Ces dernières années, l'application technologique des cartes réseau RDMA a bouleversé le marché mondial des communications Ethernet. En particulier, certains géants de l'Internet tels qu'Ali, Tencent, Inspur, Supermicro, Lenovo et d'autres ont déployé un grand nombre de RDMA cartes réseau sur leurs serveurs. En 2019, selon les rapports officiels, le chiffre d'affaires quotidien de Tmall lors du Double 11 a atteint 268,4 milliards de yuans, le pic de commandes a atteint 544 000 transactions par seconde et le volume de données traitées en une seule journée a atteint 970 pétaoctets. Ce chiffre stupéfiant est réapparu. L'utilisation de cartes réseau RDMA a propulsé le sujet au premier plan.

Cependant, de nombreux utilisateurs ont déclaré que ces données étaient certes impressionnantes, mais qu'ils ne savaient pas vraiment comment la carte réseau RDMA était utilisée dans la pratique. En réalité, l'application concrète des cartes réseau RDMA n'est pas aussi mystérieuse que tout le monde le pense. L'émergence des cartes réseau RDMA vise en fait à résoudre le problème du délai de traitement des données côté serveur. En d'autres termes, la mission de la carte réseau RDMA est de réduire la charge du processeur, d'améliorer le débit réseau et de réduire le délai réseau.

1 À propos du RDMA

Le RDMA (acronyme de « Remote Direct Memory Access »), qui signifie « accès direct à la mémoire à distance », est un protocole de communication réseau initialement utilisé dans le domaine du calcul haute performance, et qui s'est progressivement imposé dans les centres de données. Le RDMA permet aux programmes utilisateurs de contourner le noyau du système d'exploitation (CPU) et d'interagir directement avec la carte réseau pour la communication réseau, offrant ainsi une bande passante élevée et une latence extrêmement faible. Par conséquent, le principe de fonctionnement de la carte réseau RDMA est le suivant : par rapport à la carte réseau TCP/IP traditionnelle, la carte réseau RDMA omet la participation du cœur (CPU), et toutes les données sont transférées directement de l'application vers la carte réseau.

2 Les trois protocoles réseau du RDMA

À l'heure actuelle, le RDMA comporte généralement trois protocoles réseau: Infiniband, RoCE et iWARP

1. InfiniBand est un protocole réseau spécialement conçu pour le RDMA, capable de garantir la fiabilité de la transmission des données dès le niveau matériel. Bien que les spécifications techniques et les normes InfiniBand aient été officiellement publiées en 2000, l'architecture InfiniBand (IBA) n'a été largement adoptée sur les supercalculateurs en grappe qu'à partir de 2005. La principale raison de ce développement lent est qu'Infiniband nécessite son propre matériel dédié, du niveau L2 au niveau L4. Le coût pour l'entreprise est très élevé. Aujourd'hui, le principal fabricant de réseaux Infiniband est Mellanox.

2. RoCE est un protocole réseau qui permet la mise en œuvre de la technologie RDMA sur Ethernet. Il se décline en deux versions : RoCE v1 et RoCE v2. De nombreux internautes estiment que l'architecture de RoCE elle-même est dérivée d'InfiniBand, car l'en-tête réseau de niveau inférieur de RoCE est l'en-tête Ethernet, tandis que l'en-tête de niveau supérieur est l'en-tête InfiniBand. Il s'agit d'un réseau InfiniBand à faible coût lancé par Mellanox (prenant en charge RoCE v1) pour répondre à la demande du marché.

Les réseaux RoCE nécessitent un Ethernet sans perte pour fonctionner avec une faible latence, ce qui signifie que les commutateurs Ethernet intégrés au réseau doivent prendre en charge les mécanismes DCB (Data Center Bridging) et PFC (Priority Flow Control) afin de garantir un trafic sans perte. Cependant, la difficulté de l'Ethernet sans perte réside dans le fait que sa configuration dans un environnement d'entreprise moderne est un processus complexe et que son évolutivité sera fortement limitée, mais cela ne pose pas de problème pour les entreprises disposant de solides ressources financières. Deuxièmement, le RoCE peut utiliser directement la carte réseau des serveurs en rack ou des hôtes.

3. iWARP est un protocole réseau qui permet d'exécuter le RDMA sur TCP. Son avantage réside dans le fait qu'il peut fonctionner sur les réseaux TCP/IP standard actuels. Pour utiliser le RDMA, il suffit d'acheter une carte réseau compatible avec iWARP. Il convient particulièrement aux entreprises disposant d'un budget un peu plus modeste. Mais son inconvénient est que ses performances sont légèrement inférieures à celles du RoCE. Après tout, on en a pour son argent. Ce principe s'applique depuis toujours.

3. Comment choisir une marque de carte réseau RDMA

Comme le dit le proverbe, il faut comparer les offres ; il en va de même pour le choix des marques de cartes réseau RDMA. Si l'on examine le marché mondial, on constate qu'il existe aujourd'hui trois grandes marques de fabricants de cartes réseau RDMA, à savoir Marvell, Intel et Mellanox. Parmi elles, Marvell a racheté la marque Qlogic, tandis que Mellanox a été rachetée par NVIDIA.

Comment choisir les fabricants de cartes réseau RDMA ? Tout d'abord, nous savons que le réseau Infiniband de Mellanox est le meilleur représentant des performances des cartes réseau RDMA. Il garantit la fiabilité de la transmission matérielle, mais nécessite que l'ensemble de l'environnement soit équipé de matériel dédié. Bien que des cartes réseau RDMA prenant en charge Ethernet aient désormais été commercialisées, cette carte réseau RDMA ne prend en charge que RoCE v1, ce qui nécessite que le mécanisme de contrôle de flux prioritaire (PFC) soit implémenté sur le commutateur, ce qui est coûteux. À cet égard, la plupart des entreprises de centres de données ont été exclues.

Il ne reste plus que RoCE v2 et iWARP. Intel est une entreprise américaine spécialisée principalement dans les processeurs. Les performances RDMA (protocoles RoCE v2 et iWARP) sont déjà prises en charge par les contrôleurs Ethernet de la série 800. RoCE v2 est une version améliorée de RoCE v1. La principale amélioration réside dans la prise en charge du routage IP. La principale caractéristique du protocole iWARP est qu'il peut fonctionner sur n'importe quel réseau IP et ne limite plus la compatibilité des équipements matériels connexes. De ce point de vue, la carte réseau RDMA d'Intel est plus éco-compatible et plus rentable que celle de Mellanox.

Marvell, comme nous l’avons déjà mentionné, est la marque issue de l’acquisition de Qlogic. La marque Qlogic jouit d’une autorité incontestée sur le marché du Fibre Channel. De nombreuses entreprises à travers le monde ont adopté les solutions de Qlogic. En ce qui concerne le RDMA, Qlogic et Intel s'engagent tout autant en faveur du RoCE et d'Intel. Il n'y a aucun préjugé à l'égard de l'iWARP. Les clients peuvent utiliser à la fois les protocoles RoCE et iWARP sur le même adaptateur, mais Marvell a annoncé que le contrôleur de réseau Ethernet serait abandonné l'année prochaine. C'est une nouvelle très regrettable.

4. Les entreprises chinoises mènent des activités de recherche et développement en toute autonomie pour devenir des fabricants de cartes réseau RDMA

Outre ces trois géants, il en existe encore beaucoup d'autres Carte réseau RDMA des fabricants disposant de solides capacités de recherche et développement indépendantes en Chine, tels que Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. En 2019, Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. (ci-après dénommée : LR-LINK Lianrui) a conclu un partenariat stratégique avec Marvell. S'appuyant sur la solide expertise de Qlogic en matière de Fibre Channel, elle a créé une carte réseau RDMA exclusivement destinée au secteur des serveurs. Les principaux produits sont des cartes réseau 10 Gigabit à deux ou quatre ports (modèles : LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+), cartes réseau serveur 25G, 10 Gigabit et 25G Cartes réseau OCP 3.0, etc. Étant donné que les contrôleurs réseau Ethernet Marvell seront retirés du marché l'année prochaine, la carte réseau Marvell actuellement proposée par LR-LINK Lianrui (avec fonction RDMA) est davantage destinée aux clients réguliers qui souhaitent en commander.

Par ailleurs, après juin 2020, LR-LINK Lianrui a commencé à développer en interne une carte réseau Ethernet basée sur la série Intel 800. Les produits commercialisés habituellement sont des cartes réseau pour serveurs à double port optique 100G, des cartes réseau pour serveurs à port optique unique 100G et des cartes réseau pour serveurs à double port optique 25G ; actuellement sur le marché, à l'issue de la phase de recherche, on trouve des cartes réseau pour serveurs à quatre ports optiques 25G, des cartes réseau OCP 3.0 à double port optique 25G et des cartes réseau OCP 3.0 à double port 100G, etc. Toutes offrent une faible latence et un débit réseau élevé en termes de performances. Elles présentent également d'excellentes caractéristiques telles qu'un volume élevé, une réduction de la charge du processeur et la prise en charge de la fonction RDMA.

À l'avenir, face à l'explosion de la demande en matière de traitement des données dans les centres de données du secteur des entreprises, LR-LINK continuera à tirer parti de ses atouts dans ce domaine, à innover et à développer davantage de cartes réseau offrant des performances élevées, un débit important et une faible latence, et s'efforcera toujours de fournir à ses clients du monde entier des solutions professionnelles de cartes réseau d'excellente qualité.