Эрик и Линда фон Швебер
Гигабайтная скорость новой технологии оставит далеко позади самые быстрые из сегодняшних технологий Спецификация HIPPI-6400, известная также под названием SuperHIPPI, похоже, откроет новую эпоху в истории сетей, когда скорости будут измеряться гигабайтами в секунду.
Эта технология, название которой представляет собой аббревиатуру от High Performance Parallel Interface (высокопроизводительный параллельный интерфейс), по своей производительности в шесть раз превосходит Gigabit Ethernet и Fibre Channel, а это коренным образом меняет саму концепцию ЛВС.
HIPPI-6400 позволит объединить обычные компьютеры, серверы и устройства хранения информации, расположенные в различных частях здания или даже небольшого городка, в единый кластер, способный выполнять функции суперкомпьютера с массово-параллельной архитектурой. Такую возможность открывает предельно высокая пропускная способность новой технологии, которая не уступает производительности шин большинства вычислительных систем, а порой и превосходит ее.
По своей пропускной способности HIPPI-6400 намного превосходит другие технологии передачи данных
HIPPI-6400 сможет сгладить различия между ЛВС, устройствами ввода-вывода и хранения информации, даже скоростями передачи данных между шинами и задними панелями внутри компьютеров. Новая супертехнология облегчит пересылку всех типов данных, по пропускной способности и времени запаздывания сигнала не будет уступать самым быстрым шинам, а также сможет поддерживать протоколы любых соединений.
Конечно же, за высокие показатели придется платить. Правда, предварительные прогнозы свидетельствуют, что сами продукты HIPPI-6400 по соотношению цены и пропускной способности могут успешно конкурировать с другими технологиями. Однако нельзя забывать и о прочих расходах: для внедрения HIPPI-6400 нужно будет обеспечить огромную пропускную способность сетей, а это потребует весьма ощутимых затрат на модернизацию сетевых интерфейсных плат, коммутаторов, мостов и концентраторов.
HIPPI-6400 - это стандарт ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов) для сетей с гигабайтными скоростями передачи данных. Основной областью его применения должны стать кластеры высокопроизводительных компьютеров и устройств хранения информации, а также системы, требующие очень высокой пропускной способности каналов связи и предельно малого времени задержки сигнала.
Продукты, поддерживающие технологию HIPPI-6400, должны появиться на рынке уже в текущем году. Среди них - концентраторы, коммутаторы и мосты, сетевые интерфейсные платы для шины PCI, шина SBus фирмы Sun Microsystems, рабочие станции и серверы фирмы Silicon Graphics. К концу нынешнего или в начале 1999 г. порты HIPPI-6400 станут стандартными для многих систем компании Hewlett-Packard и корпорации Digital Equipment. Все эти продукты проложат путь к массовому использованию суперкомпьютеров и позволят создать архитектуру, которая резко повысит пропускную способность Интернет.
Те из проектировщиков сетей, кто планирует обеспечить поддержку высокопроизводительных приложений, обнаружат, что перспективные продукты стандарта HIPPI-6400 обеспечивают беспрецедентно высокую пропускную способность. Администраторы, создающие системы хранения данных и извлечения информации на базе крупномасштабных кластеров ПК, серверов и рабочих станций, в полной мере оценят микросекундные задержки и стандартизированное управление, предлагаемые архитектурой HIPPI-6400.
Создателям магистральных каналов для больших корпоративных ЛВС и ГВС новый стандарт предоставляет надежные неблокируемые коммутаторы, производительность которых эквивалентна 32 каналам ОС-192 или 25 Гб/с.
Благодаря своей способности подключаться к сетям IP и Ethernet технология HIPPI-6400 придет на помощь и поставщикам передающих сред, позволяя им коммутировать IP-пакеты в синхронных оптических сетях SONET. К примеру, компании, специализирующиеся на производстве видеороликов и фильмов, получат возможность передавать оцифрованное изображение и сигналы телевидения высокой четкости по соединениям HIPPI-6400, заносить их в системы хранения информации, не прибегая при этом к сжатию.
Технология HIPPI предусматривает организацию четырех независимых виртуальных каналов, по каждому из которых можно передавать трафик, предъявляющий специфические требования к пропускной способности. При такой схеме передача больших объемов данных (например, цифровых фильмов) не вызывает задержки в передаче кратких управляющих сообщений и IP-трафика, пересылаемых по собственным виртуальным каналам.
Технология HIPPI родилась в 80-е годы, когда Лос-Аламосской национальной лаборатории (шт. Нью-Мексико) потребовалось обеспечить высокоскоростную связь между суперкомпьютерами фирмы Cray Research и средствами визуализации. Для этого были разработаны соединения с коммутацией подключений (в этом случае на время передачи сообщения между узлами создаются выделенные каналы), где скорость передачи данных составляла 800 Мбит/с. Такая пропускная способность была очень близка к возможностям Gigabit Ethernet.
Передача трафика HIPPI-800 по медному проводу требовала применения весьма громоздкого кабеля, состоящего из 50 экранированных витых пар. В феврале 1996 г. рабочая группа ANSI приступила к созданию более быстрой и производительной версии HIPPI, в которую был включен целый ряд функций, отсутствовавших в стандарте HIPPI-800: коррекция ошибок, аппаратное управление потоком данных, предельное сокращение (до микросекунд) времени задержки.
В ноябре 1997 г. фирма Silicon Graphics впервые провела практическое тестирование стандарта HIPPI-6400, воплощенного в виде микросхемы. Для этого была создана проблемно-ориентированная интегральная микросхема управления доступом к среде SuperHIPPI (SUMAC - SuperHIPPI Media Access Control).
Именно SUMAC должна стать основой для всех продуктов стандарта HIPPI-6400, выпуск которых можно ожидать в обозримом будущем. В настоящее время Silicon Graphics совместно с фирмами Essential Communications и Raytheon E-Systems продолжает работы в этом направлении в рамках проекта Accelerated Strategic Computing Initiative (ускоренная стратегическая компьютерная инициатива), выдвинутого Лос-Аламосской национальной лабораторией. SUMAC найдет применение и в одной из потребительских разработок фирмы E-Systems, замысел которой пока не раскрывается.
В HIPPI-6400 все ячейки имеют фиксированную длину 32 байта, что сообщает этому стандарту многие преимущества, свойственные технологии АТМ. Кроме того, в новом стандарте значительно меньше программных ресурсов расходуется на служебный трафик. Это достигнуто за счет аппаратного обеспечения надежности на канальном уровне, а также мультиплексирования, повторной передачи и управления потоком данных. На сегодняшний день стандарт обеспечивает дуплексную передачу информации со скоростью 6,4 Гбит/с на расстояние до 50 м по медному кабелю и до 1 км - по волоконно-оптической линии. В 1999 г. продукты HIPPI удвоят пропускную способность, доведя ее до уровня 12,8 Гбит/с, который уже сейчас поддерживает микросхема SUMAC. К 2000 г., как ожидается, скорость передачи данных достигнет 25,6 Гбит/с, что в 25 раз превосходит возможности Gigabit Ethernet.
Спецификация HIPPI-6400 поддерживает протоколы IP и ST (Scheduled Transfer - запланированная пересылка). Протокол высшего уровня ST первоначально разрабатывался в рамках HIPPI-6400, но затем был выделен в отдельный стандарт и сделан независимым от передающей среды.
Протокол ST будет включен в стандарт Ethernet и станет основой VIA (Virtual Interface Architecture - архитектура виртуального интерфейса). Благодаря его применению служебная нагрузка при передаче сообщения будет ограничена одноразовым созданием подключения, которое обеспечит прямой доступ к памяти через сеть с минимальными задержками.
По своей пропускной способности HIPPI-6400 превосходит все сегодняшние сетевые технологии по меньшей мере в шесть раз. Fibre Channel способен поддерживать скорость 1,06 Гбит/с, но этот показатель еще многие годы и близко не подойдет к уровню HIPPI-6400 - почти 1 Гбайт/с.
АТМ сможет преодолеть сегодняшний коммерческий рубеж в 622 Мбит/с (уже сейчас в экспериментах получена пропускная способность 2,488 Гбит/с), но этой технологии не хватает возможностей управления потоком данных и их повторной передачи. Протокол SCI (Scalable Coherent Interconnect - масштабируемый когерентный интерфейс) обеспечивает скорость передачи до 4 Гбит/с, но в нем отсутствует функция повторной передачи данных. К тому же практические воплощения этой технологии не слишком хорошо согласуются друг с другом. Правда, SCI в отличие от HIPPI-6400 поддерживает соединения с когерентным кэшированием непосредственно, однако системные интеграторы могут обеспечить когерентное кэширование и поверх HIPPI-6400, а затем использовать его для придания совокупности обычных машин образа единой системы.
HIPPI идет в кампусы
Благодаря дополнительным возможностям HIPPI-6400 выглядит идеальным решением для объединения разрозненных сетей в здании или небольшом кампусе (университетском городке). Разработанный для пересылки IP-данных путем их простой трансляции, этот стандарт в кластерах архитектуры VIA полностью совместим с протоколами Fibre Channel, HIPPI-800 и ST. Сейчас рабочая группа ANSI трудится над обеспечением связи между сетями HIPPI-6400, разнесенными на большие расстояния, для чего планируется использовать технологию АТМ. Помимо всего прочего управление HIPPI-6400 осуществляется с помощью протокола SNMP.
Чтобы управляться с гигантской пропускной способностью сетей на базе HIPPI-6400, администраторам вовсе не понадобится суперкомпьютер. Шина PCI следующего поколения позволяет пересылать сразу 64 бита данных с частотой 66 МГц, обеспечивая тем самым скорость передачи 4 Гбит/с. Сведя в кластер несколько симметричных мультипроцессорных систем на базе процессора Pentium Pro с двойными шинами и четырьмя дуплексными каналами каждая, администратор сможет открыть возможности HIPPI-6400 сразу для множества узлов. В этой технологии разрешена и проблема выходных разъемов: здесь одно-единственное гнездо расширения PCI обеспечивает такую пропускную способность, которой невозможно достичь в других соединениях, даже заняв все разъемы PCI на сервере.
Уже в текущем году фирма Genroco International намерена выпустить пятипортовый концентратор HIPPI-6400, мосты для его подключения к HIPPI-800 и Fibre Channel, а также сетевые интерфейсные платы для систем с шинами PCI и SBus. А в конце нынешнего или начале следующего года на рынке должен появиться ее восьмипортовый неблокирующий коммутатор.
Как концентратор, так и коммутатор имеют модульную конструкцию. Они будут оснащены 64-разрядными гнездами расширения под шину PCI с частотой 66 МГц, которые позволят подключать сетевые интерфейсные платы HIPPI-6400, HIPPI-800, Fibre Channel, а впоследствии - АТМ и Ethernet. Трансляцию протоколов будут выполнять пакетные драйверы Turbo, также разрабатываемые фирмой Genroco.
Фирма Essential Communications осенью выпустит неблокирующий перекрестный коммутатор схемы 32х32 (каждый из 32 портов этого устройства можно будет соединять с любым другим). Далее в ее планах - дополнительные сетевые адаптеры HIPPI-6400 для компьютеров Silicon Graphics, архитектуры SBus и PCI.
Начальная цена неблокирующих перекрестных коммутаторов будет приблизительно в восемь раз выше, чем на продукты HIPPI-800 (что вполне соответствует повышению пропускной способности в восемь раз). При оптовых закупках они окажутся дороже лишь втрое.
Таким образом, коммутатор HIPPI-6400 в расчете на один порт будет стоить примерно 20 тыс. долл. или около 3 долл. за 1 Мбит/с. Примерно такие же цены установит на свою продукцию и фирма Genroco.
Для сравнения напомним, что в выпускаемых сегодня коммутаторах Gigabit Ethernet, таких, как Gigastar 8000 фирмы Gigalabs, 1 Мбит/с обходится почти в 11 долл. Отсюда видно, что технология HIPPI-6400 лидирует не только по пропускной способности. Она несомненный чемпион и по удельной цене, что особенно важно для тех, кому нужны высокие скорости передачи данных.
Эрик и Линда фон Швебер - руководители научно-исследовательской организации Infomaniacs (Сидона, шт. Аризона), специализирующейся на проблемах конвергенции технологий. Связаться с ними можно по адресу: thinktank@infomaniacs.com или через Интернет по адресу: www.infomaniacs.com.
