Nos últimos anos, a aplicação da tecnologia das placas de rede RDMA causou um grande impacto no mercado global de comunicações Ethernet. Em particular, alguns gigantes da Internet, como Ali, Tencent, Inspur, Supermicro, Lenovo e outros, implantaram um grande número de RDMA placas de rede em seus servidores. Em 2019, de acordo com relatórios oficiais, o faturamento diário da Tmall no Double 11 atingiu 268,4 bilhões de yuans, o pico de pedidos chegou a 544.000 transações por segundo e o volume de processamento de dados em um único dia atingiu 970 PB. Esse valor impressionante apareceu mais uma vez. A aplicação da placa de rede RDMA levou o assunto ao topo das discussões.

No entanto, muitos usuários afirmaram que, embora esses dados sejam impressionantes, não sabem exatamente como a placa de rede RDMA é utilizada na prática. Na verdade, a aplicação prática das placas de rede RDMA não é tão misteriosa quanto todos pensam. O surgimento das placas de rede RDMA visa, na verdade, resolver o atraso no processamento de dados do lado do servidor. Em outras palavras, a missão da placa de rede RDMA é reduzir a carga da CPU, melhorar a taxa de transferência da rede e diminuir o atraso na rede.

1 Sobre o RDMA

RDMA (sigla em inglês: Remote Direct Memory Access), que significa acesso direto à memória remota, é um protocolo de comunicação de rede que foi inicialmente aplicado no campo da computação de alto desempenho e, gradualmente, tornou-se popular em centros de dados. O RDMA permite que os programas do usuário contornem o kernel do sistema operacional (CPU) e interajam diretamente com a placa de rede para a comunicação em rede, proporcionando assim alta largura de banda e latência extremamente baixa. Portanto, o princípio de funcionamento da placa de rede RDMA é que, em comparação com a placa de rede TCP/IP tradicional, a placa de rede RDMA omite a participação do núcleo (CPU), e todos os dados são transferidos diretamente do aplicativo para a placa de rede.

2 Três protocolos de rede RDMA

Atualmente, o RDMA geralmente tem três protocolos de rede: Infiniband, RoCE e iWARP

1. O InfiniBand é um protocolo de rede desenvolvido especificamente para RDMA, capaz de garantir a confiabilidade da transmissão de dados desde o nível do hardware. Embora as especificações técnicas e as normas do InfiniBand tenham sido publicadas oficialmente em 2000, a Arquitetura InfiniBand (IBA) passou a ser amplamente utilizada em supercomputadores em cluster a partir de 2005. A principal razão para o desenvolvimento lento é que o Infiniband requer seu próprio hardware dedicado, do L2 ao L4. O custo para a empresa é muito alto. Atualmente, o principal fabricante de redes Infiniband é a Mellanox.

2. O RoCE é um protocolo de rede que permite a implementação do RDMA em Ethernet. Ele pode ser dividido em RoCE v1 e RoCE v2. Muitos internautas acreditam que a arquitetura do RoCE em si é derivada do InfiniBand, pois o cabeçalho de rede inferior do RoCE é o cabeçalho Ethernet, enquanto o cabeçalho de rede superior é o cabeçalho InfiniBand. Trata-se de uma rede InfiniBand de baixo custo lançada pela Mellanox (compatível com RoCE v1) para atender à demanda do mercado.

As redes RoCE exigem Ethernet sem perdas para alcançar uma operação de baixa latência, o que significa que os switches Ethernet integrados à rede devem suportar os mecanismos de ponte de data center (DCB) e controle de fluxo prioritário (PFC) para manter o tráfego sem perdas. No entanto, a dificuldade da Ethernet sem perdas é que a configuração em um ambiente empresarial moderno é um processo complicado, e a escalabilidade será bastante limitada, mas isso não é um problema para empresas com recursos financeiros sólidos. Em segundo lugar, o RoCE pode utilizar diretamente a placa de rede para servidores em rack ou hosts.

3. O iWARP é um protocolo de rede que permite a execução de RDMA sobre TCP. Sua vantagem é que ele pode ser executado nas redes TCP/IP padrão atuais. O RDMA só pode ser utilizado mediante a aquisição de uma placa de rede compatível com iWARP. Para aqueles com um orçamento financeiro um pouco mais restrito, ele é especialmente adequado para empresas. Mas sua desvantagem é que seu desempenho é um pouco inferior ao do RoCE. Afinal, você recebe aquilo pelo que paga. Esse princípio é aplicado desde os tempos antigos.

3. Como escolher a marca de uma placa de rede RDMA

Como diz o ditado, é bom comparar preços; o mesmo se aplica à escolha das marcas de placas de rede RDMA. Analisando o mercado global, existem atualmente três grandes marcas de fabricantes de placas de rede RDMA: Marvell, Intel e Mellanox. Entre elas, a Marvell é a marca Qlogic, que foi adquirida, e a Mellanox foi adquirida pela NVIDIA.

Como escolhemos os fabricantes de placas de rede RDMA? Em primeiro lugar, sabemos que a rede Infiniband da Mellanox é a melhor representante do desempenho das placas de rede RDMA. Ela garante a confiabilidade da transmissão por hardware, mas exige que todo o ambiente ecológico esteja equipado com hardware dedicado. Embora já tenham sido lançadas placas de rede RDMA compatíveis com Ethernet, essa placa de rede RDMA suporta apenas RoCE v1, o que exige que o mecanismo de controle de fluxo prioritário (PFC) seja implementado no switch, o que é caro. Nesse sentido, a maioria das empresas de data center foi excluída.

Restam apenas o RoCE v2 e o iWARP. A Intel é uma empresa americana que atua principalmente na área de processadores. O desempenho RDMA (protocolos RoCE v2 e iWARP) já é compatível com os controladores Ethernet da série 800. O RoCE v2 é uma versão atualizada do RoCE v1. A principal melhoria é a compatibilidade com o roteamento IP. A principal característica do protocolo iWARP é que ele pode ser executado em qualquer rede IP e não limita mais a compatibilidade dos equipamentos de hardware relacionados. Desse ponto de vista, a Intel e a Mellanox, a placa de rede RDMA da Intel é mais ecologicamente compatível e econômica.

A Marvell, como já mencionamos, é a marca Qlogic adquirida. A marca Qlogic tem autoridade incontestável no mercado de Fibre Channel. Muitos clientes corporativos em todo o mundo adotaram as soluções da Qlogic. No que diz respeito ao RDMA, a Qlogic e a Intel estão igualmente comprometidas com o RoCE e a Intel. Não há preconceito em relação ao iWARP. Os clientes podem usar os protocolos RoCE e iWARP no mesmo adaptador, mas a Marvell anunciou que o controlador de rede Ethernet será descontinuado no próximo ano. Esta é uma notícia muito lamentável.

4. Empresas chinesas pesquisam e desenvolvem, de forma independente, fabricantes de placas de rede RDMA

Além das três gigantes mencionadas acima, ainda há muitas Placa de rede RDMA fabricantes com sólidas capacidades próprias de pesquisa e desenvolvimento na China, como a Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. Em 2019, a Shenzhen Lianrui Electronics Co., Ltd. (doravante denominada: LR-LINK Lianrui) firmou uma parceria estratégica com a Marvell. Com a forte presença da Qlogic no Fibre Channel, criou uma placa de rede RDMA exclusiva para o setor de servidores. Os principais produtos são placas de rede de 10 Gigabit de duas/quatro portas (modelos: LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+), placas de rede de servidor de 25 Gbps, 10 Gigabit e 25 Gbps Placas de rede OCP 3.0, etc. Como os controladores de rede Ethernet da Marvell serão descontinuados no próximo ano, atualmente a placa de rede Marvell existente da LR-LINK Lianrui (com função RDMA) está disponível principalmente para pedidos de clientes habituais.

Além disso, a partir de junho de 2020, a LR-LINK Lianrui começou a desenvolver de forma independente um adaptador de placa Ethernet baseado na série Intel 800. Os produtos que têm sido normalmente comercializados são placas de rede para servidor com duas portas ópticas de 100G, placas de rede para servidor com uma porta óptica de 100G e placas de rede para servidor com duas portas ópticas de 25G; atualmente no mercado, no final da pesquisa, estão a placa de rede para servidor com quatro portas ópticas de 25G, placas de rede OCP 3.0 de 25G com duas portas ópticas e placas de rede OCP 3.0 de 100G com duas portas, etc., todas com baixa latência e alta taxa de transferência de rede em termos de desempenho. Além disso, apresentam excelentes recursos, como alto volume, redução da sobrecarga da CPU e suporte à função RDMA.

No futuro, com o rápido aumento da demanda por processamento de dados em data centers no setor empresarial, a LR-LINK continuará a aproveitar suas vantagens no setor, inovando e desenvolvendo mais placas de rede com alto desempenho, alta taxa de transferência, baixa latência e outras características, e sempre se empenhará em fornecer aos clientes em todo o mundo soluções profissionais de placas de rede com excelente desempenho.