Constatant que la loi de Moore atteind ses limites, Mellanox propose des alternatives pour améliorer les performances des data center à travers les connecteurs Ethernet de haute capacité. Le data center sera-t-il le moteur de la nouvelle économie numérique basée sur les données ?

Ajouter plus de serveurs basés sur des CPU toujours plus puissantes n’est plus la solution pour permettre aux data center de répondre à des charges de travail en croissance exponentielle. En effet, non seulement les échanges de données augmentent de Data center à Data center, mais aussi à l’intérieur même des data centers, de noeud à noeud. IDC estime qu’en 2020, le nombre de transactions professionnelles sur Internet atteindra 450 milliards par jours, sachant que sans arrêt, plus de 5 milliards de personnes appellent, tweetent, textent et recherchent sur leur téléphone. Wikion estime que la production de données sera 44 fois plus importante en 2020 qu’en 2009…

La pression sur les infrastructures IT et les Data centers est donc énorme…

Une enquête menée par Futuriom aupres de 200 responsables de grandes entreprises américaines, chinoises et anglaises utisateurs ou fournisseurs de data centers, montre que le Data center doit se reinvente au fur et à mesure qu’il pénètre dans l’entreprise pour répondre à de nouvelles contraintes. Pour Scott Raynovitch de Futuriom, « dans le fonctionnement des data centers aujourd’hui, la part laissée aux échanges avec les utilisateurs est de 14% alors que 71% est dédié à des échanges à l’intérieur du data center et cette part continue d’augmenter. Cela signifie que le réseau est le goulot d’étranglement ». Pour cela, de nouvelles démarches cherchent à utiliser et mixer des technologies innovantes au dela de celles qui étaient traditionnellement utilisées par les géants du cloud.

Innover pour dégager le cœur du data center des tâches de fonctionnement

Mellanox, une société Israelienne fournisseur de réseaux Ethernet haute capacité (25, 100, 400G) de bout en bout, de solutions d’interconnect intelligent pour Infiniband et de services pour les infrastructures hyperconvergées a adapté des techniques utilisées depuis longtemps dans le HPC (hight performance computing) aux NIC Ethernet classiques. « Il faut effectuer un changement de paradigme explique Kevin Deierling, VP Marketing de Mellanox. « Il existe de grandes réserves de créativité dans les interconnects intelligents, et le réseau intelligent est la clé de l’efficacité des Data centers pour décharger les CPU d’une grande partie de leur charge ». Il précise : « Le cœur fait tourner SDX (c’est-à- dire le SDN, le SDS, la sécurité…) et cela réduit considérablement la disponibilité du système pour les utilisateurs… »

Le Smart NIC permet d’alléger le travail des CPU

En effet, dans l’enquête de Futuriom, il apparait que l‘amélioration de l’efficacité des réseaux existants soit la plus forte demande des utilisateurs plutôt que l’ajout de nouveaux serveurs ou l’augmentation de la bande passante. Cette approche répond à une volonté de maitrise des investissements dans les entreprises et à une meilleure utilisation des dépenses d’exploitation.

Les attentes des utilisateurs de data centers

Les Smart NIC sont une nouvelle forme d’interconnexion intelligente qui permet d’améliorer la communication entre les éléments et de décharger les CPU d’une grande partie de leur travail de gestion des requêtes sur le réseau.  Selon l’enquête, l’utilisation des Smart NIC est un facteur important qui permet d’accroitre l’efficacité de la virtualisation (VM) et des containers, de la virtualisation du stockage Flash, de mieux identifier et stopper les risques de sécurité et d’améliorer les infrastructures hyperconvergées.

Les Smart NIC étaient, à leur début, réalisés au moyen de FPGA (Field Programmable Gate Arrays) conçus pour recevoir une programmation localisée qui peut ensuite être facilement mise à jour sur place une fois installée. Très coûteux, les FPGA ont l’avantage de fournir des NIC qui s’adaptent à chaque situation spécifique, notamment en matière de sécurité et répondre à chaque adresse IP locale sous contrôle et filtrer les paquets qui circulent. Mellanox a développé une nouvelle catégorie de Smart NIC (connecteurs Ethernet) qui contient plusieurs fonctionnalités nouvelles pour un prix de quelques centaines de dollars ; on compte un Firewall, des switches de niveaux 2 et 3, des techniques d’accélération et offrent une meilleure visibilité sur le réseau pour du management à distance. L’avantage de ces SmartNIC est de réaliser ces fonctions sans utiliser de temps CPU qui se trouve libéré pour d’autres tâches.

Les réseaux Ethernet intelligents, plus rapides, moins consommateurs de temps CPU

Parmi les techniques utilisées par Mellanox se trouve le DPDK (Data Plane Devlopment Kit), une librairie de drivers et de data plane qui permettent, pour un environnement spécifique, de crée des API afin accélérer le traitement des paquets de données pour certaines applications plus particulièrement utilisées dans cet environnement. Cette technologie Open Source qui permet de mettre facilement en place des politiques locales diverses a été développée dans le cadre de la Linux Foundation. Une autre technique appelée ASAP2 (Accelerated Switch and Packet Processing) qui permet de « scaler » le développement de Virtual Machines. Le switch virtuel le plus souvent utilisé est OVS (OpenvSwitch) qui virtualise les serveurs multiples et supporte les nombreux protocoles et standards des réseaux. Cependant OVS offre des performances médiocres en entrée/sortie, il ne permet pas de contrôler les performances des applications et il est très gourmand en CPU. L’implémentation ASAP2 de Mellanox, grâce à un moteur de programmation et des processus d’optimisation intelligents serveur/stockage/réseau n’utilise pas de temps CPU et offre une amélioration des performances d’un facteur 10 sur OVS.

Améliorer la virtualisation pour augmenter l’efficacité des Data centers

Enfin RoCE (Remote direct memory access Converged over Ethernet) permet l’utilisation de l’Intelligence artificielle et des analytics sur Ethernet. L’adaptateur Ethernet, doté de modules intelligents peut ainsi court-circuiter le kernel (CPU) en allant directement chercher des données dans les buffers d’applications et permettant la pleine utilisation des stockages performants de type MVNe.

Au centre d’intenses opérations de séduction

« Notre différenciation par rapport à nos concurrents porte sur la manière dont nous intégrons l’intelligence sur nos connecteurs précise Kevin Deierling, sachant que nous utilisons des technologies Open Source. Nous avons déjà des chips en technologie 16 nanomètres poursuit-il, et nous seront bientôt à 7 nanomètres. » Bien que le marché des Smart NIC soit encore à un stade émergeant, Mellanox, après avoir éconduit Marvell l’année dernière, est aujourd’hui au centre d’une série de propositions de rachat qui ont été officiellement formulées par Intel et Xilink et non officiellement par Microsoft, Broadcom et quelques autres grands acteurs du Cloud.  Pour Intel, l’opération permettrait de renforcer son monopole sur les connecteurs Ethernet, restant quasiment seul sur ce secteur face à Broadcom. Ce dernier pourrait aussi tenter de se consoler de ne pas avoir pu acquérir Qualcomm l’année dernière…