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在 AI 与高性能计算（HPC）需求急剧攀升的背景下，数据中心互连技术的重要性愈发凸显。
新思科技（Synopsys）在AI计算领域再度发力，于美国加州当地时间12月11日发布了Ultra Ethernet和UALink IP解决方案。
此举旨在对标英伟达的InfiniBand与NVLink技术，提出了更为开放的AI加速器互联方案，得到了微软、Meta、AMD、英特尔等行业巨头的支持。
这两大方案的推出不仅标志着新一代高性能计算（HPC）和人工智能（AI）基础设施的崭新生态，还预示着开放协议逐渐取代封闭协议的行业趋势。
本文将深入分析Ultra Ethernet和UALink IP方案的创新意义及其对AI计算和互联技术的深远影响。
Part 1
Ultra Ethernet 和 UALink IP 方案的创新与趋势分析
● 什么是Ultra Ethernet和UALink IP？
Ultra Ethernet与UALink分别针对AI加速器集群的Scale Out（横向扩展）和Scale Up（纵向扩展）互联需求。
前者致力于通过以太网协议实现万级以上服务器间的高速连接，支持高达100万个端点，单端口带宽达1.6Tbps。后者则针对POD单元内的超节点连接，每个通道支持200Gbps，最多支持1024个AI加速器。
两者均采用开放标准，通过包含控制器、PHY和验证IP的整体解决方案提供高带宽、低延迟的性能。
◎ Ultra Ethernet IP 解决方案：支持横向扩展至 100 万个端点，带宽可达 1.6 Tbps，包含经过芯片验证的 224G 以太网 PHY。
其在传输层有显著改变，如引入 LLR（Link Level Retry）协议实现无损传输；物理层支持更高速率并可选支持物理层性能指标统计功能；网络层依然基于 IP 协议；软件 API 层提供 UEC 扩展的 Libfabrics 2.0。
这些创新使得它在大规模集群互连时能有效处理网络尾延迟问题，通过允许乱序数据包传输与低层智能重传机制结合，减少 AI 处理器停顿，提升资源利用率与效率。
◎ UALink IP 解决方案：专为数据密集型 AI 工作负载设计，每个通道均可支持到 200Gbps，可实现多达 1024 个 AI 加速器的 POD 系统内部连接。
它定义了创新的 I/O 架构，具备高性能内存语义访问原生支持，可实现显存共享、支持 Switch 组网模式以及超高带宽和超低时延能力，在性能和 GPU 互连规模上超越 Nvidia NVLink 技术，且在加速器、交换芯片、Retimer 等互连技术上保持中立。
与英伟达的 InfiniBand 和 NVLink 私有协议不同，Ultra Ethernet 和 UALink 属于开放标准协议。
这一特性吸引了微软、Meta、AMD、英特尔等众多重要企业支持，众多国内企业如阿里云、百度等也纷纷加入相关联盟。
开放协议的优势在于能包容更多玩家，促进方案的灵活性与多样性，随着更多参与者加入，互连技术的进化速度将加快，协议标准也会趋于统一。
● 变化驱动：为何需要更开放的互联方案？
随着 AI 模型规模不断增大，如模型大小每四到六个月就翻一番，对计算资源和数据传输的要求也随之急剧增加。
传统的互连技术在带宽、延迟和可扩展性方面逐渐难以满足需求。
Ultra Ethernet 和 UALink IP 解决方案旨在提供更高的带宽、更低的延迟以及更强的扩展性，以适应大规模 AI 加速器集群的高效互联，从而提升整个 AI 计算基础设施的性能，满足如运行大型语言模型（如 Llama 3 及其后续产品）时在 AI 集群内外移动大量数据的互连需求。
◎ 市场需求的爆炸式增长：生成式AI和大模型（如ChatGPT）掀起了AI训练需求的浪潮，对算力和互联技术提出了前所未有的高要求。传统封闭式协议如英伟达的InfiniBand和NVLink尽管性能卓越，却因技术封闭和客户锁定问题受到限制。
◎ 开放协议的行业趋势：UEC（Ultra Ethernet Consortium）和UALink联盟的相继成立，反映出行业对开放生态系统的强烈诉求。这不仅能够引入更多玩家参与技术演进，还能打破技术垄断，增强产业链韧性。
◎ 技术复杂度的提升：AI加速器集群的扩展已从传统的业务网络互联（业务逻辑）转向对Scale Out和Scale Up网络性能的全面优化。
Ultra Ethernet通过引入LLR协议和改进传输层，解决了以太网尾延迟问题。而UALink则通过更高的带宽和低延迟，超越NVLink的性能极限，满足下一代AI服务器的需求。
打破英伟达在互连技术领域的封闭格局，构建一个开放、互操作的生态系统。
在这个生态系统中，不同的硬件厂商、软件开发商、云服务提供商等可以更加自由地进行技术创新与合作，避免因单一厂商垄断而带来的技术演进受限和产业链韧性降低的问题。
例如，UALink 联盟的成立使得 Broadcom 等公司可以制作 UALink 交换机，在多家公司的加速器中使用，促进了整个行业的技术共享与协同发展。
● 核心要素总结
◎ 开放性：支持广泛的硬件和软件互操作性，避免厂商锁定。
◎ 高性能：低至10微秒的延迟、1.6Tbps的带宽及200Gbps/通道的传输能力。
◎ 扩展性：支持大规模端点互联，适配未来超大规模AI计算架构。
◎ 灵活性：通过开放标准和联盟推进，形成适应多样化应用场景的生态系统。
Part 2
技术与市场拓展：开放协议的未来潜力
行业从封闭的专有互连协议逐渐走向开放标准协议。
◎ 以往英伟达的 InfiniBand 和 NVLink 虽性能强劲，但因其封闭性限制了技术的广泛应用与持续优化，且将客户 “套牢” 在其生态中。
◎ 而 Ultra Ethernet 和 UALink 开放标准协议的出现，获得众多企业支持，反映出行业对开放生态的渴望与需求，未来数据中心互连技术将更倾向于开放合作，以实现资源共享与技术创新的最大化。
在技术层面呈现融合趋势。
◎ 例如超以太网（Ultra Ethernet）在传统以太网基础上进行多层面改进，融合了新的传输层协议、链路层技术等，以满足大规模 AI 和 HPC 对网络的特殊需求；
◎ UALink 则融合了高性能内存访问、低延迟传输、多加速器互连等多种功能于一体，为 AI 服务器 Scale UP 互连提供一站式解决方案。
这种融合趋势将推动数据中心互连技术朝着更高效、更智能的方向发展，以适应复杂多变的 AI 和 HPC 应用场景。
Synopsys推出这两大解决方案的核心目标是推动开放协议在AI互联领域的普及。这一举措不仅有助于其在互联IP市场中抢占更多份额，还通过开放标准吸引行业广泛支持，从而加速技术和市场的双向演进。
Ultra Ethernet和UALink的开放性使其可以吸引更多参与者，如芯片厂商、云计算企业和AI开发者，共同构建开放的技术生态。随着标准化的推进，更多硬件和软件厂商可以围绕该协议开发产品，加速整个产业链的发展。
英伟达通过InfiniBand和NVLink占据了现有AI集群互联市场的主导地位，但其封闭特性和较高成本为竞争对手提供了机会。Synopsys方案的开放性和性能优势，有望成为其客户摆脱单一供应商依赖的有效替代方案。
对中国企业而言，开放协议的推广意味着更大的自主发展空间。通过参与UEC和UALink联盟，中国厂商有机会在AI集群互联领域缩小与国际技术水平的差距，同时增强本地产业链的独立性。
随着 Ultra Ethernet 和 UALink 技术的发展以及相关标准的不断完善，未来数据中心互连技术将持续演进。
◎ 在带宽方面，可能会进一步提升，以满足不断增长的 AI 数据传输需求；
◎ 在延迟方面，将继续优化，以提高 AI 计算的实时性；
◎ 在可扩展性方面，将支持更大规模的 AI 加速器集群互联，适应未来超大规模 AI 数据中心的建设需求。
基于 Ultra Ethernet 和 UALink 的开放生态系统将日益繁荣。更多的企业将在这个生态系统中进行技术创新、产品研发和市场推广。
◎ 例如，芯片制造商将开发出更多兼容 Ultra Ethernet 和 UALink 的芯片产品；系统集成商将构建出更高效、更灵活的 AI 计算系统；
◎ 软件开发商将针对这些互连技术开发出更优化的软件应用，从而形成一个完整的、充满活力的产业链生态，推动整个 AI 和 HPC 行业的快速发展。
小结
Ultra Ethernet和UALink IP解决方案，代表着AI集群互联领域迈向开放和高效的新阶段，在开放协议逐渐成为主流的背景下，一个更加多元化、互操作性更强的AI计算生态在慢慢形成。
对于英伟达而言，这也是一个重新审视其封闭策略的契机。而在这场竞争与合作交织的技术变革中，创新和开发会是主旋律。
原文标题 : Ultra Ethernet 和 UALink IP 解决方案：开启数据中心互连新篇