Evaluierung von High-Speed-Interconnect-Technologien in HPC-Cluster für forensische Anwendungen

Abstract

Die Verarbeitung großer Datenmengen in forensischen Anwendungen stellt hohe Anforderungen an die Netzwerkleistung von HPC-Clustern, insbesondere an Bandbreite und Latenz. Neben der Bewahrung forensischer Prinzipien, wie der Datenintegrität, sind schnelle Antwortzeiten bei datenintensiven Analysen wie Topic-Modeling, Filecarving und dem Brechen von Verschlüsselungen essenziell. Diese Arbeit untersucht die Integration einer High-Speed-Interconnect-Technologie in einen HPC-Cluster zur Verbesserung forensischer Anwendungen und beantwortet die Frage, wie sich die Netzwerkleistung auf die Effizienz des Clusterbetriebs auswirkt.
Nach einer detaillierten Anforderungsanalyse sind die Technologien InfiniBand HDR und 200G Ethernet mit RDMA über Converged Ethernet als mögliche Optionen identifiziert und strategische, technische sowie organisatorische Kriterien angewandt. InfiniBand HDR wurde schließlich ausgewählt, da es hohe Bandbreite, niedrige Latenz und native RDMA-Unterstützung bietet, und in den Cluster integriert. Die Integration erfolgte in mehreren Phasen: von der Funktionsüberprüfung der Netzwerkkarten über die Installation und Konfiguration der Hardware bis hin zur Software-Anpassung.
Um die Leistung zu messen, wurden RDMA-Benchmarks für Lese-, Schreib- und Sendeoperationen auf Intel- und AMD-Knoten unter Linux und Windows durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen deutliche Performance-Unterschiede zwischen den Systemen, wobei Systeme mit PCIe 4.0 und Linux in Bandbreite und Nachrichtenrate den Systemen mit PCIe 3.0 und Windows überlegen sind. Der neue Interconnect bietet mit einer Bandbreite von bis zu 200 Gbit/s und einer Latenz von 600 ns signifikante Vorteile für datenintensive Workloads gegenüber dem bisher im HPC-Cluster am Department Sichere Informationssysteme der FH OÖ verwendeten Interconnect.
Die Erkenntnisse dieser Arbeit bieten eine Grundlage für zukünftige InterconnectIntegrations- und Benchmarking-Projekte im HPC-Bereich. Durch die Implementierung von RDMA in Anwendungen und die verstärkte Nutzung von PCIe-4.0-Schnittstellen kann die Leistung für forensische Anwendungen weiter gesteigert und die Einsatzmöglichkeiten im HPC-Kontext maximiert werden.

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Thomas Grurl (Betreuer*in)