استاندارد Ultra Ethernet 1.1 منتشر شد؛ پشتیبانی از Scale-up و کنترل ازدحام قابل برنامه‌ریزی
کنسرسیوم Ultra Ethernet در 12 اکتبر 2026 نسخه 1.1 مشخصات فنی این استاندارد را منتشر کرد. استاندارد Ultra Ethernet 1.1 با هدف بهبود ارتباطات در زیرساخت‌های هوش مصنوعی و رایانش با کارایی بالا (HPC)، قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی از شبکه‌های Scale-up، عملیات جمعی درون شبکه و کنترل ازدحام قابل برنامه‌ریزی را معرفی می‌کند.
نسخه 1.0 استاندارد Ultra Ethernet که در ژوئن 2025 منتشر شد، چارچوبی برای پروتکل انتقال، کنترل ازدحام و دسترسی مستقیم به حافظه از راه دور (RDMA) تعریف کرده بود. اکنون نسخه 1.1 با کاهش سربار بسته‌ها، بهبود انتقال اطلاعات مربوط به ازدحام و انتقال برخی پردازش‌های تجمیعی به سوئیچ‌ها، نیازهای شبکه‌های پیشرفته هوش مصنوعی را هدف قرار می‌دهد. این تغییرات به‌ویژه در طراحی شبکه زیرساخت‌هایی اهمیت دارند که در آن‌ها تعداد زیادی پردازنده گرافیکی (GPU) و شتاب‌دهنده باید با تأخیر کم و پهنای باند بالا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در ادامه با بررسی و تحلیل فالنیک همراه باشید.
مهم‌ترین قابلیت‌های استاندارد Ultra Ethernet 1.1
نسخه جدید Ultra Ethernet چند قابلیت مهم را برای بهبود ارتباطات در شبکه‌های مراکز داده معرفی می‌کند:
- پشتیبانی از شبکه‌های Scale-up: بهینه‌سازی ارتباطات کوتاه‌برد میان شتاب‌دهنده‌های پردازشی، مانند GPUهای داخل یک سرور یا گره محاسباتی.
- کاهش سربار بسته‌ها: استفاده از سربرگ اختصاصی و کاهش فاصله بین فریم‌ها برای افزایش بهره‌وری انتقال پیام‌های کوچک.
- عملیات جمعی درون شبکه (INC): انجام عملیات تجمیع داده در سوئیچ شبکه به‌جای پردازش کامل آن‌ها در نقاط پایانی.
- سیگنال‌دهی ازدحام (CSIG): انتقال اطلاعات دقیق‌تر درباره وضعیت ازدحام شبکه به فرستنده.
- مدیریت برنامه‌پذیر ازدحام (PCM): امکان تغییر و توسعه الگوریتم‌های کنترل ازدحام به‌جای اتکا به الگوریتم‌های ثابت کارت شبکه.
- گسترش رابط RDMA Verbs: فراهم کردن امکان دسترسی برنامه‌ها به قابلیت‌های انتقال Ultra Ethernet از طریق توسعه رابط برنامه‌نویسی RDMA.
این قابلیت‌ها برای افزایش بهره‌وری ارتباطات در بارهای کاری توزیع‌شده، به‌ویژه آموزش و اجرای مدل‌های هوش مصنوعی، طراحی شده‌اند.
کارایی استاندارد Ultra Ethernet 1.1 در شبکه‌های Scale-Up
استاندارد Ultra Ethernet 1.1 در شبکه‌های Scale-Up کارایی فوق‌العاده‌ای دارد. بد نیست بدانید که شبکه‌های Scale-up و Scale-out هر دو برای افزایش ظرفیت پردازشی به کار می‌روند، اما دامنه ارتباطی متفاوتی دارند.
شبکه Scale-up ارتباط میان شتاب‌دهنده‌های داخل یک گره محاسباتی را برقرار می‌کند؛ برای مثال ارتباط بین GPUهای یک سرور. این شبکه‌ها اغلب به انتقال پیام‌های کوچک با نرخ بسیار بالا نیاز دارند و سربار هر بسته می‌تواند بر بهره‌وری ارتباطات اثر بگذارد.
اما شبکه Scale-out گره‌های محاسباتی مختلف را در یک خوشه به یکدیگر متصل می‌کند. برای مثال سرورهای مجهز به GPU در یک مرکز داده از طریق شبکه Scale-out با هم ارتباط برقرار می‌کنند تا وظایف محاسباتی بزرگ را به‌صورت توزیع‌شده اجرا کنند.
نسخه 1.1 Ultra Ethernet با اضافه کردن قابلیت‌های ویژه Scale-up، دامنه کاربرد این استاندارد را گسترش می‌دهد و امکان بهینه‌سازی ارتباطات درون گره‌های محاسباتی را نیز فراهم می‌کند. یکی از این قابلیت‌ها، کاهش سربار ارتباطی است. در شبکه‌های Scale-Up تعداد بسته‌ها می‌تواند بسیار زیاد باشد و حتی سربار کوچک هر بسته در مجموع به مصرف قابل‌توجه منابع شبکه منجر شود. اولترا اترنت 1.1 برای حل این مشکل و کاهش سربار ارتباطی در شبکه‌های Scale-Up قابلیت‌های زیر را معرفی کرده است:
1. پروفایل Unified Local برای انتقال ساده‌تر
پروفایل Unified Local یک روش انتقال ساده‌شده برای ارتباطات محلی ارائه می‌کند. در این روش درخواست‌های ارسالی در یک جهت می‌توانند اطلاعات تأیید دریافت در جهت مخالف را نیز حمل کنند. این سازوکار می‌تواند تعداد بسته‌های تأیید دریافت و میزان اطلاعات موردنیاز برای نگهداری وضعیت ارتباط را کاهش دهد.
این پروفایل برای ساختارهای شبکه‌ای بدون اتلاف طراحی شده است که از سازوکارهایی مانند کنترل جریان مبتنی بر اولویت (PFC) یا کنترل جریان مبتنی بر اعتبار (CBFC) استفاده می‌کنند.
2. سربرگ Unified Forwarding برای کاهش حجم سربرگ‌ها
سربرگ Unified Forwarding Header یا UFH یک سربرگ اختیاری است که می‌تواند جایگزین سربرگ جداگانه IP شود. در این روش اطلاعات آدرس‌دهی در سربرگ 12 بایتی MAC اترنت قرار می‌گیرد.
برای مقایسه، سربرگ استاندارد IPv4 به‌تنهایی 20 بایت است. حذف سربرگ مجزای IP در ساختارهای پشتیبانی‌شده می‌تواند فضای اختصاص‌یافته به اطلاعات کنترلی هر بسته را کاهش دهد. همچنین این روش امکان استفاده از یک لینک مشترک برای فریم‌های Ultra Ethernet و فریم‌های استاندارد اترنت را فراهم می‌کند.
3. کاهش فاصله بین فریم‌ها
قابلیت اختیاری کاهش فاصله بیکاری، حداقل فاصله مورد نیاز بین فریم‌ها را کاهش می‌دهد. طبق مشخصات UEC این فاصله از میانگین 84 بایت به مقدار ثابت 80 بایت می‌رسد.
این تغییر ممکن است کوچک به نظر برسد، اما در شبکه‌هایی که تعداد بسیار زیادی بسته کوچک منتقل می‌کنند، کاهش سربار در سطح هر فریم می‌تواند به بهبود بهره‌وری کلی ارتباطات کمک کند.
کنسرسیوم Ultra Ethernet همچنین با پروژه Open Compute Project یا OCP همکاری می‌کند تا فناوری‌های مرتبط با Scale-up در نسخه بعدی مشخصات Ethernet for Scale-up Networking (ESUN) گنجانده شوند.
کنترل ازدحام در استاندارد Ultra Ethernet 1.1 چگونه بهبود یافته است؟
کنترل ازدحام مشخص می‌کند که فرستنده با چه سرعتی داده‌ها را وارد شبکه کند. زمانی که چند فرستنده به‌طور هم‌زمان از یک لینک مشترک استفاده می‌کنند، صف‌های سوئیچ ممکن است پر شوند و بسته‌ها با تأخیر یا ازدست‌رفتن مواجه شوند. در این شرایط فرستنده باید از وضعیت شبکه آگاه شود و سرعت ارسال خود را متناسب با شرایط تنظیم کند.
در نسخه 1.0 استاندارد Ultra Ethernet سازوکارهای کنترل ازدحام تعریف شده بودند؛ اما دو محدودیت همچنان وجود داشت. نخست، اطلاعات مربوط به ازدحام محدود بود. برای مثال نشانگر ECN می‌تواند وقوع ازدحام را با یک بیت مشخص کند، اما محل دقیق ازدحام یا شدت آن را نشان نمی‌دهد. دوم، الگوریتم کنترل ازدحام در کارت شبکه اغلب ثابت است و انعطاف لازم برای سازگاری با بارهای کاری متغیر هوش مصنوعی را ندارد.
استاندارد Ultra Ethernet 1.1 با معرفی دو قابلیت CSIG و PCM به رفع این محدودیت‌ها می‌پردازد.
سیگنال‌دهی ازدحام (CSIG)
قابلیت Congestion Signaling یا CSIG یک برچسب 4 یا 8 بایتی به بسته اضافه می‌کند. سوئیچ‌های مسیر می‌توانند این برچسب را به‌روزرسانی کنند تا اطلاعاتی مانند بیشترین تأخیر صف یا کمترین پهنای باند قابل‌دسترس مشاهده‌شده در مسیر در آن ثبت شود.
سپس گیرنده این مقدار را در پیام تأیید دریافت به فرستنده بازمی‌گرداند. در نتیجه فرستنده می‌تواند از وضعیت نامطلوب شبکه در مسیر آگاه شود و تصمیم دقیق‌تری برای تنظیم نرخ ارسال بگیرد.
در مقایسه با یک نشانگر یک بیتی، CSIG امکان انتقال اطلاعات بیشتری درباره وضعیت ازدحام را فراهم می‌کند؛ هرچند میزان بهبود عملکرد به پیاده‌سازی و شرایط واقعی شبکه نیز بستگی دارد.
مدیریت برنامه‌پذیر ازدحام (PCM)
قابلیت Programmable Congestion Management یا PCM امکان اجرای الگوریتم‌های کنترل ازدحام و متعادل‌سازی بار را به‌صورت برنامه‌های قابل‌بارگذاری روی نقطه پایانی فراهم می‌کند. این رویکرد وابستگی به الگوریتم‌های ثابت در کارت شبکه را کاهش می‌دهد و امکان به‌روزرسانی منطق کنترل ازدحام را فراهم می‌سازد.
دو الگوریتم پایه UEC همچنان در این نسخه حفظ شده‌اند:
- NSCC: کنترل ازدحام مبتنی بر سیگنال شبکه.
- RCCC: کنترل ازدحام مبتنی بر اعتبار گیرنده.
این الگوریتم‌ها می‌توانند از اطلاعات CSIG برای تصمیم‌گیری درباره کنترل نرخ ارسال استفاده کنند.
آقای Tom Emmons، رئیس کمیته مشورتی فنی UEC، توضیح داده است که هدف PCM این است که منطق کنترل ازدحام به الگوریتمی ثابت در کارت شبکه محدود نشود و بتوان آن را از طریق نرم‌افزار پیکربندی کرد. این انعطاف‌پذیری به‌ویژه برای بارهای کاری هوش مصنوعی اهمیت دارد؛ زیرا الگوی ارتباطات آن‌ها ممکن است با تغییر مدل‌ها، اندازه خوشه و نوع پردازش تغییر کند.
عملیات جمعی درون شبکه (INC) چیست و چه مزیتی دارد؟
در بسیاری از بارهای کاری هوش مصنوعی و رایانش با کارایی بالا، وظایف بین تعداد زیادی شتاب‌دهنده تقسیم می‌شوند. این شتاب‌دهنده‌ها باید در مراحل مختلف پردازش داده‌های خود را با یکدیگر ترکیب کنند و نتایج مشترکی به دست آورند.
یکی از نمونه‌های رایج این فرایند عملیات Allreduce است. در این عملیات هر شتاب‌دهنده مقداری را تولید می‌کند، مقادیر با هم ترکیب می‌شوند و نتیجه نهایی به همه اعضای گروه بازگردانده می‌شود.
در روش‌های متداول نقاط پایانی بخش مهمی از تبادل و تجمیع داده را انجام می‌دهند. قابلیت In-Network Collectives یا INC در استاندارد Ultra Ethernet 1.1 این امکان را فراهم می‌کند که سوئیچ بخشی از عملیات تجمیع را مستقیماً در شبکه انجام دهد.
در این سازوکار یک سرویس مدیریتی به نام INC Manager نقاط پایانی را در یک گروه ارتباطی سازمان‌دهی می‌کند. هر نقطه پایانی داده خود را به سوئیچ می‌فرستد. سوئیچ پس از دریافت داده‌های مورد نیاز از همه اعضای گروه عملیات تجمیع را انجام می‌دهد و نتیجه را بازمی‌گرداند.
طبق مثال ارائه‌شده در مشخصات UEC، این روش می‌تواند پهنای باند مورد نیاز برای یک عملیات تجمیع بزرگ را تا نصف کاهش دهد. در این مثال هر نقطه پایانی به‌جای ارسال 2 گیگابایت داده برای تولید یک نتیجه 1 گیگابایتی، تنها 1 گیگابایت ارسال می‌کند.
نکته: این عدد نمونه‌ای از سناریوی مطرح‌شده در مشخصات است و نباید آن را به‌عنوان تضمین کاهش 50 درصدی پهنای باند در تمام شبکه‌ها یا بارهای کاری در نظر گرفت.
الزامات پیاده‌سازی و تولید محصولات سازگار با استاندارد Ultra Ethernet 1.1
کنسرسیوم UEC در نسخه 1.1 اولترا اترنت علاوه بر تعریف قابلیت‌های فنی، جزئیات مورد نیاز برای پیاده‌سازی این استاندارد در محصولات را نیز توسعه داده است. این اقدامات شامل شفاف‌سازی مشخصات، رفع اشکالات، تکمیل قابلیت‌های مدیریتی و فراهم کردن پشتیبانی از آزمون‌های انطباق با استاندارد می‌شود.
در بخش مدیریت، استاندارد Ultra Ethernet 1.1 سازوکاری برای کنترل نقاط پایانی و سوئیچ‌ها تعریف می‌کند. سرورها از مدل داده Redfish و سوئیچ‌ها از مدل داده YANG استفاده می‌کنند. این مدل‌ها به مدیریت و تبادل اطلاعات درباره اجزای زیرساخت کمک می‌کنند.
تولیدکنندگان برای اعلام انطباق محصول با این استاندارد، باید قابلیت‌ها و پروفایل‌های پشتیبانی‌شده را مشخص کنند و آزمون‌های تعریف‌شده در فهرست بررسی UEC را اجرا کنند. اما انتشار مشخصات فنی به‌تنهایی به معنای عرضه گسترده محصولات سازگار یا تضمین همکاری کامل میان تجهیزات تولیدکنندگان مختلف نیست. میزان پشتیبانی واقعی به پیاده‌سازی سخت‌افزاری، نرم‌افزار، میان‌افزار و محصولات عرضه‌شده از سوی شرکت‌های عضو بستگی دارد.
به گفته آقای Emmons، قابلیت‌های نسخه Ultra Ethernet 1.1 به درجاتی از پشتیبانی سخت‌افزاری نیاز دارند؛ بااین‌حال، انتظار می‌رود برخی شرکت‌ها امکان پشتیبانی از این قابلیت‌ها را روی سخت‌افزارهای موجود، از طریق به‌روزرسانی نرم‌افزار و میان‌افزار، فراهم کنند.
استاندارد Ultra Ethernet 1.1 چه اهمیتی برای شبکه‌های هوش مصنوعی دارد؟
گسترش مدل‌های هوش مصنوعی و افزایش تعداد شتاب‌دهنده‌ها در خوشه‌های محاسباتی، فشار بیشتری بر شبکه‌های مراکز داده وارد می‌کند. در چنین زیرساخت‌هایی تنها افزایش پهنای باند کافی نیست؛ نحوه مدیریت ازدحام، سربار انتقال، هماهنگی میان شتاب‌دهنده‌ها و بهره‌وری استفاده از منابع شبکه در سرور هوش مصنوعی نیز اهمیت دارد.
استاندارد Ultra Ethernet 1.1 با تمرکز بر این چالش‌ها، چند مسیر بهبود را دنبال می‌کند: کاهش سربار بسته‌ها در شبکه‌های Scale-up، فراهم کردن اطلاعات دقیق‌تر درباره ازدحام، امکان برنامه‌ریزی الگوریتم‌های کنترل ازدحام و انجام عملیات تجمیع داده درون شبکه.
تأثیر عملی این قابلیت‌ها به نحوه پیاده‌سازی آن‌ها در کارت‌های شبکه، سوئیچ‌ها و نرم‌افزارهای مورد استفاده بستگی دارد. سازمان‌هایی که در حال طراحی یا توسعه زیرساخت‌های هوش مصنوعی و HPC هستند، باید علاوه بر مشخصات استاندارد، سازگاری تجهیزات، پشتیبانی تولیدکنندگان و عملکرد واقعی راهکار را نیز ارزیابی کنند. متخصصان شبکه فالنیک آماده هستند تا با ارائه راهکارهای مبتنی بر فناوری‌های روز دنیا، به شما در طراحی شبکه‌های آینده‌محور کمک کنند.
