Chips für immense simultane Rechenleistungen Cisco Silicon One durchbricht die 51,2 Tbps-Grenze

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In dieser Woche hat Cisco zwei „Silicon One"-Chips vorgestellt, die darauf ausgelegt sind, insbesondere die massiven GPU-Cluster für Künstliche Intelligenz und Machine Learning zu unterstützen.

Im Dezember 2019 kündigten hatte Cisco kühn angekündigt, dass das Unternehmen die Internet-Wirtschaft für immer verändern und Innovationen mit einer Geschwindigkeit vorantreiben würden, die es so noch nie gegeben habe. „Das waren ehrgeizige Behauptungen“, schreibt Rakesh Chopra im Cisco-Blog, und „es überrascht nicht, dass viele Menschen eine abwartende Haltung einnahmen.“

Nun ist as also dreieinhalb Jahre her seit Cissco den Chip „Silicon One“ herausgebracht hat. Jetzt hat der Hersteller bereits eine vierte Gerätegeneration angekündigt. Sie läuft mit „Cisco Silicon One G200“ und das „Cisco Silicon One G202“, die Cisco seinen Kunden ab sofort zur Verfügung stellt.

G200 und G202

Das Cisco Silicon One G200 bietet die Vorteile der einheitlichen Architektur und konzentriert sich speziell auf erweiterte Ethernet-basierte Künstliche Intelligenz (KI) und dem Maschinenlernen (ML) sowie und Web-Scale-Spine-Implementierungen.Es handelt sich um einen im 5 Nanometer-Prozess gefertigten Chip, der die Merkmale 51,2 Terabit pro Sekunde (Tbps), 512 x 112 Gbps Serializer-Deserializer (SerDes) trägt. Er ist programmierbar und deterministisch, mit niedriger Latenz, Sichtbarkeit und Kontrolle ausgestattet. Laut Cisco macht es die Komponente deshalb „zur idealen Wahl für Web-Scale-Netzwerke“.

Silicon One G202 bietet laut Cisco ähnliche Vorteile für Kunden, die den 50G SerDes für den Anschluss von Optiken an den Switch nutzen möchten. Es handelt sich um ein 5 nm, 25,6 Tbps, 512 x 56 Gbps SerDes-Silizium, mit den gleichen Eigenschaften wie das Cisco Silicon One G200, aber mit der Hälfte der Leistung.

51,2 Tbps Schallmauer durchbrochen

„Um die Vision von Cisco Silicon One zu verwirklichen, war es für uns unumgänglich, in Schlüsseltechnologien zu investieren“, erläutert Chopra. Vor sieben Jahren bereits habe Cisco deshalb damit begonnen, in die eigene Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-SerDes zu investieren. Man habe erkannte, dass die Branche bei steigenden Geschwindigkeiten zu SerDes auf Analog-Digital-Basis (ADC) übergehen müsse.

Serializer-Deserializer sei nunmehr ein grundlegender Baustein der Netzwerkverbindung für Hochleistungsrechner- und KI-Implementierungen. Die jüngste Generation der leistungsstarken und stromsparenden 112-Gbit/s-ADC-SerDes ermöglichten Kanäle mit extrem hoher Reichweite und unterstützen 4-Meter-Direktanschlusskabel (DACs), herkömmliche Optiken, lineare Antriebsoptiken (LDO) und Co-Packaged-Optiken (CPO). Zugleich minimierten sie die Siliziumfläche und den Stromverbrauch.

Wie Chopraist seinem Blog-Beitrag ausführt, ist der Chip Silicon One G200 aus mehreren Gründen „die ideale Lösung für Ethernet-basierte AI/ML-Netzwerke“:

• Mit dem branchenweit höchsten Radix-Switch mit 512 x 100GE-Ethernet-Ports auf einem Gerät können Kunden einen 32K 400G GPUs AI/ML-Cluster mit einem 2-Layer-Netzwerk aufbauen, das 50 Prozent weniger Optiken, 40 Prozent weniger Switches und 33 Prozent weniger Netzwerkschichten benötigt. Das reduziert den ökologischen Fußabdruck des AI/ML-Clusters enorm. Es können bis zu 9 Millionen Kilowattstunden pro Jahr eingespart werden, was laut der U.S. Environmental Protection Agency mehr als 6.000 Tonnen Kohlendioxid (CO2e) oder der Verbrennung von 7,3 Millionen Pfund Kohle pro Jahr entspricht.

• Die Techniken zur Lastverteilung, die auf Überlastung reagieren, ermöglichen es Netzwerken, herkömmliche Überlastungsereignisse zu vermeiden.

• Packet-Spraying-Techniken minimieren die Entstehung von Stau-Hotspots im Netz.

• Hardware-basiertes Link-Failure-Recovery sorgt für Leistung in großen Netzwerken, selbst bei Störungen.

Konvergente Architektur

• Cisco Silicon One bietet eine Architektur, die in allen Kundennetzwerken eingesetzt werden kann, von Routing-Rollen über Web-Scale-Front-End-Netzwerke bis hin zu Web-Scale-Back-End-Netzwerken. Dadurch verkürzen sich die Implementierungszeiten und die laufenden Betriebskosten durch eine konvergente Infrastruktur lassen sich reduzieren.

• Durch die Verwendung eines gemeinsamen Software Development Kits (SDK) und standardmäßiger 'Switch Abstraction Interface' (SAI)-Schichten müssen Kunden die Cisco Silicon- One-Umgebung nur einmal auf ihr Netzwerkbetriebssystem (NOS) portieren und können diese Investition über verschiedene Netzwerkrollen hinweg nutzen.

• Wie andere Cisco-Technik auch verfügt G200 über einen großen und vollständig vereinheitlichten Paketpuffer, der die Burst-Absorption und den Durchsatz in großen Web-Scale-Netzwerken optimiert. Dies wiederum minimiert Head-of-Line-Blocking durch Absorption von Bursts anstelle der Generierung von Prioritätsflusskontrolle.

Ziemlich „routiniert“

Das Cisco-Energiesparwunder für Datacenter und Telcos

• Silicon One G200 verfügt über eine bis zu zweimal höhere Radix als andere Lösungen mit 512 Ethernet-MACs und ermöglicht es Kunden, die Kosten, den Stromverbrauch und die Latenzzeit von Netzwerkimplementierungen durch das Entfernen von Netzwerkschichten erheblich zu reduzieren.

• Mit der SerDes-Technologie ist sind G200-Geräte in der Lage, 43 dB Bump-to-Bump-Kanäle zu treiben, die Co-Packaged Optics (CPO), Linear Pluggable Objects (LPO) und die Verwendung von 4 Meter langen 26 AWG-Kupferkabeln ermöglichen, was weit über die IEEE-Standards für optimale In-Rack-Konnektivität hinausgeht.

• Im Vergleich zu „Cisco Silicon One G100„“ verhält sich G200 mehr als doppelt so stromsparend und halbiert die Latenzzeit.

• Das physische Design und Layout wurde so entwickelt, dass es Kunden ermöglicht wird, die Systemlüfter langsamer laufen zu lassen und so die Leistungsaufnahme des Systems zu senken.

Lastausgleich und Fehlererkennung

• G200 bietet Unterstützung für nicht-korrelierte, gewichtete Equal-Cost-Multipath- (WECMP) und Equal-Cost-Multipath- (ECMP) Lastausgleichsfunktionen mit nahezu idealen Eigenschaften zur Vermeidung von Hash-Polarisierung, selbst in großen Netzwerken.

• Die Komponente verfügt übet Congestion-aware load balancing for stateful ECMP, flow und flowlet, ermöglicht so einen optimierten Netzwerkdurchsatz im Hinblick auf flow-completion time und job-completion time (JCT).

• Die Unterstützung der Hardware-basierten Umverteilung von Paketen bei Verbindungsausfällen ermöglicht es Cisco Silicon One G200, den realen Durchsatz von großen Netzwerken zu optimieren.

• Cisco Silicon One G200 verwendet den kundenspezifischen, programmierbaren parallelen „P4“-Paketprozessor, der mehr als 435 Milliarden Lookups pro Sekunde ausführen kann. Er unterstützt fortschrittliche Funktionen wie SRv6 Micro-SID (uSID) bei voller Geschwindigkeit und ist erweiterbar mit vollem Run-to-Complete.

Uwe Peter, Chef Cisco Deutschland, bewertet die Neuerscheinungen abschließend: „Mit dem ransanten Anstieg von Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz, IT-Security und Hybrid Work schnellen die Anforderungen an Datenverarbeitung in neue Dimension. Cisco ist stolz darauf, mit zwei neuen Silicon One Chips eine Antwort auf diesen Bedarf zu haben. Gerade für Deutschland als Technologie-Standort sind das gute Nachrichten, denn ohne hochperformante Netzwerke und Datenverarbeitung können wir hier die neuen Möglichkeiten von KI & Co nicht optimal nutzen.“

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