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近日，博通發(fā)布了高性能交換芯片，宣布開始出貨Tomahawk 6 系列交換機，并將其稱為“全球首款 102.4Tbps 交換機”。國外科技網(wǎng)站All About Circuits 采訪了博通數(shù)據(jù)中心交換機產(chǎn)品線經(jīng)理皮特·德爾·維奇奧（Pete Del Vecchio），以便更直接地了解這款產(chǎn)品。 

Tomahawk 6——102.5 Tbps 交換芯片

隨著AI 工作負載持續(xù)突破數(shù)據(jù)中心邊界，博通報告稱，計劃于 2025 年部署的每一個大規(guī)模 AI 網(wǎng)絡都將采用基于以太網(wǎng)的架構(gòu)，而非 InfiniBand。 

德爾·維奇奧表示：“回顧過去一年半到兩年間的情況，從 InfiniBand 到以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)變十分顯著。如今，最大的 AI 集群正在采用以太網(wǎng)部署，其性能可與 InfiniBand 相媲美，甚至更優(yōu)。” 

在此背景下，博通的Tomahawk 6 是一款 102.4 Tbps 交換芯片，旨在鞏固以太網(wǎng)作為超大規(guī)模 AI 集群統(tǒng)一架構(gòu)的地位。 

Tomahawk 6-100G（左）與 Tomahawk 6-200G（右） 

Tomahawk 6 在前代產(chǎn)品（即 Tomahawk 5 的 51.2 Tbps）的基礎(chǔ)上進行了升級，并融入了專為 AI 驅(qū)動通信模式設(shè)計的新功能。此次升級的核心在于支持 100G 和 200G PAM4 串行器/解串器（SerDes），包括 1024 條 100G 通道或 512 條 200G 通道的選項，并提供電可插拔和共封裝光學模塊。這種靈活性使系統(tǒng)架構(gòu)師無需更改核心芯片，即可為傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和前沿光學拓撲結(jié)構(gòu)調(diào)整互連配置。 

支持規(guī)模擴展與橫向擴展的AI 工作負載

博通在設(shè)計Tomahawk 6 時，明確旨在滿足 AI 基礎(chǔ)設(shè)施中規(guī)模擴展和橫向擴展網(wǎng)絡的不同需求。規(guī)模擴展互連將緊密耦合計算節(jié)點內(nèi)的擴展處理單元（XPU）連接起來，以實現(xiàn)高吞吐量內(nèi)存訪問和低延遲模型并行。為此，Tomahawk 6 在規(guī)模擴展域中支持多達 512 個 XPU 的單跳連接，其規(guī)模是現(xiàn)有解決方案的七倍多。 

通過集成博通的規(guī)模擴展以太網(wǎng)（SUE）框架，該芯片支持通過標準以太網(wǎng)在 XPU 之間進行基于內(nèi)存語義的通信，從而減少對 NVLink 等專有互連的依賴。在解釋 Tomahawk 6 規(guī)模擴展支持的設(shè)計理念時，德爾·維奇奧表示：“使用 Tomahawk 6，你可以擴展至 512 個 GPU 或 XPU……出于延遲原因，以及通信和擁塞管理方面的考慮，你希望實現(xiàn)單跳，即僅通過一個交換機跳轉(zhuǎn)。”

Tomahawk 6 支持開放的規(guī)模擴展以太網(wǎng) 

在橫向擴展部署中，該交換機提供了構(gòu)建扁平化兩層拓撲所需的帶寬和端口密度，每個集群可支持100,000 個或更多 XPU。而端口速度較低的競爭性交換機則需要三層拓撲才能達到相同的覆蓋范圍，這會導致光學模塊數(shù)量增加 67%，由于額外的跳轉(zhuǎn)而增加延遲，以及網(wǎng)絡功耗大約翻倍。Tomahawk 6 的 102.4 Tbps 帶寬支持使用更少組件構(gòu)建大型 Clos 架構(gòu)，從而降低基礎(chǔ)設(shè)施開銷和總擁有成本。 

全負載下的Cognitive Routing與負載均衡

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心交換機通常在70% 以下的利用率下運行，以緩解擁塞并減少尾部延遲。然而，AI 網(wǎng)絡必須將架構(gòu)利用率提高到 90% 以上，以滿足大規(guī)模模型訓練和推理的需求。為了在這種高強度下保持性能，Tomahawk 6 集成了博通的下一代自適應路由和遙測套件——Cognitive Routing 2.0。 

該交換機利用全網(wǎng)智能，根據(jù)實時擁塞指標動態(tài)重新平衡流量。與靜態(tài)等價多路徑（ECMP）路由或基于哈希的方案相比，Tomahawk 6 在全局了解路徑擁塞情況的基礎(chǔ)上進行出站鏈路選擇。在實際應用中，這可在負載下實現(xiàn)高達 50% 的吞吐量提升，且對鏈路故障的響應時間比標準以太網(wǎng)故障轉(zhuǎn)移機制快 10,000 倍。該系統(tǒng)可將活躍流量從性能下降的路徑中轉(zhuǎn)移出去，并可修剪和重傳擁塞的數(shù)據(jù)包，以在不中斷的情況下保持性能。 

博通Cognitive Routing 2.0

節(jié)能光學與靈活互連

功率密度限制仍然是超大規(guī)模AI 集群擴展的一個關(guān)鍵因素。在當今的 AI 數(shù)據(jù)中心中，光學模塊占網(wǎng)絡功耗的比例高達 70%。Tomahawk 6 通過實現(xiàn)原本需要三層設(shè)計的兩層架構(gòu)來緩解這一問題。可插拔光學模塊和共封裝光學模塊（CPO）變體的可用性，使運營商能夠進一步控制熱包絡。對此，德爾·維奇奧解釋道： 

“如果你需要使用其他技術(shù)，就無法在兩層架構(gòu)中連接這些 GPU。你將不得不采用三層網(wǎng)絡架構(gòu)。最終，你將使用 67% 更多的光學模塊，且網(wǎng)絡功耗幾乎翻倍。” 

博通的CPO 選項借鑒了前幾代 Tomahawk 的經(jīng)驗，提供了更低的功耗和更少的鏈路抖動。該芯片還支持擴展距離的直連銅纜（DAC）和被動背板連接，利用了博通的 SerDes 設(shè)計，該設(shè)計在 200G PAM4 下可實現(xiàn)超過 45 dB 的信道覆蓋范圍。這些功能使超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心能夠在不犧牲端口覆蓋范圍或無需高功耗、基于數(shù)字信號處理器（DSP）的光學模塊的情況下，部署高密度、低功耗的交換機互連。 

面向AI 基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一開放平臺

最終，博通將Tomahawk 6 定位為垂直整合以太網(wǎng)平臺的一部分，該平臺涵蓋交換機、網(wǎng)絡接口卡（NIC）、光學模塊和軟件。該交換機本身可與博通的 Thor NIC 和 NIC 芯片組互操作，這些芯片組可集成到 XPU 中，以實現(xiàn)靈活的端點調(diào)度。它還符合超以太網(wǎng)聯(lián)盟（Ultra Ethernet Consortium）的規(guī)范，可與開源擁塞管理、遙測標準和 AI 模型傳輸協(xié)議兼容。 

這種開放標準導向有助于希望優(yōu)化XPU 通用性的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。無論接口是用于規(guī)模擴展還是橫向擴展網(wǎng)絡，運營商都可以根據(jù)工作負載需求動態(tài)重新配置它。綜合考慮，這種靈活性減少了硬件的分散性，使云提供商能夠優(yōu)化 GPU 分配，而無需鎖定到特定的互連角色或拓撲結(jié)構(gòu)中。 

行業(yè)展望

在AI 模型復雜性和硬件加速需求呈指數(shù)級增長的環(huán)境下，博通通過 Tomahawk 6 采取的方法反映了網(wǎng)絡在系統(tǒng)性能和效率中處于核心地位的更廣泛趨勢。正如德爾·維奇奧所說：“我們在這里所做的，實際上是讓網(wǎng)絡和所有訓練變得更加高效……這樣你就可以讓網(wǎng)絡不再成為障礙，讓 GPU 之間的流量盡可能快速地通過。” 

博通認為，在芯片和架構(gòu)層面優(yōu)化互連的競賽將決定AI 系統(tǒng)設(shè)計的下一階段，并希望 Tomahawk 6 能使其在這場競賽中占據(jù)領(lǐng)先地位。