在較新的國際高性能計算排行榜TOP500中，大部分機器并非應用在傳統的科學計算領域，而是應用在新興的互聯網云計算和大數據領域。HPC應用已從過去的高精尖向更平民化、普惠化的方向發展。HPC正與云計算、大數據、AI不斷融合創新。HPCN與互聯網技術進行融合，拓展傳統HPCN支持DCN協議棧已成為當前國際高速互連領域的重要發展趨勢。

隨著大型DC采用具有更高帶寬需求的高性能加速器，數據中心網絡通過支持遠程直接內存訪問（RDMA）、RDMA融合以太網（RDMA over converged Ethernet，RoCE）、互聯網廣域RDMA協議（iWarp）等新技術不斷向HPCN融合。

融合網絡研究現狀

NV的IB高性能互連網絡通過開發多模芯片，設計基于IB的以太網協議向以太網融合，已經推出多款多網絡融合的芯片產品，具有低延遲和高帶寬等高性能，可以極大地提高高性能計算系統和數據中心的性能。

Cray的Slingshot技術以HPC為中心增加了以太網兼容性，其交換機兼容傳統以太網并對RoCE的一些不足進行了改進，同時支持高性能計算和數據中心。

國防科技大學在自主定制高速互連網絡的基礎上提出一種融合網絡創新架構，實現高速網/以太網無縫兼容，靈活支持科學計算和云計算等多領域應用。

“天河”融合網絡架構包含PCIE主機接口處理模塊、高速網網卡核心邏輯、交叉開關XBAR、以太網網卡核心邏輯、以太網報文拆分/拼裝模塊、物理層邏輯、高速網/以太網報文轉換模塊（Ethernet over high performance express,EoH)以及高速網/以太網可配的網絡端口。EoH將高速網虛擬為以太網，使得連接在高速網中的節點直接與連接在以太網中的節點通信，通過高速網傳輸以太網報文，實現高速網/以太網無縫兼容，在一套物理硬件上靈活支持科學計算和云計算應用。

微軟云平臺、亞馬遜云平臺、百度機器學習和騰訊云都利用rdma來滿足在線服務。大規模數據中心和云計算對網絡延遲、吞吐量和CPU計算性能的嚴格要求形成了一切都在RDMA之上的局面。

RDMA技術最早在IB專用傳輸網絡上實現，技術先進，性能最優，但價格高昂，應用局限在ＨＰＣ領域。隨著以太網性能的大幅提升，越來越多的人想要選擇能兼容傳統以太網的高性能網絡解決方案，而傳統TCP/IP堆棧應用無法支撐ＨＰＣ網絡通信。業界廠家把RDMA技術移植到傳統以太網上，降低了RDMA的使用成本，推動了 RDMA技術普及。如圖 ４所示，根據協議棧融合度的差異，分為 RoCE和iWARP兩種技術，而 RoCE又包括 RoCE?ｖ１和 RoCEｖ２兩個版本。

谷歌的Aquila是一種實驗性的數據中心網絡架構，將超低延遲作為核心設計目標，同時也支持傳統的數據中心業務。Aquila芯片架構基于GNet協議設計了融合交換和網卡的定制芯片，具有低延遲遠程存儲訪問。Aquila芯片架構包含100Gbps的IP網卡、1RMA網卡、基于信元的GNet交換芯片以及IP協議引擎。當流量進入交換機時，一部分通過IP網卡走傳統的基于數據包的以太網交換，一部分通過1RMA網卡走基于信元的GNet交換。芯片中間的IP協議引擎負責兩種交換單位的轉換，將IP數據包切割處理為多個信元或者將信元重新組裝為IP數據包。

阿里自主研發了高性能網絡，以應用為中心，通過“阿里云全棧自研＋端網融合技術”，實現高性能可預期網絡。2022年8月阿里在頂級會議SIGCOMM上發表端網融合架構，提出了要將數據中心網絡從“低時延大帶寬”演進到“確定性可預期”的目標，開啟了確定性數據中心網絡研究的新紀元。

展望

隨著HPC、大數據和AI計算呈融合發展趨勢，高性能計算機和數據中心之間的界限越來越模糊，HPCN和DCN融合網絡成為互連網絡發展的重要趨勢，從而支撐同一套基礎設施高帶寬、低延遲運行HPC、云計算、大數據處理和AI計算多領域應用，降低網絡成本。

論文分析了當前融合網絡研究現狀，針對當前最具代表性的融合網絡進行了詳細闡述，全面展示了該領域的最新技術動態，提出了融合網絡面臨的技術挑戰。基于技術挑戰，對融合網絡的發展趨勢進行了展望，包括融合網絡協議棧設計中融合與分化并存、基于在網計算實現融合網絡性能加速，面向新興應用需求，優化融合網絡性能。

編輯：黃飛

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