Trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ thẻ mạng RDMA đã tạo nên một cơn sốt trên thị trường truyền thông Ethernet toàn cầu. Đặc biệt, một số “gã khổng lồ” Internet như Alibaba, Tencent, Inspur, Supermicro, Lenovo và các “gã khổng lồ” Internet khác đã triển khai một số lượng lớnRDMA thẻ mạng trên các máy chủ của họ. Năm 2019, theo các báo cáo dữ liệu chính thức, doanh thu hàng ngày của Tmall trong dịp Double 11 đạt 268,4 tỷ nhân dân tệ, lưu lượng đơn hàng cao nhất đạt 544.000 giao dịch mỗi giây và khối lượng dữ liệu xử lý trong một ngày đạt 970PB. Con số ấn tượng này một lần nữa xuất hiện. Việc ứng dụng thẻ mạng RDMA đã đưa chủ đề này lên hàng đầu.

Tuy nhiên, nhiều người dùng cho rằng mặc dù những dữ liệu này rất ấn tượng, nhưng họ vẫn chưa rõ cách thức sử dụng thẻ mạng RDMA trong môi trường thực tế. Trên thực tế, việc ứng dụng thẻ mạng RDMA không hề bí ẩn như mọi người vẫn nghĩ. Sự ra đời của thẻ mạng RDMA thực chất là để giải quyết vấn đề độ trễ trong xử lý dữ liệu phía máy chủ. Nói cách khác, nhiệm vụ của thẻ mạng RDMA là giảm tải cho CPU, nâng cao thông lượng mạng và giảm độ trễ mạng.

1. Giới thiệu về RDMA

RDMA (tên viết tắt: Remote Direct Memory Access), có nghĩa là truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa, là một giao thức truyền thông mạng ban đầu được áp dụng trong lĩnh vực tính toán hiệu suất cao và dần trở nên phổ biến trong các trung tâm dữ liệu. RDMA cho phép các chương trình người dùng bỏ qua nhân hệ điều hành (CPU) và tương tác trực tiếp với card mạng để thực hiện truyền thông mạng, từ đó mang lại băng thông cao và độ trễ cực thấp. Do đó, nguyên lý hoạt động của card mạng RDMA là, so với card mạng TCP/IP truyền thống, card mạng RDMA loại bỏ sự tham gia của nhân hệ điều hành (CPU), và tất cả dữ liệu được truyền trực tiếp từ ứng dụng đến card mạng.

2 Ba giao thức mạng của RDMA

Hiện nay, RDMA thường có bacác giao thức mạng: Infiniband, RoCE và iWARP

1. Infiniband là một giao thức mạng được thiết kế riêng cho RDMA, có thể đảm bảo độ tin cậy của việc truyền dữ liệu ngay từ cấp độ phần cứng. Mặc dù các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn của Infiniband đã được công bố chính thức vào năm 2000, nhưng Kiến trúc Infiniband (IBA) chỉ thực sự được sử dụng rộng rãi trên các siêu máy tính dạng cụm sau năm 2005. Lý do chính khiến sự phát triển chậm lại là vì Infiniband yêu cầu phần cứng chuyên dụng riêng từ L2 đến L4. Chi phí cho doanh nghiệp là rất cao. Hiện nay, nhà sản xuất mạng Infiniband chính là Mellanox.

2. RoCE là một giao thức mạng cho phép triển khai RDMA trên Ethernet. Nó có thể được chia thành RoCE v1 và RoCE v2. Nhiều người dùng mạng cho rằng kiến trúc của RoCE được phát triển dựa trên InfiniBand, bởi vì phần tiêu đề mạng cấp thấp của RoCE là tiêu đề Ethernet, trong khi phần tiêu đề mạng cấp cao là tiêu đề InfiniBand. Đây là mạng InfiniBand chi phí thấp do Mellanox phát triển (hỗ trợ RoCE v1) nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường.

Mạng RoCE yêu cầu Ethernet không mất gói để đạt được hoạt động có độ trễ thấp, điều này có nghĩa là các thiết bị chuyển mạch Ethernet được tích hợp vào mạng phải hỗ trợ các cơ chế cầu nối trung tâm dữ liệu (DCB) và kiểm soát luồng ưu tiên (PFC) nhằm duy trì lưu lượng không mất gói. Tuy nhiên, khó khăn của Ethernet không mất gói nằm ở chỗ việc cấu hình trong môi trường doanh nghiệp hiện đại là một quy trình phức tạp, và khả năng mở rộng sẽ bị hạn chế đáng kể, nhưng điều này không phải là vấn đề đối với các công ty có nguồn lực tài chính mạnh. Thứ hai, RoCE có thể sử dụng trực tiếp card mạng cho các máy chủ rack hoặc máy chủ.

3. iWARP là một giao thức mạng cho phép thực thi RDMA trên TCP. Ưu điểm của nó là có thể hoạt động trên mạng TCP/IP tiêu chuẩn hiện nay. Để sử dụng RDMA, người dùng cần mua một card mạng hỗ trợ iWARP. Điều này đặc biệt phù hợp với các doanh nghiệp có ngân sách hạn hẹp. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là hiệu suất kém hơn một chút so với RoCE. Cuối cùng, bạn sẽ nhận được những gì bạn đã trả tiền. Nguyên tắc này đã được áp dụng từ thời xa xưa.

3. Cách chọn thương hiệu card mạng RDMA

Như người ta thường nói, hãy so sánh kỹ trước khi quyết định, và điều này cũng áp dụng cho việc lựa chọn thương hiệu card mạng RDMA. Nhìn vào thị trường toàn cầu, hiện nay có ba thương hiệu lớn trong lĩnh vực sản xuất card mạng RDMA, đó là Marvell, Intel và Mellanox. Trong số đó, Marvell là thương hiệu Qlogic đã được mua lại, còn Mellanox thì thuộc sở hữu của NVIDIA.

Làm thế nào để lựa chọn nhà sản xuất cho các thẻ mạng RDMA? Trước hết, chúng ta biết rằng mạng Infiniband của Mellanox là đại diện tiêu biểu nhất cho hiệu năng của thẻ mạng RDMA. Nó có thể đảm bảo độ tin cậy từ khâu truyền dẫn phần cứng, nhưng đòi hỏi toàn bộ hệ sinh thái phải được trang bị phần cứng chuyên dụng. Mặc dù các thẻ mạng RDMA hỗ trợ Ethernet hiện đã được phát hành, nhưng thẻ mạng RDMA này chỉ hỗ trợ RoCE v1, đòi hỏi cơ chế kiểm soát luồng ưu tiên (PFC) phải được đáp ứng trên bộ chuyển mạch, điều này rất tốn kém. Về mặt này, hầu hết các công ty trung tâm dữ liệu đã bị loại trừ.

Chỉ còn lại RoCE v2 và iWARP. Intel là một công ty của Mỹ chuyên về xử lý CPU. Hiệu năng RDMA (các giao thức RoCE v2 và iWARP) đã được hỗ trợ trên các bộ điều khiển Ethernet dòng 800. RoCE v2 là phiên bản nâng cấp của RoCE v1. Cải tiến lớn nhất là hỗ trợ định tuyến IP. Đặc điểm nổi bật nhất của giao thức iWARP là nó có thể chạy trên bất kỳ mạng IP nào và không còn giới hạn khả năng tương thích của các thiết bị hỗ trợ phần cứng liên quan. Từ góc độ này, so với Mellanox, card mạng RDMA của Intel tương thích sinh thái hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Marvell, như chúng tôi đã đề cập trước đó, là thương hiệu Qlogic đã được mua lại. Thương hiệu Qlogic có tiếng nói có trọng lượng trong thị trường Fibre Channel. Nhiều khách hàng doanh nghiệp trên toàn thế giới đã áp dụng các giải pháp của Qlogic. Về RDMA, Qlogic và Intel đều cam kết hỗ trợ RoCE và Intel. Không có sự thiên vị nào đối với iWARP. Khách hàng có thể sử dụng cả hai giao thức RoCE và iWARP trên cùng một bộ điều hợp, nhưng Marvell đã thông báo rằng bộ điều khiển mạng Ethernet sẽ ngừng sản xuất vào năm tới. Đây là một tin rất đáng tiếc.

4. Các công ty Trung Quốc tự nghiên cứu và phát triển các nhà sản xuất thẻ mạng RDMA

Ngoài ba ông lớn nêu trên, vẫn còn rất nhiềuThẻ mạng RDMA các nhà sản xuất có năng lực nghiên cứu và phát triển độc lập mạnh mẽ tại Trung Quốc, chẳng hạn như Công ty TNHH Điện tử Thâm Quyến Lianrui. Năm 2019, Công ty TNHH Điện tử Thâm Quyến Lianrui (sau đây gọi tắt là: LR-LINK Lianrui) đã thiết lập quan hệ đối tác chiến lược với Marvell. Nhờ thế mạnh vững chắc của Qlogic trong lĩnh vực Fibre Channel, công ty đã phát triển một loại card mạng RDMA dành riêng cho lĩnh vực máy chủ. Các sản phẩm chính bao gồm card mạng 10 Gigabit hai cổng/bốn cổng (các mẫu:LRES1004PF-2SFP+, LRES1005PF-4SFP+), card mạng máy chủ 25G, 10 Gigabit và 25GThẻ mạng OCP 3.0, v.v. Do các bộ điều khiển mạng Ethernet của Marvell sẽ ngừng sản xuất vào năm tới, nên hiện tại, khách hàng thân thiết có thể đặt mua thẻ mạng Marvell hiện có của LR-LINK Lianrui (có chức năng RDMA).

Ngoài ra, sau tháng 6 năm 2020, LR-LINK Lianrui đã bắt đầu tự phát triển bộ điều hợp thẻ mạng Ethernet dựa trên dòng Intel 800. Các sản phẩm hiện đang được bán trên thị trường bao gồm thẻ mạng máy chủ 100G hai cổng quang, thẻ mạng máy chủ 100G một cổng quang và thẻ mạng máy chủ 25G hai cổng quang; hiện tại trên thị trường vào cuối giai đoạn nghiên cứu là card mạng máy chủ 25G bốn cổng quang, card mạng OCP 3.0 25G hai cổng quang và card mạng OCP 3.0 100G hai cổng, v.v., tất cả đều có độ trễ thấp và thông lượng mạng cao về mặt hiệu suất. Sản phẩm cũng có các tính năng xuất sắc như dung lượng lớn, tiết kiệm tải CPU và hỗ trợ chức năng RDMA.

Trong tương lai, trước nhu cầu xử lý dữ liệu tại các trung tâm dữ liệu đang tăng trưởng mạnh mẽ trong lĩnh vực doanh nghiệp, LR-LINK sẽ tiếp tục phát huy những lợi thế trong ngành, không ngừng đổi mới và phát triển thêm nhiều loại card mạng với hiệu năng cao, băng thông lớn, độ trễ thấp cùng các đặc tính ưu việt khác, đồng thời luôn nỗ lực mang đến cho khách hàng trên toàn thế giới những giải pháp card mạng chuyên nghiệp với hiệu suất vượt trội.