Synopsys представляет первое в отрасли полное решение IP для ESUN

Репортаж от Wedoany，Компания Synopsys представляет первое в отрасли полное решение IP для ESUN (Ethernet Scale-Up Network), охватывающее уровни 1 и 2, предназначенное для решения проблем сетей центров обработки данных ИИ. Это полностью интегрированный, предварительно проверенный стек, готовый к использованию.

Искусственный интеллект выводит проектирование центров обработки данных на новый уровень. По мере расширения обучающих кластеров от десятков ускорителей до сотен, а затем и тысяч, сеть становится ключевым фактором, определяющим общую производительность системы. В таких системах ускорители постоянно обмениваются промежуточными данными и синхронизируются, что требует не только быстрой, но и предсказуемой передачи данных. Даже малейшая задержка может вызвать цепную реакцию, приводящую к простою вычислительных ресурсов. Традиционный Ethernet, спроектированный как сеть с максимально возможной доставкой, предполагает, что случайные потери пакетов, повторные передачи и переменная задержка приемлемы. Эта модель неэффективна для систем ИИ. Рабочие нагрузки ИИ ограничены хвостовой задержкой — самым медленным пакетом в системе. Один задержанный пакет может заблокировать весь кластер, а повторные передачи, вызванные потерями пакетов, еще больше увеличивают задержку и вариативность. Эти неэффективности усугубляются с ростом масштаба: потери пропускной способности и чрезмерные повторные передачи приводят к более высокому энергопотреблению, увеличению затрат на инфраструктуру и снижению масштабируемости, что становится неустойчивым при росте кластера до сотен тысяч ускорителей.

Ethernet включает механизмы управления перегрузкой, такие как PFC (Priority-based Flow Control) и ECN (Explicit Congestion Notification), но они разработаны для универсальных сетей, а не для тесно связанных, чувствительных к задержкам шаблонов связи в системах вертикального масштабирования ИИ. При масштабировании возникают несколько ограничений: накладные расходы протокола — стандартный Ethernet полагается на IP-заголовки, добавляя 28-48 байт на каждый пакет, что напрямую снижает эффективную пропускную способность в среде вертикального масштабирования с частыми короткими сообщениями; отсутствие восстановления ошибок на уровне канала — за исключением FEC (Forward Error Correction), нет механизмов восстановления на уровне канала, остаточные ошибки требуют решения на уровне вышележащих протоколов, что вносит значительные штрафы за задержку; грубое управление перегрузкой — PFC работает как механизм приостановки на уровне канала, не имея гранулярности для управления несколькими классами трафика. Эти проблемы привели к тому, что некоторые проекты обратились к проприетарным межсоединениям, но это сопряжено с компромиссами: фрагментация экосистемы, ограниченная гибкость и более высокие долгосрочные риски.

Вместо замены Ethernet отрасль его развивает. ESUN адаптирует Ethernet с помощью целевых улучшений для рабочих нагрузок ИИ, сохраняя при этом основные ценности Ethernet: знакомство с операциями — сетевые команды могут использовать существующие знания, инструменты и практики управления Ethernet; повторное использование инфраструктуры — трафик вертикального и горизонтального масштабирования использует одну и ту же архитектуру Ethernet-коммутации и физическую инфраструктуру; унифицированная структура — Ethernet становится общей средой соединения для вертикального и горизонтального масштабирования. Улучшения целенаправленны и конкретны: физический уровень остается стандартным Ethernet, уровень канала добавляет безпотерьную надежность и гранулярное управление перегрузкой, сетевой уровень оптимизируется для уменьшения накладных расходов.

Одно из самых непосредственных улучшений ESUN находится на уровне пакетов. Традиционный Ethernet полагается на IP-заголовки, добавляя 28-48 байт накладных расходов на каждый пакет. ESUN заменяет их компактным 4-байтовым заголовком, что значительно повышает эффективность пакетов и пропускную способность в средах с частой связью и чувствительностью к задержкам. Основные возможности, такие как приоритезация трафика, сигнализация перегрузки и балансировка нагрузки, сохраняются, реализуясь более эффективно.

ESUN также вводит два ключевых механизма для обеспечения более детерминированной связи. Link-Level Retry (LLR) обнаруживает и восстанавливает ошибки канала локально на уровне канала передачи данных, а не полагается на вышележащие транспортные протоколы с временными масштабами на несколько порядков выше, что значительно снижает хвостовую задержку и устраняет дорогостоящие сквозные повторные передачи. Credit-Based Flow Control (CBFC) заменяет грубое поведение приостановки PFC на уровне канала гранулярным управлением перегрузкой на каждый виртуальный канал: передатчик отправляет данные только после подтверждения приемником наличия буферной емкости, предотвращая переполнение, обеспечивая безпотерьную работу и избегая блокировки начала очереди, связанной с PFC. Вместе эти механизмы позволяют ESUN обеспечивать безпотерьную, низкозадержанную и эффективную по пропускной способности связь, сохраняя при этом открытость и совместимость Ethernet.

Synopsys представляет первое в отрасли полное решение IP для ESUN, охватывающее уровни 1 и 2, включая: 1.6T многоскоростной Ethernet MAC, поддерживающий до четырех независимых каналов 400G, настраиваемый через 224G SerDes в режимы 1×1.6T, 2×800G, 4×400G и 4×200G; 1.6T PCS (Physical Coding Sublayer) и RS-FEC, использующий RS544 FEC для надежного исправления ошибок и RS272 FEC для операций с низкой задержкой; контроллер канального уровня UE/ESUN, реализующий LLR и CBFC для безпотерьной надежности и гранулярного управления перегрузкой; кремниево-верифицированный 224G PHY (Physical Layer), оптимизированный для низкого энергопотребления, низкой задержки и целостности сигнала; комплексный IP для верификации и поддержка системной верификации. Предоставляя полное IP-решение, Synopsys устраняет большую часть интеграционных нагрузок и рисков, обычно связанных с построением высокопроизводительных сетевых систем.

Все компоненты спроектированы и проверены как единая система, а предварительно проверенный полный стек L1/L2 устраняет интеграционные риски, связанные с приобретением и сборкой IP от нескольких поставщиков. Один и тот же IP может использоваться для ESUN (вертикальное масштабирование) и Ultra Ethernet (горизонтальное масштабирование), упрощая проектирование системы и позволяя командам повторно использовать общую архитектуру в разных частях центра обработки данных. Решение оптимизировано для низкого энергопотребления, высокой производительности и эффективности площади, предлагая многоскоростные конфигурации от 100G до 1.6T и гибкие режимы FEC. В основе лежит Synopsys 224G PHY, доступный на нескольких передовых техпроцессах, публично демонстрирующий кремниевую совместимость 224G с октября 2022 года, с более чем 30 мультивендорными демонстрациями на ECOC и OFC, достигая нулевых ошибок после FEC на каналах с потерями до 45 дБ.

ESUN поддерживается более чем 175 компаниями, а также ведущими в отрасли гиперскейлерами и поставщиками кремния. Synopsys стремится продвигать эту трансформацию с помощью первого в отрасли полного решения IP для ESUN. Это IP-решение ESUN является частью более широкого портфолио HPC IP от Synopsys, предназначенного для поддержки полного стека систем ИИ, включая соединения для вертикального масштабирования через ESUN и UALink (Ultra Accelerator Link), межчиповые соединения через PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) и CXL (Compute Express Link), сетевые соединения для горизонтального масштабирования через Ethernet и Ultra Ethernet, высокоскоростные интерфейсы памяти, многокристальные и чиплетные межсоединения, а также безопасность и базовое IP. Вместе эти технологии обеспечивают основу для создания систем ИИ следующего поколения, где вычисления, память и связность масштабируются совместно.