowych. Naukowcy mogą przetwarzać całe ludzkie genomy w ciągu godzin, a nie dni, umożliwiając szybką analizę dla badań klinicznych i badań populacyjnych.

W przypadku globalnych symulacji klimatycznych wymagających komunikacji między tysiącami węzłów obliczeniowych, małe opóźnienia i duża przepustowość adaptera zapewniają wydajne wykonywanie modelu. Naukowcy mogą uruchamiać modele o wyższej rozdzielczości z częstszą wymianą danych, poprawiając dokładność symulacji.

W eksperymentach z fizyki cząstek elementarnych generujących petabajty danych, ConnectX-7 umożliwia wydajną dystrybucję danych do zasobów przetwarzania na całym świecie. Technologia obsługuje filtrowanie i analizę danych w czasie rzeczywistym, niezbędne do wykrywania rzadkich zjawisk fizycznych.

Wdrożenie technologii Mellanox ConnectX-7 zapewnia wymierne korzyści w kluczowych wskaźnikach obliczeń badawczych.

Ulepszenia te przekładają się na szybsze wyniki badań, wyższą produktywność i obniżone koszty obliczeniowe dla badań akademickich instytucji.

Wiodące krajowe laboratorium wdrożyło adaptery Mellanox ConnectX-7 w swoim flagowym systemie HPC wspierającym zróżnicowane programy badawcze. Wdrożenie osiągnęło 95% efektywności skalowania w symulacjach dynamiki molekularnej na 1024 węzłach i skróciło czas analizy danych dla badań klimatycznych o 60%. Laboratorium odnotowało 40% poprawę w ogólnym wykorzystaniu systemu i znaczną redukcję czasu do rozwiązania w wielu domenach badawczych.

Adapter Mellanox ConnectX-7 reprezentuje więcej niż ulepszenie sieci—to technologia umożliwiająca badania naukowe XXI wieku. Eliminując wąskie gardła sieciowe i zapewniając bezprecedensową wydajność, ConnectX-7 pozwala naukowcom skupić się na nauce, a nie na ograniczeniach obliczeniowych. Dla badań akademickich instytucji zaangażowanych w rozwój ludzkiej wiedzy, inwestycja w technologię ConnectX-7 jest inwestycją w przyszłe odkrycia i innowacje.