أولاً: ما هي شبكة إنفيني باند؟

إنفيني باند (InfiniBand)، الذي يُعرف غالبًا بالاختصار "IB"، هو معيار للاتصالات الشبكية وأحد البروتوكولات التي تطبق تقنية الوصول المباشر إلى الذاكرة عن بُعد (RDMA). ويستخدم تقنية الإشارات التفاضلية عالية السرعة وآليات الإرسال المتوازي متعدد القنوات. وتتمثل أهدافه الرئيسية في توفير "أداء عالٍ وزمن انتقال منخفض وموثوقية عالية".

إنفيني باند (InfiniBand) هي تقنية ربط مخصصة للحوسبة عالية الأداء (HPC) في مجال الخوادم. وتتميز بإنتاجية عالية للغاية وزمن انتقال منخفض بشكل استثنائي، وتُستخدم لربط البيانات بين أجهزة الكمبيوتر (مثل النسخ المتماثل وأحمال العمل الموزعة). كما تُستخدم InfiniBand كربط مباشر أو محول بين الخوادم وأنظمة التخزين (مثل شبكات التخزين (SAN) والتخزين المرتبط مباشرة)، وكذلك بين أنظمة التخزين نفسها. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تسهل الاتصال بين الخوادم والشبكات (مثل شبكات LAN و WAN والإنترنت). وهي مستخدمة على نطاق واسع في مراكز البيانات ومجالات الحوسبة عالية الأداء (HPC) والتخزين. وبالتالي، مع ظهور الذكاء الاصطناعي، أصبحت تقنية الربط الشبكي المفضلة لربط خوادم GPU.

ثانياً: تاريخ تطور شبكة إنفيني باند

في أوائل التسعينيات، كانت شركة إنتل رائدة في إدخال تصميم ناقل PCI إلى بنية الحاسوب الشخصي القياسية لدعم العدد المتزايد من الأجهزة الخارجية. ومع ذلك، ومع التطور السريع لوحدات المعالجة المركزية والذاكرة والأقراص الصلبة والمكونات الأخرى، أصبح التطور البطيء لناقل PCI عقبة أمام أداء النظام بأكمله. ولمعالجة هذه المشكلة، قامت شركات عملاقة في صناعة تكنولوجيا المعلومات، بما في ذلك كومباك وديل وإتش بي وآي بي إم وإنتل ومايكروسوفت وصن، إلى جانب أكثر من 180 شركة أخرى، بتأسيس **IBTA (رابطة تجارة إنفيني باند)** بشكل مشترك.

كان الهدف من IBTA هو البحث عن تقنيات بديلة جديدة لتحل محل PCI وحل مشكلة اختناق النطاق الترددي التي تعاني منها. ونتيجة لذلك، تم إصدار **مواصفات بنية InfiniBand الإصدار 1.0** رسميًا في عام 2000. وقد أدخلت هذه المواصفات بروتوكول RDMA، الذي يوفر زمن انتقال أقل وعرض نطاق ترددي أكبر وموثوقية أعلى، ويتيح أداءً أقوى بكثير في عمليات الإدخال/الإخراج، مما جعلها معيارًا جديدًا لتقنية ربط الأنظمة.

عند الحديث عن إنفيني باند، لا بد أن يتبادر إلى الذهن اسم شركة إسرائيلية – **ميلانوكس** (الاسم الصيني: ، ويسهل تذكره على أنه "بيع البراغي"). تأسست Mellanox في إسرائيل في مايو 1999 على يد عدد من الموظفين السابقين في شركتي Intel و Galileo Technology، وانضمت إلى تحالف صناعة InfiniBand بعد تأسيسها بفترة وجيزة. وفي عام 2001، أطلقت الشركة أول منتج لها من منتجات InfiniBand.

في عام 2002، واجه معسكر إنفيني باند (InfiniBand) اضطرابًا كبيرًا. فقد «تخلت» شركة إنتل عن المشروع، وقررت تحويل تركيزها في مجال التطوير إلى **PCI Express (PCIe)**، الذي تم إطلاقه في عام 2004. كما انسحبت شركة عملاقة أخرى، وهي Microsoft، من تطوير InfiniBand. وعلى الرغم من استمرار التزام شركات مثل Sun و Hitachi، إلا أن مستقبل InfiniBand أصبح محفوفًا بالشكوك.

ابتداءً من عام 2003، اتجهت تقنية InfiniBand نحو مجال تطبيق جديد: "ربط مجموعات الحواسيب". وفي عام 2005، وجدت مجالًا جديدًا آخر للتطبيق: "ربط أجهزة التخزين". وبعد عام 2012، وبفضل النمو المستمر في الطلب على الحوسبة عالية الأداء (HPC)، حققت تقنية InfiniBand طفرة كبيرة، وزادت حصتها في السوق بشكل مطرد.

مع تزايد شهرة تقنية InfiniBand تدريجيًا، نمت شركة Mellanox أيضًا وأصبحت "الشركة الرائدة في السوق" في مجال إنفيني باند. في عام 2010، اندمجت شركة ميلانوكس مع شركة فولتير، لتبقى ميلانوكس (التي استحوذت عليها شركة إنفيديا في عام 2019) وشركة كيو لوجيك (التي استحوذت عليها شركة إنتل في عام 2012) كموردين رئيسيين لتقنية إنفيني باند.

في عام 2013، استحوذت شركة «ميلانوكس» على شركة «كوتورا» المتخصصة في تكنولوجيا الضوئيات السليكونية، وشركة «آي بي ترونيكس» المصنعة لرقائق التوصيل البصري المتوازي، مما عزز محفظتها في هذا القطاع بشكل أكبر.

في عام 2015، بلغت حصة تقنية إنفيني باند في "TOP500" تجاوزت نسبة الحواسيب العملاقة في القائمة 50% للمرة الأولى. وقد شكل ذلك أول تجاوز لتقنية إنفيني باند لتقنية إيثرنت، لتصبح "التقنية المفضلة لربط المجموعات في الحواسيب العملاقة".

بحلول عام 2015، كانت شركة ميلانوكس تحتل "حصة تبلغ 80%" في سوق إنفيني باند العالمي. وقد توسع نطاق أعمالها من الرقائق ليشمل النطاق الكامل: محولات الشبكات، والمحولات/البوابات، وأنظمة الاتصالات عن بُعد، والكابلات/الوحدات النمطية، مما رسخ مكانتها كمزود شبكات عالمي المستوى.

في عام 2019، اتخذت شركة NVIDIA خطوة مهمة باستحواذها على شركة Mellanox مقابل "6.9 مليار دولار". صرح جينسن هوانغ، الرئيس التنفيذي لشركة NVIDIA، قائلاً: "هذا هو اتحاد شركتين رائدتين عالمياً في مجال الحوسبة عالية الأداء. تركز NVIDIA على الحوسبة المعجلة، بينما تركز Mellanox على شبكات الربط الداخلي والتخزين." بالنظر إلى الوراء، أظهرت NVIDIA بصيرة ملحوظة: يعتمد تدريب النماذج الكبيرة بشكل كبير على مجموعات الحوسبة عالية الأداء، وشبكات InfiniBand هي "الشريك المثالي" بالنسبة لهذه المجموعات.

ثالثًا: كيف يعمل نظام إنفيني باند

قد تبدو مبادئ عمل شبكة InfiniBand معقدة بالنسبة لمن ليسوا متخصصين في مجال الشبكات. يمكن للمبتدئين فهم الأساسيات أو تخطي هذا القسم. كما يتبنى بروتوكول InfiniBand "البنية الطبقية"، حيث تكون كل طبقة مستقلة وتقدم الخدمات للطبقة التي تعلوها.

الطبقة المادية: تحدد كيفية تجميع الإشارات الثنائية لتشكل رموزًا على الوصلة المادية، ثم لتشكل إطارات ورموز بيانات وملء البيانات بين الحزم. كما توضح بالتفصيل بروتوكولات الإشارة اللازمة لإنشاء حزم صالحة، وما إلى ذلك.

طبقة الوصلة: تحدد تنسيق حزم البيانات والبروتوكولات الخاصة بعمليات الحزم، مثل التحكم في التدفق والتوجيه والتشفير وفك التشفير، وما إلى ذلك.

طبقة الشبكة: تقوم بالتوجيه عن طريق إضافة رأس مسار عالمي (GRH) بحجم 40 بايت إلى الحزمة. وأثناء إعادة التوجيه، لا تقوم أجهزة التوجيه سوى بإجراء فحص CRC متغير، مما يضمن "سلامة نقل البيانات من البداية إلى النهاية".

طبقة النقل: تقوم بتسليم الحزم إلى زوج قائمة انتظار (QP) محدد وتوجه الزوج (QP) بشأن كيفية معالجة الحزمة. يستخدم نقل شبكة InfiniBand تقنية التحكم في التدفق القائم على الائتمان (CBFC) لضمان موثوقية وكفاءة نقل البيانات. تدير هذه الآلية الائتمان (الذي يمثل حجم البيانات الذي يمكن للمستقبل قبوله) بين المرسل والمستقبل لمنع فقدان الحزم والازدحام.

يُعد «زوج قوائم الانتظار» (QP) وحدة الاتصال الأساسية في تقنية RDMA. ويتألف من زوج من قوائم الانتظار: قائمة الإرسال (SQ) وقائمة الاستلام (RQ). وعندما يستدعي المستخدمون واجهات برمجة التطبيقات (APIs) لإرسال البيانات أو استلامها، فإنهم في الأساس يضعون البيانات في «زوج قوائم الانتظار» (QP). ثم تتم معالجة الطلبات الموجودة في QP واحدًا تلو الآخر بطريقة الاستقصاء.

مزايا "CBFC" يمكن تلخيص هذه التكنولوجيا في ثلاث نقاط رئيسية:

1. تجنب الازدحام: من خلال التعديل الديناميكي للائتمان والنقل بدون فقدان للبيانات، تمنع تقنية CBFC بشكل فعال ازدحام الشبكة وفقدان الحزم.

2. تحسين الكفاءة: يمكن للمرسل إرسال البيانات بشكل مستمر دون انتظار إقرارات الاستلام حتى نفاد الرصيد، مما يعزز كفاءة نقل البيانات.

3. التكوين التلقائي: يتم تفعيل آلية التحكم في التدفق تلقائيًا عند التثبيت المادي لأجهزة InfiniBand، دون الحاجة إلى أي تكوين يدوي من جانب المستخدم.

وكما هو واضح، تحدد شبكة InfiniBand تنسيقات الطبقات من 1 إلى 4 (الطبقة المادية، وطبقة الوصلة، وطبقة الشبكة، وطبقة النقل) الخاصة بها، مما يشكل بروتوكول شبكة متكامل. ويُعد التحكم في التدفق من طرف إلى طرف الأساس الذي يستند إليه إرسال واستقبال حزم شبكة InfiniBand، مما يتيح إنشاء شبكة عالية الفعالية وخالية من الفقدان.

وبطبيعة الحال، فإن تحقيق شبكة InfiniBand عالية السرعة والخالية من الفقد يعتمد أيضًا على تقنيات وميزات مثل Socket Direct، والتوجيه التكيفي، وSubnet Manager (SM) لإدارة الشبكات الفرعية، وتقسيم الشبكة، ومحرك SHARP (بروتوكول التجميع والتقليص الهرمي القابل للتوسع) لتحسين أداء الشبكة. وتعمل هذه المكونات معًا على توفير الأداء العالي والكمون المنخفض وسهولة التوسع التي تميز هذه الشبكة.