近年、RDMAネットワークカードの技術導入は、世界のイーサネット通信市場に旋風を巻き起こしている。特に、アリババ、テンセント、インスパー、スーパーマイクロ、レノボなどのインターネット大手企業は、多数をRDMA サーバーに搭載されたネットワークカード。公式データによると、2019年の「ダブル11」におけるTmallの1日あたりの売上高は2,684億元に達し、注文処理のピーク時は1秒あたり54万4,000件を記録、1日あたりのデータ処理量は970PBに達した。 この驚異的な数値が再び現れた。RDMAネットワークカードの導入により、この話題が再び注目を集めている。

しかし、多くのユーザーからは、「このデータを見る限り非常に印象的だが、実際の環境ではRDMAネットワークカードをどのように活用すればよいのか、見当がつかない」という声が上がっています。 実際、RDMAネットワークカードの実際の活用方法は、皆が思っているほど難解なものではありません。RDMAネットワークカードが登場した背景には、サーバー側のデータ処理における遅延を解決するという目的があります。つまり、RDMAネットワークカードの役割は、CPUの負荷を軽減し、ネットワークのスループットを向上させ、ネットワーク遅延を低減することにあります。

1 RDMAについて

RDMA（正式名称：Remote Direct Memory Access）は、リモート・ダイレクト・メモリ・アクセスを意味し、当初はハイパフォーマンス・コンピューティングの分野で採用されたネットワーク通信プロトコルですが、現在ではデータセンターでも徐々に普及しつつあります。 RDMA を使用すると、ユーザープログラムはオペレーティングシステムのカーネル（CPU）をバイパスして、ネットワークカードと直接通信を行うことができるため、高帯域幅と極めて低いレイテンシを実現します。 したがって、RDMA ネットワークカードの動作原理は、従来の TCP/IP ネットワークカードと比較して、RDMA ネットワークカードはコア（CPU）の関与を省略し、すべてのデータ転送がアプリケーションからネットワークカードへ直接行われるというものです。

2 RDMAの3つのネットワークプロトコル

現在、RDMAには一般的に3つのネットワークプロトコル: インフィニバンド、RoCE、およびiWARP

1. インフィニバンドは、RDMAに特化して設計されたネットワークプロトコルであり、ハードウェアレベルからデータ伝送の信頼性を確保することができます。インフィニバンドの技術仕様および標準仕様は2000年に正式に公開されましたが、インフィニバンド・アーキテクチャ（IBA）がクラスタ型スーパーコンピュータで広く採用されるようになったのは2005年以降のことです。 開発が遅れた最大の理由は、InfiniBandがL2からL4まで専用のハードウェアを必要とするためです。企業にとってのコストは非常に高くなります。現在、InfiniBandネットワークの主要メーカーはMellanoxです。

2. RoCEは、イーサネット上でRDMAを実装することを可能にするネットワークプロトコルです。RoCE v1とRoCE v2に分類されます。 多くのネットユーザーは、RoCEの下位ネットワークヘッダーがイーサネットヘッダーであり、上位ネットワークヘッダーがInfiniBandヘッダーであることから、RoCEのアーキテクチャ自体がInfiniBandから流用されたものであると考えています。これは、市場の需要に応えるためにMellanoxが立ち上げた（RoCE v1をサポートする）低コストのInfiniBandネットワークです。

RoCEネットワークでは、低遅延動作を実現するためにロスレスイーサネットが必要となります。つまり、ネットワークに組み込まれたイーサネットスイッチは、トラフィックのロスレス性を維持するために、データセンターブリッジング（DCB）および優先フロー制御（PFC）のメカニズムをサポートしている必要があります。 しかし、ロスレスイーサネットの難点は、現代の企業環境における設定が複雑なプロセスであり、スケーラビリティが大幅に制限されることです。ただし、これは資金力のある企業にとっては問題ではありません。第二に、RoCEはラックサーバーやホストのネットワークカードを直接利用することができます。

3. iWARPは、TCP上でRDMAを実行可能にするネットワークプロトコルです。その利点は、現在の標準的なTCP/IPネットワーク上で動作できることです。RDMAを利用するには、iWARPに対応したネットワークカードを購入する必要があります。予算がやや限られている企業にとって、特に適しています。 しかし、その欠点は、パフォーマンスがRoCEよりも若干劣ることです。結局のところ、「安かろう悪かろう」というものです。この原則は古くから適用されてきました。

3、RDMAネットワークカードのブランド選び方

「よく比較検討せよ」という格言があるように、RDMAネットワークカードのブランド選びにも同じことが言えます。世界市場を見渡すと、現在、RDMAネットワークカードメーカーには、Marvell、Intel、Mellanoxという3大ブランドが存在します。このうち、MarvellはQlogicを買収したブランドであり、MellanoxはNVIDIAに買収されています。

RDMAネットワークカードのメーカーはどのように選べばよいのでしょうか？まず、RDMAネットワークカードの性能において、MellanoxのInfiniBandネットワークが最も代表的な存在であることは周知の事実です。これはハードウェア伝送による信頼性を確保できますが、エコシステム全体に専用のハードウェアを導入する必要があります。 現在、イーサネットに対応したRDMAネットワークカードもリリースされていますが、このRDMAネットワークカードはRoCE v1のみをサポートしており、スイッチ側で優先フロー制御（PFC）メカニズムを満たす必要があり、コストが高くなります。この点において、ほとんどのデータセンター企業は対象外となっています。

残っているのはRoCE v2とiWARPのみです。インテルは、主にCPU処理を手がける米国企業です。RDMAのパフォーマンス（RoCE v2およびiWARPプロトコル）は、800シリーズイーサネットコントローラですでにサポートされています。RoCE v2はRoCE v1のアップグレード版です。最大の改善点は、IPルーティングのサポートです。 iWARPプロトコルの最大の特徴は、あらゆるIPネットワーク上で動作可能であり、関連するハードウェア機器の互換性に制限がなくなった点です。この観点から、インテルとMellanoxのRDMAネットワークカードは、より幅広い環境に対応し、コストパフォーマンスに優れています。

前述の通り、Marvellは買収されたQlogicブランドです。Qlogicブランドは、ファイバーチャネル市場において絶対的な発言権を持っています。世界中の多くの企業顧客が、Qlogicのソリューションを採用しています。 RDMAに関しては、QlogicとIntelはRoCEとiWARPに等しく注力しています。iWARPに対して偏見はありません。顧客は同一のアダプタ上でRoCEとiWARPの両プロトコルを使用できますが、Marvellは来年、イーサネット・ネットワーク・コントローラを生産終了すると発表しました。これは非常に残念なニュースです。

4. 中国企業が独自に研究開発を行うRDMAネットワークカードメーカー

上記の3大企業に加え、他にも多くのRDMA対応ネットワークカード 中国において強力な独自の研究開発能力を持つメーカー、例えば深セン聯瑞電子有限公司など。2019年、深セン聯瑞電子有限公司（以下、LR-LINK聯瑞）はMarvellと戦略的パートナーシップを締結した。 ファイバーチャネル分野におけるQlogicの強みを活かし、サーバー分野専用のRDMAネットワークカードを開発しました。主な製品は、デュアル/4ポートの10ギガビットネットワークカード（モデル：LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+)、25Gサーバー用ネットワークカード、10ギガビットおよび25GOCP 3.0 対応ネットワークカードなど。Marvellのイーサネットネットワークコントローラは来年生産終了となるため、現在、LR-LINK Lianruiが販売している既存のMarvell製ネットワークカード（RDMA機能搭載）は、主に既存のお客様向けの注文となります。

さらに、2020年6月以降、LR-LINK LianruiはIntel 800シリーズをベースとしたイーサネットカードアダプターの独自開発を開始しました。 現在通常販売されている製品は、100Gデュアル光ポートサーバー用ネットワークカード、100Gシングル光ポートサーバー用ネットワークカード、25Gデュアル光ポートサーバー用ネットワークカードです。現在、研究開発の最終段階にある製品としては、25G 4光ポートサーバー用ネットワークカード、 25Gデュアル光ポートOCP3.0ネットワークカード、および100GデュアルポートOCP3.0ネットワークカードなどであり、これらはいずれも低遅延かつ高ネットワークスループットという性能を備えています。また、大容量処理、CPUオーバーヘッドの低減といった優れた特徴を持ち、RDMA機能にも対応しています。

今後、企業分野におけるデータセンターのデータ処理需要が急速に高まる中、LR-LINKは業界における強みを活かし、高性能、高スループット、低遅延などの特長を備えたネットワークカードの開発と革新を継続し、世界中のお客様に優れた性能を誇るプロフェッショナルなネットワークカードソリューションを提供できるよう、常に尽力してまいります。