高性能低延迟网络不止InfiniBand：多种替代方案对比

在高性能网络领域，Nvidia 并非唯一玩家——这话从1990年代末InfiniBand诞生起就成立。三年前从英特尔手里接过Omni-Path互连业务的Cornelis Networks，就是一条清晰的“第二条路”。虽然他们跳过了200Gb/秒那一代，但仍在持续改进100Gb/秒的Omni-Path Express，并且为未来的400Gb/秒方案打好了基础。

Cornelis Networks的核心团队，最早可以追溯到SilverStorm和PathScale的InfiniBand业务，后来成为QLogic TruScale InfiniBand的骨干，而后者曾是Mellanox之外的重要替代。2012年初，英特尔以1.25亿美元从QLogic拿下TruScale业务，紧接着又花1.4亿美元从Cray买下“Gemini”XT和“Aries”XC互连，整合出Omni-Path。从技术谱系看，这三者已是InfiniBand的不同变体，而Cornelis现在的动作，可以说是第四条路。

InfiniBand最初的野心是取代PCIe、FC乃至以太网，搞成融合总线。QLogic的TruScale带来一种叫PSM（Performance Scale Messaging）的技术，他们认为这比标准的InfiniBand verbs方式更好、扩展性更强。但PSM已经有二十多年历史了，Cornelis正基于libfabric驱动打造全新软件栈——这个驱动是Linux内核的一部分，它将取代QLogic和英特尔Omni-Path中的PSM提供程序，并与Open Fabrics Interfaces工作组的OPX提供程序配合。新栈先在100Gb/秒的Omni-Path硬件上跑（他们称之为Omni-Path Express，缩写OPX），未来400Gb/秒的CN5000系列将只支持这个栈。

libfabric库是OFI标准的第一个实现，位于网卡和OFI提供程序驱动之间，向上对接MPI、SHMEM、PGAS以及其他HPC/AI场景常用的内存共享协议。具体堆栈结构如下：

可以看到，原始OpenFabrics Alliance Verbs仍保留在Linux内核态，用来支持旧版协议；而PSM2和OFI提供程序都运行在用户态，各种MPI实现（数量不少）也一样。

在下一代CN5000平台中，PSM2部分会被移除，推测Verbs提供程序以及内核中的OFA Verbs也会逐步退役。Cornelis Networks软件工程副总裁Doug Fuller在Hot Interconnects 30会议上提到，OPX与Nvidia InfiniBand的一个关键区别在于：Cornelis使用的所有堆栈都将是开源的，并且会合入内核主线。“我们的Omni-Path OFI驱动是Linux内核的一部分，”Fuller解释道，“所有补丁都先合入上游，我们有Linus本人的认可证明。然后我们推动它们向下游合并、集成到各Linux发行版中。大多数情况下，你启动一个现代Linux发行版，驱动已经就绪，无需额外安装。我们坚持上游优先开发，回馈社区，同时也给用户更好的体验。”

大家期待了三年的硬件路线图，这次终于公开了：

HPC中心、云厂商和超大规模企业都看重可预测的路线图——每一代都要降低每比特传输成本，同时扩大网络规模（在合理延迟下能连接的端点数量）。这正是Cornelis Networks公开押注的方向。业内共识是，客户不会只买某个产品，他们买的是路线图，因为未来才是真正要面对的东西。

Omni-Path 100系列是Cornelis转售英特尔原有硬件，2015年底随“Knights”多核处理器问世。这个系列包括100Gb/秒适配器、48口边缘交换机、288口导向器交换机、以及1152口导向器交换机。支持3米及更短的直连铜缆（DAC），100米及以下的有源光缆（AOC）。在胖树拓扑下，全二分带宽可支持13800个节点，半二分带宽支持27600个节点，网络渐缩时最多36800个节点。

到了Omni-Path CN5000系列（Cornelis称之为第五代高性能互连），交换机和适配器中的ASIC全面升级至400Gb/秒——这无疑是性能的巨大飞跃。边缘交换机为48口（标准披萨盒尺寸，不再是英特尔当年那种异形设计），导向器交换机则采用576口单机方案。线缆方面，除了DAC和AOC，还支持有源铜缆（ACC），最长可达5米，比DAC多了2米，给布线设计更多灵活性。

CN5000系列除了支持全/半二分带宽树外，还新增了Dragonfly和Megafly（或Dragonfly+）拓扑，单集群最大可扩展到33万个节点。此外，他们引入了基于遥测的动态自适应路由和拥塞控制——这项技术很可能从英特尔收购的Cray“Aries”技术中提炼而来。延迟目标低于1微秒（节点到节点），消息速率预计12亿条/秒。导向器交换机提供风冷和液冷两种选项。

以下是CN5000边缘交换机的规格和机械结构：

导向器交换机的规格：

主机结构适配器如下：

到2026年，Cornelis路线图将推进到Omni-Path CN6000，交换机和适配器ASIC支持800Gb/秒。节点规模、拓扑选项、二分带宽等指标基本不变，但一个有趣的变化是引入基于RISC-V内核的DPU，通过CXL端口连接，可能执行集合通信卸载、安全及存储加速。部分结构功能也会被卸载，交换机和适配器中预计会有专用翻跟斗。

第七代产品（2028年）则将端口速度提升至1.6Tb/秒，新增HyperX拓扑，并对DPU核心、结构及应用卸载做进一步增强。

坦白说，Nvidia或Mellanox的InfiniBand路线图已经有一阵子没公开了，而且肯定不会规划得这么远。但节奏和关键的代际节点，未来可能会在一定程度上同步。

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