近日，工信部印發(fā)《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》，意在加快人工智能從戰(zhàn)略到落地，推動(dòng)人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合。在新工業(yè)革命的背景下，大數(shù)據(jù)、計(jì)算力、算法等快速迭代，正驅(qū)動(dòng)人工智能進(jìn)入新階段。2017年Q3，全球AI公司融資金額突破77億美元，是2012年的70余倍。可能會(huì)有人說(shuō)這是“泡沫”，而我更愿意相信這是人工智能發(fā)展的必然結(jié)果。

在AI技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，各個(gè)企業(yè)都在尋找能夠更好支撐高性能計(jì)算的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)解決方案。在《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)***實(shí)踐及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)》這篇文章中，我分享了如何設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，下面我們?cè)賮?lái)探討支撐AI應(yīng)用的高性能無(wú)損網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該如何設(shè)計(jì)。

前面提到大數(shù)據(jù)、計(jì)算力、算法等快速迭代，正驅(qū)動(dòng)人工智能進(jìn)入新階段，而這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、無(wú)丟包、高性能這三個(gè)方面提出更高要求。

▲ AI應(yīng)用的技術(shù)體系及對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的要求

高性能和無(wú)丟包比較好理解，就是指網(wǎng)絡(luò)帶寬性能的提升以及網(wǎng)絡(luò)中不存在擁塞導(dǎo)致的丟包。產(chǎn)生時(shí)延的環(huán)節(jié)較多，要實(shí)現(xiàn)端到端的低時(shí)延，需要多角度分析：

其中，光電傳輸時(shí)延和數(shù)據(jù)串行時(shí)延相對(duì)較小，且很難通過(guò)架構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化，我們應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注主機(jī)處理時(shí)延和設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。在各大企業(yè)積極尋求的高性能計(jì)算方案中，基于以太網(wǎng)的RDMA(Remote Direct Memory Access)憑借其高性能和低成本優(yōu)勢(shì)逐漸取代InfiniBand而成為主流技術(shù)。RoCEv2(RDMA over Converged Ethernet)技術(shù)基于UDP協(xié)議，對(duì)于建設(shè)支撐AI應(yīng)用的高性能無(wú)損以太網(wǎng)絡(luò)變得尤為重要。

結(jié)合設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)層面的時(shí)延優(yōu)化手段，高性能無(wú)損網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)取決于兩個(gè)要素：

• 無(wú)帶寬收斂(1:1)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)
• 基于PFC(Priority-Based Flow Control)和ECN(explicit congestion notification)功能的優(yōu)先隊(duì)列管理和擁塞管理

綜上，AI集群高性能計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)方案實(shí)踐思路如下圖所示：

▲ AI集群高性能方案關(guān)鍵技術(shù)組合

在這里，我以25G網(wǎng)絡(luò)為例，結(jié)合業(yè)界主流產(chǎn)品形態(tài)，分享AI網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)思路。

主要設(shè)計(jì)理念：

• 核心設(shè)備全線速高性能轉(zhuǎn)發(fā)，核心之間不互聯(lián)，采用Fabric架構(gòu)，隔離核心故障，***程度降低核心故障的影響;
• 三層路由組網(wǎng)，通過(guò)ECMP提高冗余度，降低故障風(fēng)險(xiǎn);
• TOR上下行收斂比嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)1:1，通過(guò)提高核心設(shè)備接口密度擴(kuò)展單集群服務(wù)器規(guī)模;
• 應(yīng)用PFC+ECN功能，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)無(wú)損網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)：

1. 中小型(集群規(guī)模1000臺(tái))

▲ 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)特性：

• 每臺(tái)TOR采用8*100GE上聯(lián)8臺(tái)32口100G BOX交換機(jī)，OSPF/BGP組網(wǎng)
• 適用集群規(guī)模1000臺(tái)
• 每臺(tái)TOR下聯(lián)32臺(tái)Servers，IDC內(nèi)收斂比1:1 ，集群帶寬25Tbps

2. 中型(集群規(guī)模2000臺(tái))

▲ 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)特性：

• 每臺(tái)TOR采用8*100GE上聯(lián)8臺(tái)64口100G BOX，OSPF/BGP組網(wǎng)
• 適用集群規(guī)模2000臺(tái)
• 每臺(tái)TOR下聯(lián)32臺(tái)Servers，IDC內(nèi)收斂比1:1 ，集群帶寬50Tbps

3. 大型(集群規(guī)模2000-18000臺(tái))

▲ 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)特性：

• 每臺(tái)TOR采用8*100GE上聯(lián)4~8臺(tái)核心(機(jī)框式)，BGP組網(wǎng)
• 適用集群規(guī)模2000~18000臺(tái)
• 每臺(tái)TOR下聯(lián)32臺(tái)Servers，IDC內(nèi)收斂比1:1 ，集群帶寬50~450Tbps

4. 超大型(集群規(guī)模20000+臺(tái))

▲ 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)特性：

• 單POD集群規(guī)模1000~2000臺(tái)，數(shù)據(jù)中心集群規(guī)模20000+，BGP組網(wǎng)
• POD內(nèi)收斂比1:1，單POD集群帶寬25Tbps，總集群帶寬500Tbps+
• POD內(nèi)收斂比和上行帶寬根據(jù)集群帶寬需求靈活配置，適用與非AI應(yīng)用混合部署

在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，PFC和ECN功能將部署在Leaf和Spine設(shè)備上。PFC作用于設(shè)備互聯(lián)端口，通過(guò)反壓影響上游端口隊(duì)列的發(fā)送速率，而ECN是作用在設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，最終影響的是數(shù)據(jù)流的發(fā)送方，通過(guò)降低某條數(shù)據(jù)流發(fā)送速率規(guī)避數(shù)據(jù)丟包。

• PFC 機(jī)制將以太鏈路上的流量區(qū)分為不同的等級(jí)，基于每條流量單獨(dú)發(fā)送“不許可證”。相對(duì)于PAUSE幀而言，PFC可以將鏈路虛擬出8條不同等級(jí)的虛擬通道，當(dāng)某條通道出現(xiàn)擁塞后不會(huì)影響其它通道。
• RoCEv2 定義了 RoCEv2 Congestion Management ( RCM )，其中擁塞管理用的特性ECN(RFC 3168)是在交換機(jī)出口(egress port)發(fā)起的擁塞控制機(jī)制。當(dāng)交換機(jī)的出口buffer達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，交換機(jī)會(huì)改變數(shù)據(jù)包頭中的ECN位來(lái)給數(shù)據(jù)打上ECN標(biāo)簽，當(dāng)帶ECN標(biāo)簽的數(shù)據(jù)到達(dá)接收端以后，接收端會(huì)生成CNP(Congestion Notification Packet)并將它發(fā)送給發(fā)送端。CNP包含了導(dǎo)致?lián)砣膄low或QP的信息，當(dāng)發(fā)送端收到CNP后，會(huì)采取措施降低發(fā)送速度。
• 由于PFC作用于整個(gè)隊(duì)列，而ECN只針對(duì)產(chǎn)生擁塞的具體會(huì)話，在設(shè)置PFC和ECN相關(guān)水線時(shí)，應(yīng)做到先觸發(fā)ECN后再觸發(fā)PFC。

從外賣訂單和叫車訂單的智能調(diào)度，到電商平臺(tái)的智能推薦，再到人臉識(shí)別支付以及即將實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)無(wú)人駕駛汽車量產(chǎn)，AI技術(shù)的應(yīng)用已在方方面面影響著人們的生活和工作，讓大家的生活越來(lái)越便捷、時(shí)間利用越來(lái)越合理。但是，這都離不開(kāi)基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。銳捷網(wǎng)絡(luò)將憑借在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域近20年的技術(shù)積累和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新出更好的產(chǎn)品和解決方案，助力AI技術(shù)的蓬勃發(fā)展。