中國(guó)移動(dòng)程偉強(qiáng)：基于GSE構(gòu)建高帶寬、高性能、高可靠、高安全的智算中心網(wǎng)絡(luò)

5月25日消息（九九）5月23日，2024中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展論壇的第四場(chǎng)線上論壇——“AI時(shí)代：數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)技術(shù)新趨勢(shì)”順利舉行。論壇邀請(qǐng)電信運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商、云計(jì)算廠商、模塊芯片商、科研院所、業(yè)內(nèi)專家共聚一堂，圍繞熱點(diǎn)話題深入探討光互聯(lián)和全光交換的應(yīng)用及其面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

中國(guó)移動(dòng)研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所副所長(zhǎng)程偉強(qiáng)在主題演講中表示，全球智能算力需求快速增長(zhǎng)，亟需構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、技術(shù)領(lǐng)先、軟硬協(xié)同、兼容開(kāi)放的新型智算中心（NICC）技術(shù)體系。其中，智算中心網(wǎng)絡(luò)用于連接CPU、GPU、內(nèi)存等池化異構(gòu)算力資源，貫穿數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)全流程，網(wǎng)絡(luò)性能增強(qiáng)對(duì)提升智算中心整體算力水平具有關(guān)鍵意義。

程偉強(qiáng)介紹，當(dāng)前業(yè)界智算中心高性能網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新主要分為兩個(gè)方向，一是基于現(xiàn)有以太網(wǎng)優(yōu)化，二是革新底層以太網(wǎng)方案。中國(guó)公司主導(dǎo)的全調(diào)度以太網(wǎng)（GSE）和美國(guó)公司主導(dǎo)的超級(jí)以太網(wǎng)（UE）都以革新以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制作為核心，并進(jìn)一步優(yōu)化各層協(xié)議棧，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)芯片底層邏輯架構(gòu)支持，突破無(wú)損以太性能瓶頸。

程偉強(qiáng)進(jìn)一步介紹，全調(diào)度以太網(wǎng)（GSE）技術(shù)體系能夠最大限度兼容以太網(wǎng)生態(tài)，從四層（物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層）+一體（管理和運(yùn)維體系）等幾個(gè)層級(jí)進(jìn)行優(yōu)化和增強(qiáng)，構(gòu)建無(wú)阻塞、高帶寬、低時(shí)延的新型智算中心網(wǎng)絡(luò)，形成標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的技術(shù)體系，助力AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

當(dāng)前，基于GSE的以太網(wǎng)技術(shù)路線逐漸形成產(chǎn)業(yè)共識(shí)，高帶寬、高性能、高可靠、高安全的以太網(wǎng)助力智算中心互聯(lián)，提升智算中心網(wǎng)絡(luò)性能和整體算力水平。

在高帶寬方面，AIGC推動(dòng)B400G技術(shù)發(fā)展，800GE將成為智算中心組網(wǎng)的重要代際節(jié)點(diǎn)。IEEE 800G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展順利，802.3df（8x100G）已發(fā)布，802.3dj（4x200G和800G相干）在快速推動(dòng)。中國(guó)移動(dòng)專家積極貢獻(xiàn)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)了20km、40km、80km互通和共平臺(tái)，并主導(dǎo)完成800GE 20km Objective立項(xiàng)，是中國(guó)公司專家在IEEE的首個(gè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。

1.6Tb/s標(biāo)準(zhǔn)制定也已啟動(dòng)，業(yè)界開(kāi)始積極布局。802.3dj重點(diǎn)關(guān)注1.6TE短距光標(biāo)準(zhǔn)，PCS/FEC方案已確定，1.6TBASE-DR8（500m）和1.6TBASE-DR8-2（2km）光接口基礎(chǔ)參數(shù)已確定；OIF已領(lǐng)跑1.6T相干，同步開(kāi)展互操作的1600ZR和1600ZR+標(biāo)準(zhǔn)化，降低成本并加強(qiáng)行業(yè)間的協(xié)作，產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)明朗。

在高性能方面，GSE創(chuàng)新以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，基于三大核心機(jī)制轉(zhuǎn)變：從“流”分發(fā)到“報(bào)文”分發(fā)、從“盲發(fā)+被動(dòng)控制”到“感知+主動(dòng)控制”、從“局部”決策到“全局”調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高精度負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)層原生無(wú)損及低延遲。

程偉強(qiáng)指出，采用GSE分發(fā)技術(shù)后，有個(gè)特別的優(yōu)勢(shì)是，用相對(duì)小容量的交換芯片，構(gòu)建更大的GPU集群。因?yàn)镚SE采用了報(bào)文容器分發(fā)機(jī)制，對(duì)leaf上行端口速率需求降低，同等芯片容量下，leaf上行口的端口速率越小，組網(wǎng)規(guī)模越大，負(fù)載分擔(dān)鏈路更加散列，包均衡能力更優(yōu)，更適配國(guó)產(chǎn)芯片大規(guī)模組網(wǎng)需求。以12.8T交換芯片構(gòu)建H100 GPU集群為例，

若采用傳統(tǒng)RoCE組網(wǎng)，Spine交換機(jī)和Leaf交換機(jī)之間需要采用400GE接口互聯(lián)，算力集群的最大規(guī)模僅能達(dá)到512張GPU卡；若采用GSE組網(wǎng)，Spine交換機(jī)和Leaf交換機(jī)之間用100GE接口互聯(lián)即可，算力集群的最大規(guī)模能夠達(dá)到2048張GPU卡。也就是說(shuō)，GSE用同樣大小的交換芯片可以組出4倍于RoCE網(wǎng)絡(luò)的集群，這個(gè)對(duì)于國(guó)內(nèi)交換芯片相對(duì)落后的情況尤其重要。

程偉強(qiáng)進(jìn)一步介紹了全調(diào)度以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展：超大規(guī)模，極致的鏈路負(fù)載，同等芯片容量，GSE網(wǎng)絡(luò)可支持更大集群規(guī)模；超高性能，GSE網(wǎng)絡(luò)較RoCE網(wǎng)絡(luò)性能提升30%，提升大模型訓(xùn)練效率；超高可用，集中控制統(tǒng)一納管，高精度監(jiān)控“135”故障處理，保證集群可用性。目前，GSE推進(jìn)計(jì)劃已經(jīng)有40余家合作伙伴，多個(gè)GSE的芯片項(xiàng)目已經(jīng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

在高可靠方面，AI大模型網(wǎng)絡(luò)集群規(guī)模已達(dá)到萬(wàn)卡級(jí)別，模型訓(xùn)練耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。鏈路異常導(dǎo)致訓(xùn)練中斷，造成算力的浪費(fèi)與成本的增加；萬(wàn)卡集群端口數(shù)超過(guò)幾萬(wàn)，線路故障不可避免。來(lái)自相關(guān)廠商統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，光鏈路異常頻發(fā)，故障率約為0.1%~0.2%，平均每周近1起鏈路閃斷類告警。

程偉強(qiáng)強(qiáng)調(diào)，團(tuán)隊(duì)正在發(fā)展FlexLane技術(shù)，這是基于以太網(wǎng)物理層彈性通道的高可靠保障技術(shù)。當(dāng)物理層檢測(cè)到lane故障后進(jìn)行快速故障隔離，可以有效減少大模型訓(xùn)練因模塊故障而重新load check piont的幾率，在智算中心場(chǎng)景有很好應(yīng)用前景。

在高安全方面，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全方案無(wú)法滿足智算中心網(wǎng)絡(luò)需求，IPSec、MACSec等安全方案應(yīng)用于智算網(wǎng)絡(luò)時(shí)，難以兼容存量設(shè)備，無(wú)法覆蓋所有數(shù)據(jù)報(bào)文，引入較長(zhǎng)處理時(shí)延，增加大量封裝開(kāi)銷，影響AI算效。

程偉強(qiáng)介紹，中國(guó)移動(dòng)提出的以太網(wǎng)物理層安全（PHYSec）架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，具有四大特點(diǎn)：一是協(xié)議透明，全加密。在物理層對(duì)比特流加密，保護(hù)所有幀頭部，掩蓋幀長(zhǎng)度、幀發(fā)送頻率。二是隨流安全，低時(shí)延。隨流加密，解密時(shí)延全掩蓋（~20ns），對(duì)AI訓(xùn)練或推理基本無(wú)影響。三是不占帶寬，低開(kāi)銷。基于物理層原生機(jī)制承載協(xié)議，不占用用戶帶寬。四是兼容存量，易部署。可基于PHY芯片或光模塊DSP芯片實(shí)現(xiàn)，安全可插拔，支持存量網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)。

演講的最后，程偉強(qiáng)表示，歡迎大家加入GSE推進(jìn)計(jì)劃，共同推動(dòng)中國(guó)智算中心網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建AI網(wǎng)絡(luò)的中國(guó)方案。

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