في السنوات الأخيرة، أحدث تطبيق تقنية بطاقات الشبكة RDMA ضجة كبيرة في سوق اتصالات إيثرنت العالمية. وعلى وجه الخصوص، قامت بعض شركات الإنترنت العملاقة مثل علي بابا، وتينسنت، وإنسبور، وسوبرمايكرو، ولينوفو، وغيرها من شركات الإنترنت العملاقة بنشر عدد كبير من RDMA بطاقات الشبكة على خوادمها. في عام 2019، ووفقًا للتقارير الرسمية، بلغ حجم المبيعات اليومي لموقع Tmall خلال احتفالات "11 نوفمبر" 268.4 مليار يوان، وبلغت ذروة معدل الطلبات 544 ألف معاملة في الثانية، ووصل حجم معالجة البيانات في يوم واحد إلى 970 بيتابايت. ظهرت هذه القيمة المذهلة مرة أخرى. وقد دفع استخدام بطاقة الشبكة RDMA هذا الموضوع إلى الصدارة.

ومع ذلك، قال العديد من المستخدمين إن النظر إلى هذه البيانات أمر مثير للإعجاب للغاية، لكنهم لا يعرفون كيف تُستخدم بطاقة الشبكة RDMA في البيئة الفعلية. في الواقع، التطبيق الفعلي لبطاقات شبكة RDMA ليس غامضًا كما يعتقد الجميع. إن ظهور بطاقات شبكة RDMA يهدف في الواقع إلى حل مشكلة تأخير معالجة البيانات من جانب الخادم. بعبارة أخرى، تتمثل مهمة بطاقة شبكة RDMA في تقليل حمل وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وتحسين إنتاجية الشبكة، وتقليل تأخير الشبكة.

1 حول RDMA

RDMA (الاسم الكامل: Remote Direct Memory Access)، وهو ما يعني "الوصول المباشر عن بُعد إلى الذاكرة"، هو بروتوكول اتصال شبكي تم تطبيقه لأول مرة في مجال الحوسبة عالية الأداء، وأصبح شائعًا تدريجيًا في مراكز البيانات. يسمح RDMA لبرامج المستخدم بتجاوز نواة نظام التشغيل (CPU) والتفاعل مباشرة مع بطاقة الشبكة للاتصال الشبكي، مما يوفر نطاقًا تردديًا عاليًا وزمن انتقال صغيرًا للغاية. لذلك، فإن مبدأ عمل بطاقة شبكة RDMA هو أنه، مقارنة ببطاقة شبكة TCP/CP التقليدية، تتجاهل بطاقة شبكة RDMA مشاركة النواة (CPU)، وتنتقل جميع البيانات مباشرة من التطبيق إلى بطاقة الشبكة.

2 ثلاثة بروتوكولات شبكية لـ RDMA

في الوقت الحالي، تتضمن تقنية RDMA عمومًا ثلاثة بروتوكولات الشبكة: إنفينيباند، وRoCE، وiWARP

1. إنفيني باند (Infiniband) هو بروتوكول شبكي مصمم خصيصًا لتقنية RDMA، وهو ما يضمن موثوقية نقل البيانات بدءًا من مستوى الأجهزة. وعلى الرغم من أن المواصفات الفنية والمعايير القياسية لـ «إنفيني باند» قد نُشرت رسميًا في عام 2000، إلا أن بنية «إنفيني باند» (IBA) لم تنتشر على نطاق واسع في حواسيب الكلستر العملاقة إلا بعد عام 2005. السبب الرئيسي وراء بطء التطوير هو أن Infiniband تتطلب أجهزة مخصصة خاصة بها من L2 إلى L4. وتكلفة ذلك على المؤسسة مرتفعة للغاية. والآن، الشركة المصنعة الرئيسية لشبكة InfiniBand هي Mellanox.

2. RoCE هو بروتوكول شبكي يتيح تنفيذ RDMA على شبكة إيثرنت. ويمكن تقسيمه إلى RoCE v1 و RoCE v2. يعتقد العديد من مستخدمي الإنترنت أن بنية RoCE نفسها مستمدة من InfiniBand، لأن رأس الشبكة السفلي لـ RoCE هو رأس إيثرنت، بينما رأس الشبكة العلوي هو رأس InfiniBand. وهي شبكة InfiniBand منخفضة التكلفة أطلقتها شركة Mellanox (تدعم RoCE v1) لتلبية طلب السوق.

تتطلب شبكات RoCE استخدام شبكة إيثرنت خالية من الفقدان لتحقيق تشغيل منخفض التأخير، مما يعني أن محولات الإيثرنت المدمجة في الشبكة يجب أن تدعم آليات "جسور مراكز البيانات" (DCB) و"التحكم في تدفق الأولوية" (PFC) من أجل الحفاظ على حركة مرور خالية من الفقدان. ومع ذلك، فإن الصعوبة في شبكة إيثرنت الخالية من الفقدان تكمن في أن التكوين في بيئة المؤسسات الحديثة عملية معقدة، وستكون قابلية التوسع محدودة للغاية، ولكن هذا لا يمثل مشكلة للشركات التي تمتلك موارد مالية قوية. ثانيًا، يمكن لـ RoCE استخدام بطاقة الشبكة مباشرةً لخوادم الحامل أو المضيفين.

3. iWARP هو بروتوكول شبكي يتيح تنفيذ RDMA عبر بروتوكول TCP. وتتمثل ميزته في قدرته على العمل ضمن شبكات TCP/IP القياسية الحالية. ولا يمكن استخدام RDMA إلا من خلال شراء بطاقة شبكة تدعم iWARP. وهو مناسب بشكل خاص للمؤسسات التي تعمل بميزانية مالية محدودة نسبيًا. لكن عيبه هو أنه أسوأ قليلاً من RoCE من حيث الأداء. ففي النهاية، تحصل على ما تدفع ثمنه. وقد طُبق هذا المبدأ منذ العصور القديمة.

3، كيفية اختيار ماركة بطاقة الشبكة التي تدعم تقنية RDMA

وكما يقول المثل، "تسوق جيدًا"، فإن الأمر نفسه ينطبق على اختيار العلامات التجارية لبطاقات الشبكة التي تدعم تقنية RDMA. وبالنظر إلى السوق العالمية، توجد حاليًا ثلاث علامات تجارية رئيسية لمصنعي بطاقات الشبكة التي تدعم تقنية RDMA، وهي Marvell وIntel وMellanox. ومن بينها، فإن Marvell هي العلامة التجارية Qlogic التي تم الاستحواذ عليها، بينما تم الاستحواذ على Mellanox من قِبل NVIDIA.

كيف نختار العلامات التجارية المصنعة لبطاقات الشبكة RDMA؟ أولاً وقبل كل شيء، نعلم أن شبكة Infiniband من Mellanox هي أفضل مثال على أداء بطاقات الشبكة RDMA. فهي تضمن الموثوقية من خلال نقل البيانات عبر الأجهزة، ولكنها تتطلب تجهيز البيئة التشغيلية بأكملها بأجهزة مخصصة. على الرغم من طرح بطاقات شبكة RDMA التي تدعم إيثرنت الآن، إلا أن بطاقة شبكة RDMA هذه تدعم RoCE v1 فقط، مما يتطلب توفر آلية التحكم في تدفق الأولوية (PFC) على المحول، وهو أمر مكلف. وفي هذا الصدد، تم استبعاد معظم شركات مراكز البيانات.

لم يتبق سوى RoCE v2 و iWARP. إنتل هي شركة أمريكية تعمل بشكل أساسي في مجال معالجة وحدة المعالجة المركزية (CPU). يتم دعم أداء RDMA (بروتوكولات RoCE v2 و iWARP) بالفعل على وحدات التحكم في شبكة إيثرنت من سلسلة 800. RoCE v2 هو نسخة مطورة من RoCE v1. ويتمثل التحسين الأكبر في دعم توجيه IP. أهم ميزة لبروتوكول iWARP هي أنه يمكن تشغيله على أي شبكة IP ولم يعد يحد من توافق الأجهزة الداعمة ذات الصلة. من هذا المنظور، فإن بطاقة شبكة RDMA من Intel و Mellanox، Intel أكثر توافقًا بيئيًا وفعالية من حيث التكلفة.

شركة Marvell، كما ذكرنا سابقًا، هي العلامة التجارية التي استحوذت عليها شركة Qlogic. وتتمتع علامة Qlogic التجارية بمكانة مرموقة في سوق تقنية Fibre Channel. وقد اعتمد العديد من العملاء من الشركات حول العالم حلول Qlogic. فيما يتعلق بـ RDMA، تلتزم كل من Qlogic و Intel بنفس القدر بـ RoCE و Intel. ولا يوجد أي تحيز في iWARP. يمكن للعملاء استخدام بروتوكولي RoCE و iWARP على نفس المحول، لكن Marvell أعلنت أن وحدة التحكم في شبكة Ethernet سيتم إيقاف إنتاجها العام المقبل. وهذه أخبار مؤسفة للغاية.

4. تقوم الشركات الصينية بشكل مستقل بالبحث والتطوير في مجال تصنيع بطاقات الشبكة التي تدعم تقنية RDMA

بالإضافة إلى الشركات الثلاث الكبرى المذكورة أعلاه، لا يزال هناك العديد من بطاقة شبكة RDMA الشركات المصنعة التي تتمتع بقدرات قوية ومستقلة في مجال البحث والتطوير في الصين، مثل شركة شينزين ليانروي للإلكترونيات المحدودة. في عام 2019، أبرمت شركة شينزين ليانروي للإلكترونيات المحدودة (المشار إليها فيما يلي باسم: LR-LINK Lianrui) شراكة استراتيجية مع شركة Marvell. وبفضل القوة الكبيرة التي تتمتع بها شركة Qlogic في مجال Fibre Channel، تم إنشاء بطاقة شبكة RDMA مخصصة حصريًا لمجال الخوادم. المنتجات الرئيسية هي بطاقات شبكة مزدوجة/رباعية المنافذ بسرعة 10 جيجابت (الموديلات: LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+)، بطاقات شبكة الخادم بسرعة 25 جيجابت، و10 جيجابت و25 جيجابت بطاقات الشبكة OCP 3.0، إلخ. ونظرًا لأن وحدة التحكم في شبكات إيثرنت من مارفيل (Marvell) سيتم إيقاف إنتاجها العام المقبل، فإن بطاقة الشبكة الحالية من مارفيل (المزودة بوظيفة RDMA) التي تنتجها شركة LR-LINK Lianrui أصبحت متاحة بشكل أكبر للعملاء الدائمين للطلب عليها.

بالإضافة إلى ذلك، بدأت شركة LR-LINK Lianrui بعد يونيو 2020 في تطوير محول بطاقة إيثرنت بشكل مستقل استنادًا إلى سلسلة Intel 800. المنتجات التي تم بيعها بشكل طبيعي هي بطاقات شبكة الخادم ذات المنفذين البصريين 100G، وبطاقات شبكة الخادم ذات المنفذ البصري الواحد 100G، وبطاقة شبكة الخادم ذات المنفذين البصريين 25G؛ أما المنتجات الموجودة حاليًا في السوق في نهاية البحث فهي بطاقة شبكة الخادم ذات الأربعة منافذ البصرية 25G، وبطاقة شبكة OCP3.0 ذات منفذين بصريين بسرعة 25G، وبطاقة شبكة OCP 3.0 ذات منفذين بسرعة 100G، وغيرها، وتتميز جميعها بزمن انتقال منخفض وسعة نقل عالية من حيث الأداء، كما تتمتع بميزات ممتازة مثل السعة العالية، وتوفير حمل وحدة المعالجة المركزية (CPU)، ودعم وظيفة RDMA.

في المستقبل، ومع الارتفاع السريع في الطلب على معالجة البيانات في مراكز البيانات في مجال الشركات، ستواصل LR-LINK الاستفادة من مزاياها في هذا القطاع، والابتكار وتطوير المزيد من بطاقات الشبكة التي تتميز بالأداء العالي، وسعة النقل الكبيرة، وزمن الاستجابة المنخفض، وغيرها من الخصائص، وستسعى دائمًا إلى تزويد العملاء في جميع أنحاء العالم بحلول بطاقات شبكة احترافية ذات أداء متميز.