Los cuellos de botella de la red de agrupaciones de formación en IA: las soluciones de Mellanox

Análisis de la Industria: A medida que los modelos de inteligencia artificial crecen exponencialmente en complejidad, la infraestructura de red se ha convertido en el cuello de botella crítico en los clústeres de entrenamiento a gran escala. La redes de IA moderna exige un ancho de banda sin precedentes y una latencia a nivel de microsegundos para mantener miles de GPU sincronizadas de manera eficiente. Este artículo examina cómo las soluciones InfiniBand y Ethernet de Mellanox proporcionan la esencial tecnología de interconexión de baja latencia necesaria para eliminar la sobrecarga de comunicación y maximizar la productividad en las implementaciones masivas de clústeres de GPU.

El cambio hacia modelos de billones de parámetros ha transformado el entrenamiento de IA de un problema limitado por la computación a un problema limitado por la comunicación. En entornos de clústeres de GPU a gran escala, el tiempo dedicado a la comunicación entre nodos durante el entrenamiento distribuido puede consumir más del 50% del tiempo total del ciclo. Las redes Ethernet tradicionales introducen una latencia y congestión significativas, lo que hace que las GPU costosas permanezcan inactivas mientras esperan actualizaciones de gradiente y sincronización de parámetros. Esta sobrecarga de comunicación representa el mayor impedimento para lograr una eficiencia de escalado óptima en la infraestructura de redes de IA, lo que impacta directamente en el tiempo de solución y el costo total de propiedad.

Mellanox aborda estos desafíos a través de un enfoque holístico de las redes de IA, combinando innovaciones de hardware y software diseñadas específicamente para entornos de computación de alto rendimiento. La pila de soluciones incluye adaptadores InfiniBand, conmutadores Ethernet Spectrum y tecnologías avanzadas de redes definidas por software que trabajan en conjunto para eliminar los cuellos de botella.

• Tecnología InfiniBand HDR: Ofrece un ancho de banda de 200 Gb/s por puerto con una latencia de conmutación inferior a 600 nanosegundos, proporcionando la mejor interconexión de baja latencia para cargas de trabajo de entrenamiento intensivas en sincronización.
• Computación en Red SHARP: Tecnología revolucionaria que descarga las operaciones colectivas (All-Reduce, All-Gather) en los conmutadores de red, reduciendo el tiempo de comunicación de la GPU hasta en un 50%.
• Enrutamiento Adaptativo: Equilibra dinámicamente el tráfico a través de múltiples rutas para evitar puntos críticos y congestión, garantizando un rendimiento constante durante los períodos de comunicación pico.
• Tecnología GPUDirect: Permite el acceso directo a la memoria entre las GPU de diferentes servidores, evitando la participación de la CPU y reduciendo la latencia de comunicación.

La implementación de la infraestructura de redes de IA optimizada de Mellanox ofrece ganancias de rendimiento medibles en varios tamaños de clúster y arquitecturas de modelos.

Estas mejoras se traducen directamente en valor comercial: iteración de modelos más rápida, costos de infraestructura reducidos y la capacidad de abordar problemas más complejos dentro de las mismas limitaciones de tiempo.

Una organización líder en investigación de IA implementó la solución HDR InfiniBand de Mellanox para su clúster de 2048 GPU para entrenar modelos de lenguaje masivos. La interconexión de baja latencia les permitió lograr una eficiencia de escalado del 93%, reduciendo el tiempo de entrenamiento para un modelo de 175 mil millones de parámetros de 42 días a solo 19 días. Los mecanismos avanzados de control de congestión de la solución eliminaron la pérdida de paquetes durante las fases de comunicación de todos a todos, manteniendo un rendimiento constante durante todo el proceso de entrenamiento extendido.

A medida que los modelos de IA continúan creciendo en tamaño y complejidad, las demandas en la infraestructura de redes de IA solo se intensificarán. La hoja de ruta de Mellanox incluye tecnologías 400G NDR InfiniBand y 800G Ethernet, lo que garantiza que el ancho de banda de la red continuará superando las demandas computacionales. El compromiso de la empresa con la innovación de la interconexión de baja latencia proporciona un camino claro para que las organizaciones escalen sus implementaciones de clústeres de GPU sin encontrar limitaciones de red.

En la carrera por desarrollar capacidades avanzadas de IA, el rendimiento de la red se ha convertido en un diferenciador crítico. Las soluciones integrales de redes de IA de Mellanox transforman la red de un cuello de botella en una ventaja estratégica, lo que permite a las organizaciones maximizar el retorno de sus inversiones en GPU y acelerar la innovación. Para cualquier empresa seria sobre la IA, invertir en una infraestructura de red optimizada ya no es opcional, es esencial para la ventaja competitiva.