Ultra Ethernet é um conceito que visa redefinir a arquitetura tradicional da conexão com fio (a Ethernet), adaptando-a para aguentar às demandas crescentes das aplicações de inteligência artificial (IA) e computação de alto desempenho (HPC).
Desenvolvida pelo Ultra Ethernet Consortium (UEC), uma organização apoiada pela Linux Foundation, a Ultra Ethernet está sendo projetada para superar as limitações da Ethernet convencional em termos de latência, escalabilidade e eficiência.
O objetivo principal dessa nova tecnologia é criar uma pilha de comunicação de alta performance, que mantenha a compatibilidade com a Ethernet existente, mas que introduza melhorias significativas para suportar as operações complexas e intensivas de IA e HPC.
Com a participação de mais de 55 empresas líderes do setor, a Ultra Ethernet traz a promessa de ser um novo salto na forma como os Data Centers e as redes de alto desempenho operam, oferecendo uma solução aberta, interoperável e altamente otimizada.
A Ultra Ethernet introduz o Ultra Ethernet Transport (UET), que otimiza a utilização da rede e reduz a latência final para acelerar operações como o acesso remoto direto à memória (RDMA).
O resultado será uma transferência de dados mais eficiente e em tempos de conclusão de tarefas significativamente menores em ambientes de IA e HPC.
Diferente da Ethernet convencional, a Ultra Ethernet permite o uso simultâneo de múltiplos caminhos de rede através da técnica de pulverização de pacotes.
Essa abordagem distribui a carga de dados de maneira equilibrada por diversos caminhos, com a consequência de uma utilização mais eficiente da rede e na mitigação de congestionamentos.
Falando neles, a Ultra Ethernet emprega mecanismos sofisticados de controle de que superam as soluções tradicionais. Com suporte a notificações explícitas de congestionamento e telemetria avançada, a rede pode reagir rapidamente a esses eventos mantendo a estabilidade e o desempenho, mesmo sob cargas intensas.
A tecnologia UET permite que os aplicativos especifiquem requisitos de ordem para mensagens e pacotes, adaptando o serviço de transporte para atender a essas necessidades sem a necessidade de buffers de reordenação complexos e dispendiosos. Tal façanha reduz a complexidade do hardware e melhora a eficiência energética.
A Ultra Ethernet incorpora a segurança diretamente em sua camada de transporte, oferecendo mecanismos avançados para garantir a integridade, confidencialidade e prevenção de repetição de mensagens, essenciais em ambientes de grande escala e alta velocidade.
Uma das grandes vantagens da Ultra Ethernet é sua compatibilidade com a infraestrutura existente de Ethernet. Em outras palavras, sua adoção pelas empresas adotem não exige substituir completamente seus equipamentos, facilitando uma transição suave e econômica.
O Ultra Ethernet Consortium (UEC) é composto por uma aliança de grandes empresas e líderes globais da indústria de tecnologia.
Os membros fundadores e participantes trazem uma vasta experiência em redes, inteligência artificial, computação de alto desempenho e infraestrutura de datacenter, unindo forças para desenvolver e promover a tecnologia Ultra Ethernet.
A diversidade e o calibre das empresas envolvidas demonstram o esforço e o potencial impacto dessa nova tecnologia no mercado.
Os membros fundadores do UEC incluem gigantes da tecnologia como:
- AMD
- Arista Networks
- Broadcom
- Cisco
- Eviden (uma empresa do grupo Atos)
- Hewlett Packard Enterprise (HPE)
- Intel
- Meta
- Microsoft
Essas empresas têm décadas de experiência em redes, AI, e HPC, e desempenham um papel vital no desenvolvimento das especificações e da arquitetura da Ultra Ethernet.
Desde a sua fundação, o consórcio cresceu rapidamente, atraindo muitas outras empresas relevantes, entre as quais estão:
- Baidu
- Dell
- Huawei
- IBM
- Lenovo
- Nokia
- Supermicro
- Tencent
Com um total de 55 membros e mais de 750 especialistas da indústria até o momento, o consórcio se tornou uma força significativa na evolução das tecnologias de rede. Esses participantes colaboram em diversos grupos de trabalho que abordam desde a camada física até o software, com o objetivo de criar uma solução Ethernet que seja altamente eficiente e interoperável.
O UEC organiza seus esforços em oito grupos técnicos principais, cada um focado em uma camada ou aspecto específico da Ultra Ethernet:
- Camada Física
- Camada de Links
- Camada de Transporte
- Camada de Software
- Armazenamento
- Gerenciamento
- Desempenho e Depuração
- Conformidade
A comparação entre a transmissão de Acesso Remoto Direto à Memória (RDMA) tradicional e a nova abordagem proposta pela Ultra Ethernet Consortium (UEC) é crucial para entender as inovações trazidas pela Ultra Ethernet.
RDMA é uma tecnologia amplamente utilizada que permite a transferência de dados diretamente entre a memória de dois computadores através de uma rede, sem a intervenção do sistema operacional, o que reduz a latência e libera o uso da CPU para outras tarefas.
Enquanto o RDMA tradicional é eficiente em diversos cenários, sua complexidade de hardware e limitações de estado representam desafios em redes de grande escala e alto desempenho.
A UEC responde a esses desafios com a introdução do Ultra Ethernet Transport (UET), que proporciona múltiplos serviços de transporte, aprimorando o hardware RDMA existente e alcançando os objetivos descritos no white paper UEC 1.0 Overview.
Diferente do RDMA tradicional, que pode sofrer com desequilíbrios de carga de rede, o UET permite a entrega de pacotes por múltiplos caminhos simultâneos, balanceando a carga de forma precisa e utilizando todos os caminhos da rede.
Esse mecanismo traz uma melhor utilização da rede e em uma redução significativa da latência de cauda, crítica para aplicações de IA e HPC.
O UET permite que os aplicativos especifiquem requisitos específicos para a ordem de mensagens e pacotes, adaptando os serviços de transporte de acordo com as necessidades do fluxo de trabalho.
Enquanto o RDMA tradicional requer buffers de reordenação, o que aumenta a complexidade e os custos, o UET elimina essa necessidade ao integrar múltiplas técnicas, como a colocação direta de dados (Zero Copy), otimizando a eficiência do receptor.
Redes dedicadas de IA e HPC criam padrões de tráfego únicos que exigem melhorias substanciais nos métodos tradicionais de controle de congestionamento. O UET adota uma abordagem inovadora baseada no remetente para controle de congestionamento, essencial para redes de alta densidade e baixa latência.
Além disso, o UET oferece um controle de congestionamento coordenado sobre múltiplos caminhos, otimizando a performance de operações coletivas críticas, como AllReduce e All-to-All, minimizando eventos de incast e evitando a sobrecarga de tráfego nos switches finais.
O UET incorpora suporte opcional para telemetria avançada baseada em switches, que reduz o tempo de sinalização do plano de controle, permitindo uma reação rápida a eventos de congestionamento de curta duração.
Uma inovação específica é o uso de “trimming” de pacotes em switches compatíveis, onde pacotes congestionados são truncados em vez de descartados, e informações relevantes são enviadas ao receptor. Tal recurso permite uma resposta mais eficiente e rápida ao congestionamento, superando as abordagens tradicionais usadas em tecnologias RDMA.
o UET oferece diferentes serviços de transporte para atender a requisitos variados de aplicação. Estão inclusos aí a entrega ordenada e confiável (ROD), entrega não ordenada e confiável (RUD), e entrega não ordenada e confiável para operações idempotentes (RUDI).
Cada um desses serviços é otimizado para diferentes necessidades, desde a entrega rápida de pacotes em grande escala até a minimização de estado no receptor, algo essencial para operações como entrega de carga em massa.
A Ultra Ethernet trará melhorias técnicas significativas que impactarão diretamente a experiência do usuário final. Em termos de velocidade, a Ultra Ethernet está projetada para suportar redes com velocidades de até 1.6 Tbps, um avanço substancial em comparação com as redes Ethernet tradicionais, que geralmente operam em velocidades de até 100 Gbps.
Em outras palavras, em aplicações práticas os usuários poderão desfrutar de taxas de transferência de dados muito mais rápidas, resultando em downloads quase instantâneos e streaming de alta definição sem interrupções.
Além disso, a Ultra Ethernet reduz a latência — o tempo que os dados levam para viajar de um ponto a outro na rede — para níveis abaixo de 1 milissegundo, comparado aos vários milissegundos típicos das redes atuais.
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Isso é particularmente relevanet para jogos online, videoconferências e aplicações em tempo real, onde qualquer atraso perceptível pode prejudicar a experiência do usuário. Outra melhoria importante é a eficiência no uso da rede: com técnicas avançadas de controle de congestionamento e telemetria de ponta a ponta, a Ultra Ethernet minimiza o congestionamento da rede para uma conexão mais estável e consistente, mesmo durante picos de uso
A implementação da Ultra Ethernet está prevista para começar ainda em 2024, com a liberação da versão 1.0 das especificações pelo Ultra Ethernet Consortium. Mas os primeiros produtos baseados nessa tecnologia deverão estar disponíveis no mercado no final de 2024, ou no início de 2025.
A adoção inicial será mais voltada para grandes Data Centers e operações de computação de alto desempenho (HPC), mas a expectativa é que, à medida que a tecnologia se estabilize e seja amplamente adotada, ela se torne cada vez mais acessível ao usuário final.
Portanto, nos próximos anos poderemos começar a ver os benefícios da Ultra Ethernet nas redes domésticas e comerciais