工業(yè)時代，電力是機(jī)械文明的基石，而邁入數(shù)字時代的今天，算力正在成為智能世界的底座。數(shù)據(jù)通過多場景聯(lián)接匯聚到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析和應(yīng)用，驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級與商業(yè)模式創(chuàng)新。作為承載數(shù)據(jù)存儲、分析、計(jì)算的唯一載體，數(shù)據(jù)中心貫穿了數(shù)據(jù)從生產(chǎn)要素到商業(yè)價值轉(zhuǎn)換的全流程。數(shù)據(jù)中心算力成為新的生產(chǎn)力，數(shù)據(jù)中心量綱從原有的資源規(guī)模向算力規(guī)模轉(zhuǎn)變。
本文作者
王雷
華為數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品線
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域總裁
算力的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)流通與處理效率，融合是必然訴求
數(shù)據(jù)中心算力是服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)結(jié)果輸出的能力，是計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)三大資源協(xié)同能力的綜合衡量指標(biāo)。作為聯(lián)接數(shù)據(jù)中心各類資源的大動脈，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)承載著保障數(shù)據(jù)高效流通的職責(zé)。
根據(jù)聯(lián)接資源的不同，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)分為：
- 通用計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：與外部用戶終端對接提供服務(wù)；
- 數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)：聯(lián)接存儲節(jié)點(diǎn)，支撐數(shù)據(jù)存儲、讀寫與備份；
- 高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：聯(lián)接CPU/GPU服務(wù)器，支撐高性能計(jì)算或AI訓(xùn)練。
在數(shù)據(jù)流通和處理過程中，這三張網(wǎng)絡(luò)需要深度協(xié)作，保證算力的最大化釋放。通用計(jì)算網(wǎng)絡(luò)普遍采用開放的以太協(xié)議，而傳統(tǒng)集中式存儲區(qū)以及高性能計(jì)算區(qū)則較多采用封閉的Fibre Channel（FC）以及InfiniBand專網(wǎng)技術(shù)。三套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各異、架構(gòu)割裂，給數(shù)據(jù)跨節(jié)點(diǎn)和資源流通帶來阻礙。融合成為算力提升的必然要求。
三大變革驅(qū)動數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)全以太化，帶來融合契機(jī)
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于云應(yīng)用、計(jì)算資源與存儲資源。三大服務(wù)對象的變革正在驅(qū)動數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向以太化演進(jìn)：
云化升級：
云化加速浪潮之下，企業(yè)IT架構(gòu)從本地集中式向云端分布式、甚至多云分布式演進(jìn)。開放以太架構(gòu)天然可被云靈活調(diào)用，具備良好的互通性、彈性、敏捷性以及多租戶安全能力，已經(jīng)成為通用計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的壓倒性協(xié)議。
存儲全閃存化：
隨著機(jī)械硬盤向全閃存升級，存儲介質(zhì)的讀寫性能提升了百倍。傳統(tǒng)FC最高32G/64G帶寬，不滿足全閃存高吞吐的需求，帶寬高達(dá)400GE的以太網(wǎng)成為新一代存儲網(wǎng)絡(luò)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
計(jì)算單元去PCIe：
業(yè)界CPU/GPU廠商正在通過去PCIe總線突破總線的速率瓶頸，直接出以太口來提供更高算力。
在三大變革的驅(qū)動下，以太化正在向縱深推進(jìn)。全球HPC TOP500統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2016年起以太已經(jīng)超越IB成為主流。2019年，計(jì)算機(jī)行業(yè)巨頭Intel放棄了源于InfiniBand的Omni-Path高速互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，繼而在2021年推出了面向HPC場景的以太網(wǎng)交換機(jī)，同時HPC套件針對RoCE進(jìn)行優(yōu)化升級。隨著全以太化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)測試規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺，融合時間窗正式開啟。
融合之路并非坦途，全以太化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)面臨三大挑戰(zhàn)
雖然業(yè)界普遍看好全以太化的趨勢，但要實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)性能過硬到管理配套成熟并非易事。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)全以太化面臨三大挑戰(zhàn)：
網(wǎng)絡(luò)丟包挑戰(zhàn)：
以太網(wǎng)天然有丟包，無法滿足通信密集型HPC、高端存儲等場景下極端性能要求。
管理效率挑戰(zhàn)：
近年來全球數(shù)據(jù)中心普遍采用集約化規(guī)模化的建設(shè)原則，中小型數(shù)據(jù)中心被大型、超大型數(shù)據(jù)中心替代。隨著管理規(guī)模的擴(kuò)張，傳統(tǒng)分散的多工具多平臺的管理模式成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的效率瓶頸。
多云多場景挑戰(zhàn)：
一方面，為了滿足核心業(yè)務(wù)穩(wěn)定的同時快速響應(yīng)變化，企業(yè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施通常使用公有云-敏態(tài)業(yè)務(wù)與私有云-穩(wěn)態(tài)業(yè)務(wù)雙架構(gòu)；另一方面，業(yè)務(wù)場景極大豐富，不僅行業(yè)間網(wǎng)絡(luò)需求迥異，同一行業(yè)內(nèi)不同業(yè)務(wù)場景下也有較大的不同。復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景對網(wǎng)絡(luò)的開放性和服務(wù)化能力提出更高的要求。
華為超融合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)CloudFabric 3.0，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)三層融合
為應(yīng)對全以太化網(wǎng)絡(luò)三大挑戰(zhàn)，華為推出超融合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)CloudFabric 3.0解決方案，核心部件包括CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機(jī)與iMaster NCE網(wǎng)絡(luò)智能管控系統(tǒng)。基于三層融合架構(gòu)，CloudFabric 3.0可最大化保障數(shù)據(jù)的流通和處理效率，充分釋放數(shù)據(jù)中心算力：
全無損以太架構(gòu)：
三張網(wǎng)統(tǒng)一為0丟包以太網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)流量承載融合，打破異構(gòu)協(xié)議限制；
全生命周期自動管理：
實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管控析融合，打破多工具多平臺管理數(shù)據(jù)割裂的限制；
全場景服務(wù)化能力：
實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)場景融合，打破跨區(qū)域跨場景算力割裂的限制。
全以太HPC網(wǎng)絡(luò)，100%釋放算力
傳統(tǒng)以太網(wǎng)丟包帶來性能瓶頸，0.1%的丟包會導(dǎo)致50%的算力損失。40多年來業(yè)界專家探索了很多路徑解決以太網(wǎng)丟包，但無一例外都失敗了：有通過流控反壓來控制流量發(fā)送速度，但粗暴的反壓機(jī)制會頻繁停發(fā)報(bào)文，導(dǎo)致吞吐量極低；在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用流量越來越復(fù)雜的今天，控速時機(jī)也很難把握。
華為創(chuàng)造性地將智能無損算法iLossless-DCN引入到網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接中來，用算法代替專家經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時精準(zhǔn)控速，保證網(wǎng)絡(luò)0丟包，實(shí)現(xiàn)規(guī)模不變，算力翻番。
全以太存儲網(wǎng)絡(luò)，存儲性能提升87%
對于存儲網(wǎng)絡(luò)，金融的雙活數(shù)據(jù)中心場景性能要求最為嚴(yán)苛。同城數(shù)據(jù)中心之間的距離一般在30公里到70公里不等，由于長距光纖數(shù)據(jù)傳輸存在靜態(tài)時延（5μs/公里），距離越長時延越大，與短距場景相比時延增長了百倍，流控復(fù)雜度指數(shù)級增加。
為此，華為推出長距無損iLossless-DCI算法，在短距無損的基礎(chǔ)上增加了距離變量，基于大數(shù)據(jù)分析提前應(yīng)對流量變化，最大可實(shí)現(xiàn)100GE鏈路70公里無損傳輸，跨數(shù)據(jù)中心鏈路較FC網(wǎng)絡(luò)可減少90%。在DC內(nèi)和跨DC的同等距離場景下，IOPS較FC網(wǎng)絡(luò)可提升87%，時延降低42%。
全生命周期自動化，業(yè)務(wù)秒級部署與1-3-5智能運(yùn)維
針對業(yè)界SDN“設(shè)計(jì)校驗(yàn)靠人工，配置下發(fā)才自動”的半自動化運(yùn)維模式，華為將數(shù)字孿生方法論引入網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)建全生命周期的自動化。
基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)字建模，可綜合評估400+影響網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的因子，可推薦最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)配置變更的秒級校驗(yàn)。
基于網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，可以實(shí)現(xiàn)故障1分鐘感知，3分鐘定位和5分鐘修復(fù)。
通過大數(shù)據(jù)挖掘與建模，識別網(wǎng)絡(luò)對象與對象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系與故障擴(kuò)散規(guī)律，感知90%潛在風(fēng)險(xiǎn)。
全場景服務(wù)化體驗(yàn)，跨云業(yè)務(wù)部署從月到天
多云場景下網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)成為常態(tài)，多廠商設(shè)備往往配套多種控制器。一方面，當(dāng)跨云業(yè)務(wù)變更時，需求要分解到多個控制器；如果控制器能力不滿足，則需要依賴原廠商落入版本開發(fā)，周期在3~6個月不等。另一方面，企業(yè)云管平臺需要同時對接多個控制器，適配工作量巨大。南向和北向的多接口模式造成跨云網(wǎng)絡(luò)部署動輒耗時數(shù)月，成為算力跨區(qū)流通的瓶頸。
為此，華為定義統(tǒng)一的設(shè)備網(wǎng)元模型并構(gòu)筑開放的南向框架，可實(shí)現(xiàn)跨廠商設(shè)備的統(tǒng)一管理以及設(shè)備驅(qū)動程序的動態(tài)加載。同時，CloudFabric 3.0北向可提供上千種豐富的網(wǎng)絡(luò)API服務(wù)，實(shí)現(xiàn)云管平臺側(cè)靈活網(wǎng)絡(luò)編排，業(yè)務(wù)上線周期從數(shù)月縮短至一周。
全新CloudFabric 3.0，新以太釋放新算力
數(shù)據(jù)中心集合了極其豐富的軟硬件資源，從芯片到服務(wù)器，從存儲設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，從平臺軟件到應(yīng)用軟件，不一而足。要構(gòu)建強(qiáng)大算力，各類資源需要高度協(xié)同，深度融合。作為融合道路上的開拓者，華為推出超融合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)CloudFabric 3.0解決方案，是對CloudFabric 2.0中解決方案的無損以太和自動駕駛網(wǎng)絡(luò)兩大能力在全以太趨勢下的擴(kuò)展與增強(qiáng)。
基于三層融合架構(gòu)，超融合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)CloudFabric 3.0解決方案可助力數(shù)據(jù)高效流通與處理，100%釋放算力，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)的算力底座。
