En los últimos años, la aplicación tecnológica de las tarjetas de red RDMA ha causado un gran revuelo en el mercado mundial de las comunicaciones Ethernet. En concreto, algunos gigantes de Internet como Ali, Tencent, Inspur, Supermicro, Lenovo y otros gigantes de Internet han desplegado un gran número de RDMA tarjetas de red en sus servidores. En 2019, según los informes oficiales, la facturación diaria de Tmall durante el «Double 11» alcanzó los 268 400 millones de yuanes, el pico de pedidos llegó a las 544 000 transacciones por segundo y el volumen de procesamiento de datos en un solo día alcanzó los 970 PB. Esta cifra impactante volvió a aparecer. La aplicación de las tarjetas de red RDMA ha llevado el tema a la primera línea de actualidad.

Sin embargo, muchos usuarios han señalado que, aunque estos datos son muy impresionantes, no tienen claro cómo se utiliza la tarjeta de red RDMA en la práctica. De hecho, la aplicación real de las tarjetas de red RDMA no es tan misteriosa como todo el mundo cree. La aparición de las tarjetas de red RDMA tiene como objetivo resolver el retraso en el procesamiento de datos del lado del servidor. En otras palabras, la misión de la tarjeta de red RDMA es reducir la carga de la CPU, mejorar el rendimiento de la red y reducir el retraso de la red.

1. Acerca de RDMA

RDMA (siglas de «Remote Direct Memory Access»), que significa «acceso directo a memoria remota», es un protocolo de comunicación de red que se aplicó por primera vez en el ámbito de la informática de alto rendimiento y que, poco a poco, ha ido ganando popularidad en los centros de datos. RDMA permite a los programas de usuario eludir el núcleo del sistema operativo (CPU) e interactuar directamente con la tarjeta de red para la comunicación en red, proporcionando así un gran ancho de banda y una latencia extremadamente baja. Por lo tanto, el principio de funcionamiento de la tarjeta de red RDMA es que, en comparación con la tarjeta de red TCP/IP tradicional, la tarjeta de red RDMA omite la participación del núcleo (CPU), y todos los datos se transfieren directamente desde la aplicación a la tarjeta de red.

2. Tres protocolos de red RDMA

En la actualidad, RDMA suele tener tres protocolos de red: Infiniband, RoCE e iWARP

1. InfiniBand es un protocolo de red diseñado específicamente para RDMA, capaz de garantizar la fiabilidad de la transmisión de datos desde el nivel del hardware. Aunque las especificaciones técnicas y normativas de InfiniBand se publicaron oficialmente en el año 2000, la arquitectura InfiniBand (IBA) no se ha generalizado en los superordenadores en clúster hasta después de 2005. La principal razón de su lento desarrollo es que Infiniband requiere su propio hardware dedicado desde L2 hasta L4. El coste para la empresa es muy elevado. En la actualidad, el principal fabricante de redes Infiniband es Mellanox.

2. RoCE es un protocolo de red que permite implementar RDMA en Ethernet. Se puede dividir en RoCE v1 y RoCE v2. Muchos usuarios de Internet creen que la arquitectura de RoCE en sí misma se ha tomado de InfiniBand, ya que el encabezado de red inferior de RoCE es el encabezado de Ethernet, mientras que el encabezado de red superior es el de InfiniBand. Se trata de una red InfiniBand de bajo coste lanzada por Mellanox (compatible con RoCE v1) para satisfacer la demanda del mercado.

Las redes RoCE requieren Ethernet sin pérdidas para lograr un funcionamiento de baja latencia, lo que significa que los conmutadores Ethernet integrados en la red deben ser compatibles con los mecanismos de puente de centro de datos (DCB) y control de flujo prioritario (PFC) para mantener un tráfico sin pérdidas. Sin embargo, la dificultad del Ethernet sin pérdidas radica en que su configuración en un entorno empresarial moderno es un proceso complicado y la escalabilidad se verá muy limitada, aunque esto no supone un problema para las empresas con sólidos recursos financieros. En segundo lugar, RoCE puede utilizar directamente la tarjeta de red para servidores en rack u hosts.

3. iWARP es un protocolo de red que permite ejecutar RDMA sobre TCP. Su ventaja es que puede funcionar en las redes TCP/IP estándar actuales. Para utilizar RDMA solo es necesario adquirir una tarjeta de red compatible con iWARP. Es especialmente adecuado para empresas con un presupuesto algo más reducido. Pero su desventaja es que su rendimiento es ligeramente inferior al de RoCE. Al fin y al cabo, se obtiene lo que se paga. Este principio se aplica desde tiempos inmemoriales.

3. Cómo elegir una marca de tarjeta de red RDMA

Como dice el refrán, hay que comparar precios, y lo mismo se aplica a la elección de marcas de tarjetas de red RDMA. Si echamos un vistazo al mercado mundial, actualmente hay tres grandes marcas de fabricantes de tarjetas de red RDMA: Marvell, Intel y Mellanox. De ellas, Marvell es la marca Qlogic adquirida, y Mellanox ha sido adquirida por NVIDIA.

¿Cómo elegimos los fabricantes de tarjetas de red RDMA? En primer lugar, sabemos que la red Infiniband de Mellanox es el mejor ejemplo del rendimiento de las tarjetas de red RDMA. Garantiza la fiabilidad de la transmisión a nivel de hardware, pero requiere que todo el entorno esté equipado con hardware específico. Aunque ya se han lanzado tarjetas de red RDMA compatibles con Ethernet, estas tarjetas solo admiten RoCE v1, lo que exige que el conmutador cumpla con el mecanismo de control de flujo prioritario (PFC), lo cual resulta costoso. En este sentido, la mayoría de las empresas de centros de datos han quedado excluidas.

Solo quedan RoCE v2 e iWARP. Intel es una empresa estadounidense dedicada principalmente al procesamiento de CPU. El rendimiento RDMA (protocolos RoCE v2 e iWARP) ya es compatible con los controladores Ethernet de la serie 800. RoCE v2 es una versión mejorada de RoCE v1. La principal mejora es la compatibilidad con el enrutamiento IP. La característica más destacada del protocolo iWARP es que puede ejecutarse en cualquier red IP y ya no limita la compatibilidad del hardware relacionado con los equipos de soporte. Desde este punto de vista, Intel y Mellanox, Intel La tarjeta de red RDMA es más ecológica y rentable.

Marvell, como ya hemos dicho, es la marca Qlogic que ha sido adquirida. La marca Qlogic goza de una autoridad indiscutible en el mercado de Fibre Channel. Numerosos clientes corporativos de todo el mundo han adoptado las soluciones de Qlogic. En cuanto a RDMA, Qlogic e Intel están igualmente comprometidos con RoCE e Intel. No hay ningún prejuicio hacia iWARP. Los clientes pueden utilizar tanto el protocolo RoCE como el iWARP en el mismo adaptador, pero Marvell ha anunciado que el controlador de red Ethernet dejará de fabricarse el año que viene. Es una noticia muy lamentable.

4. Las empresas chinas investigan y desarrollan de forma independiente fabricantes de tarjetas de red RDMA

Además de los tres gigantes mencionados, todavía hay muchos Tarjeta de red RDMA fabricantes con una sólida capacidad de investigación y desarrollo independiente en China, como Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. En 2019, Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. (en lo sucesivo, «LR-LINK Lianrui») estableció una alianza estratégica con Marvell. Aprovechando la sólida experiencia de Qlogic en Fibre Channel, creó una tarjeta de red RDMA exclusiva para el ámbito de los servidores. Los principales productos son tarjetas de red de 10 Gigabits de dos o cuatro puertos (modelos: LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+), tarjetas de red para servidores de 25 Gbps, 10 Gigabit y 25 Gbps Tarjetas de red OCP 3.0, etc. Dado que los controladores de red Ethernet de Marvell dejarán de fabricarse el año que viene, la tarjeta de red Marvell (con función RDMA) que ofrece actualmente LR-LINK Lianrui está destinada principalmente a los pedidos de los clientes habituales.

Además, a partir de junio de 2020, LR-LINK Lianrui comenzó a desarrollar de forma independiente un adaptador de tarjeta Ethernet basado en la serie Intel 800. Los productos que se han comercializado habitualmente son tarjetas de red para servidores con dos puertos ópticos de 100G, tarjetas de red para servidores con un puerto óptico de 100G y tarjetas de red para servidores con dos puertos ópticos de 25G; actualmente, al final de la investigación, se encuentran en el mercado la tarjeta de red para servidores con cuatro puertos ópticos de 25G, tarjetas de red OCP 3.0 de 25 G con dos puertos ópticos y tarjetas de red OCP 3.0 de 100 G con dos puertos, etc., todas ellas con baja latencia y alto rendimiento de red en términos de rendimiento. También cuentan con excelentes características, como un gran volumen, ahorro de carga de la CPU y compatibilidad con la función RDMA.

En el futuro, ante el rápido aumento de la demanda de procesamiento de datos en centros de datos en el ámbito empresarial, LR-LINK seguirá aprovechando sus ventajas en el sector, innovando y desarrollando más tarjetas de red con alto rendimiento, gran capacidad de transferencia, baja latencia y otras características, y se esforzará siempre por ofrecer a los clientes de todo el mundo soluciones profesionales de tarjetas de red con un rendimiento excelente.