High-Speed Network Management

Das Rückgrat der HPC-Skalierbarkeit: Latenz-Eliminierung und In-Network Computing.

Das Netzwerk als aktiver Computerteil

Auf dem Weg zum Zettascale-Computing ist das Netzwerk keine bloße Verbindung mehr, sondern eine aktive Komponente des Gesamtsystems. Es orchestriert den Fluss von Petabytes an Daten mit Mikrosekunden-Präzision. Effektives Management im Jahr 2026 fokussiert sich auf die Eliminierung von Staus (Congestion), die Minimierung von Latenzen und das Offloading von Rechenaufgaben direkt in die Netzwerk-Fabric.

Interconnect-Technologien 2026

InfiniBand (NDR/XDR)

Latenz: < 1.0 µs

  • Native RDMA: Direkter Speicherzugriff ohne CPU.
  • Best For: Eng gekoppelte MPI-Jobs & KI.
HPE Slingshot

Latenz: ~1.2 µs

  • Ethernet-Mode: Hohe Kompatibilität & Congestion Control.
  • Best For: Konvergente HPC-Cloud Umgebungen.
Cornelis Omni-Path

Latenz: ~1.1 µs

  • Host Fabric: Optimierte CPU-Entlastung & Skalierung.
  • Best For: Kosteneffiziente High-Node-Count Cluster.
RoCE v2

Latenz: 5–6 µs

  • IP-Standard: RDMA über Standard-Ethernet-Netze.
  • Best For: Hybride RZ-Integration & Storage.

Datenübertragung & In-Network Computing

Das "Zero-Copy"-Prinzip

Durch RDMA und GPUDirect RDMA umgehen wir den OS-Kernel und die CPU vollständig. Dies reduziert die CPU-Last bei massiven Transfers von 40% auf nahezu 0%.

Kollektives Offloading (SHARP)

Netzwerk-Switches führen Berechnungen wie MPI_Allreduce direkt beim Durchlauf der Pakete aus. Das spart tausende Node-zu-Node Nachrichten ein.

Konfigurations-Checkliste

Jumbo Frames (MTU 9000): Reduziert Overhead bei großen Transfers.
Lossless Ethernet (PFC): Zwingend für RoCE zur Vermeidung von Paketverlusten.
VNI Isolation: Sichere logische Trennung verschiedener Forschungsprojekte.
Subnet Manager Redundanz: Hochverfügbarkeit für InfiniBand Fabrics.

Monitoring & Diagnose Tools

Tool Kategorie Anwendungszweck
OSU INAM HPC Telemetrie Echtzeit-Visualisierung der InfiniBand-Verkehrsmuster auf Job-Ebene.
Cornelis Management Suite OPA Tools Umfassendes Management und Performance-Analyse für Omni-Path Fabrics.
NVIDIA NetQ Fabric Validation Präventive Erkennung von fehlerhaften Kabeln (Flapping Detection).
Slingshot Telemetry Congestion Management Analyse von Netzwerk-"Wetterkarten" zur Vermeidung von Engpässen.

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