RDMA 技术

1. 什么是 RDMA

RDMA(Remote Direct Memory Access，远程直接内存访问)是一种为了解决网络传输中服务器端数据处理延迟而产生的技术。

TCP/IP 传输时，数据经过网络堆栈，再经过网卡发送，接收端接收后，按照序列号组装数据。

DMA 传输时，可以直接在设备和内存之间传输数据，不需要经过网络堆栈。

RDMA 传输时，可以实现跨节点的 DMA 数据传输。

三者之间的对比如下:

特性	TCP	DMA	RDMA
CPU 占用	较高（通常 10-40% 以上）	较低（<10%，依赖于实现）	极低（通常在 1% 以下）
延迟	10-100 微秒	数微秒（内存传输）	亚微秒到单微秒级
带宽效率	1-10 Gbps（视网络条件而定）	最高可达 100 Gbps（与总线速率相关）	100-400 Gbps（依赖于 RDMA 网卡型号，如 RoCE、InfiniBand）
适用场景	通用网络传输	本地内存或设备间数据传输	高性能网络传输
硬件要求	无	需要 DMA 控制器	需要 RDMA 网卡（如 InfiniBand 或 RoCE）

2. RDMA 通信过程

RDMA 使用队列的机制进行数据通信，其基本通信单位是 QP（Queue Pairs，队列对）。一个 QP 由一个 SQ（Send Queue，发送队列）和一个 RQ（Receive Queue，接收队列）构成。

大致的通信过程如下

HOST 提交工作请求 WR（Work Request，工作请求），将 WR 放到工作队列 WQ(Work Queue，工作队列)
RDMA 硬件消费 WQE 中的 WR，进行数据传输
RDMA 硬件消费完成后，产生 CQE（Completion Queue Entry，完成队列条目），将 CQE 放入 CQ （Completion Queue，完成队列）队列中，等待 HOST 消费
HOST 从 CQ 中消费 WC （Work Completion，工作完成）

3. RDMA 技术实现

3.1 InfiniBand

由 InfiniBand Trade Association（IBTA）在 1999 年提出，旨在为高性能计算（HPC）和大规模数据中心提供高带宽、低延迟的连接，主要由英特尔、NVIDIA、Mellanox（现为英伟达子公司）、IBM 等推动，广泛应用于超级计算机和企业级存储解决方案。

InfiniBand 已成为数据中心和 HPC 的标准之一，支持多种协议（如 RDMA 和 NVMe over Fabrics），并逐渐向 AI 和机器学习领域扩展。

InfiniBand 具有高带宽（可达 400Gbps）、低延迟（微秒级）、支持大规模扩展、具备先进的流量管理和质量服务（QoS）特性。

3.2. iWARP

由 IETF 的 RDMA Working Group 在 2000 年提出，旨在通过现有的 TCP/IP 网络实现 RDMA，主要由英特尔、Cisco、Broadcom 等公司推动，尤其在云计算和虚拟化环境中应用广泛。

iWARP 在企业网络中得到一定应用，尤其是在传统以太网架构下的 RDMA 需求，逐渐被市场认可，但竞争力相对较弱。

iWARP 兼容性强（可在现有以太网基础设施上运行）、支持 TCP/IP 协议，降低了 RDMA 的部署门槛，适用于中小型数据中心。

3.3. RoCE (RDMA over Converged Ethernet)

由 IBM 和其他公司在 2008 年提出，旨在将 RDMA 整合到以太网环境中，通过 DCB 技术实现高效的数据传输，主要由 Mellanox（现为英伟达）、Cisco、Intel 等公司推动，逐渐在数据中心和云计算环境中普及。

RoCE 有两个版本 RoCE v1 协议是一个以太网链路层协议，RoCEv2 协议构筑于 UDP/IPv4 或 UDP/IPv6 协议之上，能组建更大的网络。

相较于 InfiniBand，RoCE 的优势在于可以在现有以太网基础设施上运行，能够降低部分的硬件成本，但也很难达到 InfiniBand 成本的 50% 一下。

4. Ascend 下的 RDMA

Atlas 800 的 RDMA 依赖于 RoCE 网卡，如下图:

一个 Board 上四个 SF216D-H 网卡，每个 SF216D-H 有两个 200GE 网卡。每个网卡连接一张 NPU 卡，用于组网。

华为 Altas 800 集群组网时，通过一个外部交换机将各个 NPU 卡连接起来，组成一个参数面的网络。由于每个交换机的网卡是有限的，如果需要更大的网络就需要借助 Spine-Leaf 网络拓扑。

4.1 常用配置命令

设置 IP 地址和掩码

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hccn_tool -i 0 -ip -s address 10.52.11.2 netmask 255.255.255.0

-i 指定卡的编号。

设置 Roce 网卡默认网关

1
hccn_tool -i 0  -gateway -s gateway 10.52.11.1

设置网络检测对象

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hccn_tool -i 0 -netdetect -s address 10.52.11.1

这个 IP 主要用来设置检测网络状态，一般设置为网段内的网关地址。

使能 TLS

1
for i in {0..7}; do hccn_tool -i $i -tls -s enable 0; done

4.2 常用检测命令

查看组网 IP

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cat /etc/hccn.conf

或者

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for i in {0..15}; do hccn_tool -i $i -ip -g; done

检查单节点内网卡 IP 的连通性

1
for i in {0..7};do hccn_tool -i $i -net_health -g;done

4.3 常用组网命令

查看光模块状态

1
for i in {0..7};do hccn_tool -i ${i} -optical -g;done

查看通信端口连接状态

1
for i in {0..7};do hccn_tool -i ${i} -link -g;done

查询 tls 状态

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for i in {0..7};do hccn_tool -i ${i} -tls -g;done

4.4 测试跨机带宽

获取接收端卡的 IP

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4
hccn_tool -i 0 -ip -g

ipaddr:10.52.11.3
netmask:255.255.255.0

接收端

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2
hccn_tool -i 0 -roce_test reset
hccn_tool -i 0 -roce_test ib_send_bw -s 4096000 -n 1000 -tcp

发送端

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2
hccn_tool -i 1 -roce_test reset
hccn_tool -i 1 -roce_test ib_send_bw -s 4096000 -n 1000 address 10.52.11.3 -tcp