Чип-коммутатор Broadcom Tomahawk Ultra

Чип-коммутатор Broadcom Tomahawk Ultra семейства BCM78920 является прорывным решением, полностью переосмысленным для удовлетворения экстремальных требований высокопроизводительных вычислений и плотно связанных AI-кластеров масштаба scale-up. Результат многолетних усилий сотен инженеров Broadcom, этот коммутатор разрушает устоявшиеся представления о технологии Ethernet как о сети с высокими задержками и потерями пакетов, выводя ее на уровень, способный конкурировать с InfiniBand в самых требовательных сценариях применения. Tomahawk Ultra обеспечивает коммутационную способность 51,2 Тбит/с на одном кристалле с поддержкой до 64 портов 800 Гбит/с, 128 портов 400 Гбит/с или 256 портов 200 Гбит/с, что позволяет строить мощнейшие сетевые фабрики для объединения десятков тысяч ускорителей в единый вычислительный кластер. Решение является частью стратегии Broadcom по продвижению открытых Ethernet-технологий для AI масштабирования и полностью совместимо со спецификацией Ultra Ethernet Consortium, гарантируя интеграцию в открытую экосистему и независимость от проприетарных решений отдельных производителей.

Архитектура сверхнизких задержек и высокой производительности

Tomahawk Ultra достигает революционной задержки всего 250 наносекунд при полной пропускной способности 51,2 Тбит/с, что обеспечивает общую задержку связи между ускорителями не более 400 наносекунд и делает Ethernet конкурентоспособной альтернативой специализированным решениям для высокопроизводительных вычислений. Критическим отличием данного чипа является его оптимизация для обработки малых пакетов размером 64 байта, которые составляют значительную часть трафика в HPC и AI-приложениях, особенно при выводе моделей машинного обучения. Коммутатор обрабатывает до 77 миллиардов пакетов в секунду на полной линейной скорости, что представляет собой критическое требование для эффективной передачи коротких сообщений в высокопроизводительных кластерах.

Чип интегрирует технологию AI Fabric Headers, которая сокращает размер заголовков Ethernet с традиционных 46 байт до минимальных 10 байт при сохранении полной совместимости со стандартом Ethernet, что значительно улучшает соотношение полезной нагрузки к служебной информации и повышает общую эффективность сети. Tomahawk Ultra использует встроенные блоки SerDes Peregrine 106.25G PAM4, обеспечивающие высочайшую надежность передачи данных на сверхвысоких скоростях. Решение полностью совместимо по выводам с предыдущим поколением Broadcom Tomahawk 5, что позволяет производителям оборудования быстро адаптировать существующие платформы под новый чип без значительных изменений в аппаратном дизайне и ускоряет время вывода продуктов на рынок.

Безпотерьная сетевая фабрика и внутрисетевые вычисления

Критическим преимуществом Tomahawk Ultra является реализация полностью безпотерьной сетевой фабрики благодаря интеграции технологий Link Layer Retry и Credit-based Flow Control, которые устраняют потери пакетов и гарантируют надежность передачи данных на уровне, требуемом для самых ресурсоемких вычислительных нагрузок. Механизм Link Layer Retry обнаруживает ошибки на линии связи с использованием Forward Error Correction и автоматически ретранслирует пакеты на уровне физического интерфейса, предотвращая потери данных еще до их появления. Одновременно технология Credit-based Flow Control предотвращает переполнение буферов, которое традиционно приводило к отбрасыванию пакетов в сетях Ethernet, создавая инфраструктуру с абсолютной надежностью доставки.

Революционной особенностью чипа является поддержка внутрисетевых коллективных операций, которые решают одно из самых устойчивых узких мест в AI и машинном обучении. Вместо того чтобы нагружать дорогостоящие ускорители коллективными операциями типа AllReduce, Broadcast или AllGather, Tomahawk Ultra выполняет их непосредственно внутри коммутатора на аппаратном уровне, что сокращает время выполнения задач и повышает утилизацию вычислительных ресурсов. Важно, что эта функциональность является агностической к конечным устройствам, что позволяет немедленно использовать ее в широком спектре системных архитектур и экосистем различных производителей. Чип поддерживает топологически осведомленную маршрутизацию для современных HPC-топологий, включая Dragonfly, Mesh и Torus, оптимизируя пути передачи пакетов в сложных многоуровневых сетях. Полная совместимость со спецификацией UEC и поддержка SUE-Lite — оптимизированной версии спецификации для энергоэффективных ускорителей — делает Tomahawk Ultra универсальным решением для построения открытых высокопроизводительных Ethernet-фабрик следующего поколения в дата-центрах AI, облачных HPC-платформах, системах машинного обучения и научных суперкомпьютерных кластерах.