100G Ethernet IP pentru Edge Computing

Prezența Ethernetului în viața noastră a deschis calea pentru apariția Internetului lucrurilor (IoT). Ethernet a conectat totul în jurul nostru și dincolo de noi, de la case și afaceri inteligente, la industrii, școli și guverne. Această specificație se regăsește chiar și în vehiculele noastre, facilitând comunicarea între dispozitivele interne. Ethernet a permis centre de date de calcul de înaltă performanță, procese industriale accelerate și comerț și poate fi găsit în gospodăriile din întreaga lume. În ciuda progreselor în tehnologia Ethernet, odată cu creșterea Ethernetului 800G și standardizarea Ethernetului 1.6T, Ethernetul de mare viteză peste 100G rămâne o raritate în edge computing. Acest articol explorează modul în care 100G Ethernet permite edge computing și descrie aplicațiile și provocările de proiectare pentru designerii IP.

Cerințe de viteză pentru edge computing

„The Edge” se referă la orice sursă de date care ajunge în cele din urmă într-un centru de date sau într-o paradigmă de procesare în cloud. Exemple sunt camerele și senzorii, dispozitivele mobile, multe tipuri de vehicule, routere și comutatoare și chiar aparate inteligente care au capabilități de procesare și colectare/partajare a datelor. Deși poate părea contra-intuitiv, marginea este atât neclară, cât și dinamică – dacă agregarea sau procesarea datelor are loc pe acel perimetru, vorbim despre edge computing. Proliferarea dispozitivelor de vârf a cunoscut o creștere fulgerătoare cu mașini, senzori și contoare, dispozitive mobile și portabile și adoptarea continuă a AI în tehnologiile de transport, acasă și metropolitane. Conform Cercetare de piață Vantage, „Piața globală Edge Computing este evaluată la 7.1 miliarde USD în 2021 și se estimează că va atinge o valoare de 49.6 miliarde USD până în 2028 la o CAGR (Rata de creștere anuală compusă) de 38.2% în perioada de prognoză 2022-2028.” Dispozitivele implicate pot avea mulți factori de formă și arhitecturi, dar să ne uităm la un server individual ca fiind reprezentativ pentru ele.

Fig. 1: Căi către nor de la margine.

Serverele folosesc de obicei o magistrală PCIe partajată pentru a atașa plăci de interfață de rețea (NIC), iar computerele care utilizează PCIe 3.0 sunt prima generație cu o magistrală suficient de rapidă la 8 GT/s pe bandă pentru a suporta adaptoare Ethernet 100 G folosind o legătură x16 (unidirecțională 16). GB/s sau 128 Gb/s). Cu PCIe 4.0, un slot cu 8 benzi va accepta un adaptor 100G la viteză maximă. Acesta este un punct favorabil pentru mașinile de astăzi, deoarece sloturile x8 sunt de obicei disponibile pe o magistrală PCIe. Chiar și cu viitoarea generație de sisteme PCIe 5.0/CXL 1.1 sau 2.0, rata de date 100G este o potrivire confortabilă pe o magistrală PCIe partajată, cu excepția cazului în care designerii încearcă să accelereze calculul paralel cu lățime de bandă maximă și latență minimă pentru comunicarea între procese (IPC) , așa cum au nevoie designerii pentru clusterele HPC.

Tabelul 1: Viteze PCIe în funcție de versiune și număr de benzi (BW total afișat este bidirecțional)

Dispozitivele Edge sunt, în general, proiectate pentru a preprocesa, comprima și reduce cantitatea de date care trebuie transferate în amonte. Chiar dacă ați avut cantitatea necesară de date post-procesate pentru a utiliza pe deplin rata de date 100G la conexiunea la server individual, totul trebuie să fie agregat pentru traficul către centrul de date printr-un set concentrat de routere și comutatoare. În plus, acele arhitecturi nu ar putea deservi prea multe conexiuni simultane la lățimea de bandă completă, cu excepția cazului în care au legături în sus care reprezintă un multiplu semnificativ al vitezelor individuale ale portului. De exemplu, un comutator Ethernet 32G cu 100 de porturi trebuie să trimită tot acest trafic în amonte. Link Aggregation Control Protocol (LACP) poate fi folosit pentru a agrega mai multe porturi pentru o conexiune, dar chiar și acel protocol este limitat la opt porturi pentru o anumită legătură. Utilizarea LACP cu un comutator cu rază fixă ​​crește rapid costul infrastructurii și al cablării prin reducerea rapidă a numărului de conexiuni în aval pe care dispozitivul le poate oferi. Conexiunile Wi-Fi sunt toate individual cu mult sub 1 Gb/s, iar chiar și 5G celulară atinge teoretic vârfuri la 20 Gbps, astfel încât 100G la nivelul de agregare deservește bine aceste piețe.

Aplicațiile auto rareori au nevoie de mai mult de 10 până la 25G Ethernet în vehicul, dar necesită multe dintre caracteristicile opționale de calitate a serviciului (QoS) și de rețea sensibile la timp, care nu sunt încă găsite în specificațiile Ethernet de viteză mai mare. Dacă partajați o rețea între sistemele de control al vehiculului, cum ar fi frânele și un sistem de divertisment, este important să acordați prioritate controlului vehiculului, chiar dacă copiii dvs. urmăresc un videoclip captivant. Funcțiile de rețea sensibile la timp, care vor fi în curând acceptate la 100G, permit suport pentru agregarea pe podele industriale, aplicații audio-vizuale, securitate, îngrijire a sănătății și chiar aplicații auto de vârf!

Un alt avantaj pe care îl oferă Ethernetul 100G, spre deosebire de omologii săi cu viteză mai mare, este suportul pentru toate caracteristicile necesare și multe opționale specificate de standardele IEEE, cum ar fi:

• Toate caracteristicile necesare ale standardului de bază IEEE 802.3/802.3ba
• Standarde IEEE 802.3 pentru sisteme Ethernet 10/25/40/50/100G
• Parametrii IEEE 802.3br pentru Interspersing Express Traffic
• Caracteristici IEEE 802.1 TSN
• Protocolul de sincronizare a ceasului de precizie IEEE 1588
• IEEE 802.1-Qav pentru trafic audio video (AV).
• Ethernet eficient energetic (EEE) conform specificațiilor IEEE 802.3az

100G Ethernet este în prezent cea mai rapidă viteză Ethernet care poate fi susținută pe o singură bandă. A treia generație de Ethernet 100G folosind o singură bandă de 100 Gb/s a fost publicată în decembrie 2022 ca IEEE 802.3ck, împreună cu Ethernet 200G și 400G folosind două, respectiv patru dintre aceste benzi și va fi acceptată ca 100GBASE-CR pentru twinax up. la 2m și 100GBASE-KR pentru backplane electrice. Folosind arhitecturi cu mai multe benzi, standardul 100GBASE-ZR poate suporta Ethernet 100G mai mult de 80 km pe un sistem de multiplexare densă cu diviziune în lungime de undă (DWDM) folosind o singură lungime de undă! Pentru opțiuni mai rentabile, o configurație cu patru benzi care utilizează 25G NRZ SerDes oferă un mediu de transport fiabil.

Securitatea este importantă pentru toate mediile de rețea, dar este deosebit de critică la marginea unde 100G Ethernet acceptă pe deplin MACsec – alias IEEE 802.1AE. MACsec este un mecanism de criptare la nivel hardware care protejează și securizează datele prin asigurarea conformității cu legile de confidențialitate și prevenirea furtului de date. MACsec poate împiedica, de asemenea, conectarea dispozitivelor necinstite la o rețea, ceea ce reprezintă o protecție critică pentru un mediu de vârf care ar putea fi atât negestionat, cât și nemonitorizat. Fiecare conexiune dintr-o rețea Ethernet (gazdă la gazdă, gazdă la comutare sau comutare la comutare) va traversa atât traficul criptat, cât și cel necriptat, dacă controlul asupra acelei criptări este impus la niveluri superioare, dar odată ce MACsec este activat pentru o legătură, tot traficul pe acea conexiune va fi protejată de privirile indiscrete.

În cele din urmă, costul per port crește dramatic la marginile actuale ale tehnologiei Ethernet de mare viteză. Adăugarea costului de cablare pentru Ethernet de viteză ultra-înaltă pentru dispozitivele de vârf le face doar mult mai scumpe. Acești factori conspiră pentru a face din 100G potrivirea perfectă de top pentru toate aplicațiile de calcul, cu excepția celor mai de ultimă oră, ceea ce, la rândul său, a condus la crearea unei piețe uriașe, atât la nivel de consumator, cât și la nivel profesional, pentru produsele Ethernet 100G - switch-uri și routere, NIC-uri și cabluri, iar concurența ajută la menținerea nivelului de preț gestionabil pentru implementările edge.

Dacă dezvoltați produse precum NIC-uri, switch-uri și/sau routere pentru piața edge, Synopsys oferă o soluție completă pentru IP Ethernet 100G: MAC, PCS și o gamă completă de opțiuni PHY împreună cu IP de verificare, dezvoltare de software și kituri de prototipare IP. Dincolo de margine, Synopsys oferă și IP Ethernet de mare viteză până la 800G astăzi și lucrăm cu diferite grupuri de standarde pentru a permite 1.6T în viitor.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://semiengineering.com/100g-ethernet-ip-for-edge-computing/