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Technology Solutions
Accelerate
Performance
High Performance
Computing (HPC)
für Medien und Entertainment
08/2014
2
Lösungsprofil
Medien und Unterhaltung
Der Broadcast- und Medienmarkt entwickelt sich in Richtung höherer Videoauflösungen, was sich
wiederum erheblich auf die Infrastrukturen der Studios und insbesondere auf deren Interconnect
auswirkt.
Verbraucher erwarten, dass das gesamte Videoangebot jederzeit in High-Definition-Qualität zur
Verfügung steht. Blu-ray und On-Demand-Streaming haben DVDs ersetzt, während die bisherigen
Fernsehgeräte mit 25 und 32 Zoll Bilddiagonale immer schneller durch Flachbildschirme mit einer
Diagonalen von 40, 55 oder sogar 70 Zoll abgelöst werden. Nachrichtenformate müssen Videos aus
mehreren Quellen innerhalb von Minuten bearbeiten und zusammenführen. Live-Übertragungen
von Sportereignissen sollen umgehend mit digitalen Effekten und Markups wiederholt werden
können.
Auch im Filmgeschäft setzen Regisseure immer öfter auf 4K Video. Kinos stellen zunehmend
auf digitale Projektionen und 3D-Technik um. Die weite Verbreitung von Spezialeffekten und
Animationen macht es darüber hinaus notwendig, mehrere 4K Streams gleichzeitig zu betrachten,
zu bearbeiten und zusammenzuführen.
Umstellung auf 4K Video
Die Umstellung auf Ultra HD-, 4K- und sogar 8K-Formate hat zur Folge, dass die Datenströme
um mehrere Größenordnungen wachsen. Animation und CGI (Computer-Generated Imagery) setzen
Rechnersysteme mit hoher Leistung voraus, die die Netzwerkbandbreite stark belasten. Das stellt
Studios und Postproduktionsfirmen vor große Herausforderungen, da Switches mit 1 oder sogar
10 GBit/s nicht mehr in der Lage sind, diese Workloads zu schultern.
Ein einziger unkomprimierter 4K Stream (4096x2160) mit 10 Bit Farbtiefe bei 24 fps setzt eine
Ethernet-Verbindung mit vollen 10 GBit/s voraus. Bei voller 4K-Auflösung (4096x3112), 16 Bit
Farbtiefe, Stereo-Video oder höheren Bildwechselfrequenzen sind die Anforderungen noch
Entscheidende Vorteile
•• 56 GBit/s pro Port bei
anspruchsvoller. Für unkomprimierte 8K-Videodaten sind beispielsweise 24 oder 28 GBit/s
Unterstützung von 6 Streams
erforderlich. Herkömmliche Ethernet-Verbindungen mit 1 oder 10 GBit/s oder sogar Fibre Channel
(10 Bit Farbtiefe) oder 3
mit 16 GBit/s sind für diese neuen Workflows mit High-Definition Video nicht mehr ausreichend.
Streams (16 Bit Farbtiefe)
unkomprimiert bei 24 fps
Format
4K DPX
4K-Full
DPX
4K-Full
EXR
4K-Full
EXR
8K DPX
8K EXR
Auflösung
4096 x
2160
4096 x
3112
4096 x
3112
4096 x
3112
7680 x
4320
7680 x
4320
Farbtiefe
FPS
Bandbreite
je Stream
10-GbEPorts
8-GBitFC-Ports
40-/56-GBitPorts
•• Schnellere Postproduktion
bedeutet weniger Workstations
und niedrigere Lizenzkosten
10 Bit
24
6,4 GBit/s
1
1
1
10 Bit
24
9,2 GBit/s
1-2
2
1
16 Bit
24
14,7 GBit/s
2
2
1
16 Bit
60
36,7 GBit/s
4
5
1
10 Bit
24
23,4 GBit/s
3
4
1
16 Bit
24
28,2 GBit/s
3-4
4
1
•• Verarbeitung von mehr
Videodaten in weniger Zeit bei
geringeren Kosten
•• Unterstützung von Ethernet
und InfiniBand zur Erzielung
einer maximalen Leistung und
Flexibilität
•• Zukunftssichere Lösung, bereit
für 8K Video
3
Überlastung der herkömmlichen Netzwerke
Heute arbeiten die meisten Studios oder Postproduktionsfirmen mit 1-Gbit/s- oder 10-GBit/sNetzwerken und setzen für die Datenspeicherung Fibre Channel mit 4 oder 8 GBit/s oder SASSysteme mit 6 oder 12 GBit/s ein. Für Videos mit herkömmlicher Auflösung reicht dies aus. Ein
einziger unkomprimierter 4K Stream mit 24 fps setzt allerdings für jede Workstation oder für
jedes Speichersystem bereits mehrere Verbindungen mit 8 oder 10 GBit/s voraus. Wegen des
Network-Overheads erfordert ein 4K Full DPX Video Stream mit einer realen Bandbreite von 9,2
GBit/s bereits zwei Netzwerkverbindungen mit jeweils 10 GBit/s. Es gibt Studios, die sogar vier
10-GBit/s-Verbindungen für eine High-End-Workstation einrichten, um unkomprimierte 4K Videos
verarbeiten zu können. Zudem sind für Speicher-Arrays auch häufig mehrere Netzwerk-Ports
erforderlich, die ebenfalls aggregiert werden müssen.
Dies macht die Vernetzung sehr viel komplizierter, da mehrere Ports je Workstation oder
Speichersystem nicht nur als aktiv-passiv oder aktiv-aktiv konfiguriert werden müssen,
sondern auch eine Link Aggregation und einen Lastenausgleich benötigen, um die erforderliche
Bandbreite bereitstellen zu können. Einrichtung von Workstations und Speichersystemen,
Änderungsmaßnahmen, Failover und Netzwerk-Routing verlangen eine erheblich aufwendigere
Planung und Umsetzung.
Einige Fachleute sehen die Lösung in einem teuren Upgrade auf 16 GBit FC, doch auch hier werden
in vielen Fällen zwei Ports je Server notwendig sein. Für alle zusätzlichen Ethernet- oder FibreChannel-Ports müssen zudem die entsprechenden Karten, Switches und Kabel berücksichtigt
werden, was die Platz- und Leistungsreserven oft übersteigen wird.
Von Studios werden immer mehr 4K Videos und Multi-Stream-Produktionen verlangt, wobei nicht
geklärt ist, wie die notwendige Bandbreite bereitgestellt werden kann, ohne die Grenzen in Bezug
auf Budget, Platz und Stromversorgung zu sprengen.
Die Lösung von Mellanox
Mellanox bietet eine durchgängige (end-to-end) Interconnect-Lösung an, die sich durch hohe
Bandbreite und geringe Latenz auszeichnet und auf Datenraten von 40 sowie 56 GBit/s skalierbar
ist. RDMA (Remote Direct Memory Access) ermöglicht sogar noch geringere Latenzen und höhere
Durchsätze und wird von verschiedenen Speicherprotokollen unterstützt, die unter den gängigen
Betriebssystemen und Hypervisoren laufen.
Nur Mellanox Virtual Protocol Interconnect® (VPI) Switches unterstützen sowohl Ethernet als auch
InfiniBand mit Datenraten von 10, 40 und 56 GBit/s je Port, wobei Ethernet- und InfiniBandPorts am selben Switch gemischt werden können. Diese Switches zeichnen sich durch die kleinsten
Latenzen, höchsten Dichten und geringsten Jitterwerte der Branche aus. Sie gewährleisten eine
reibungslose Aufnahme, Bearbeitung und Wiedergabe von Videos, auch mit unkomprimierten 4Kund 8K-Videodaten.
Der Vorteil von RDMA
Remote Direct Memory Access (RDMA) macht Datenübertragungen effizienter und ermöglicht eine
schnelle Datenbewegung zwischen Servern und Speichersystemen, ohne Belastung der ServerCPUs. Die Durchsätze werden gesteigert, die Latenzzeiten verringert. Für Bearbeitung, Compositing
und Rendering von Videos steht mehr freie CPU-Leistung zur Verfügung. Die RDMA-Technik wird in
Render-Farms und anderen Hochleistungs-Computing-Anwendungen (HPC) bereits zur effizienten
Datenübertragung genutzt und ist jetzt auch für Videobearbeitung, Codierung/Transcodierung und
Wiedergabe einsetzbar. Mellanox Interconnect unterstützt RDMA auf InfiniBand und Ethernet mit
einer Reihe von Speicherprotokollen. Die Technik wird ihrerseits von mehreren Speicherprotokollen
und Dateisystemen unterstützt, wie beispielsweise iSER (iSCSI mit RDMA), SMB Direct, IBM GPFS,
Quantum StorNext und Lustre.
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Bessere Ergebnisse durch höhere Leistungsdichte
Mellanox Interconnect bietet die denkbar höchste Bandbreite und niedrigste Latenzzeit, damit Ihr
Medien-Netzwerk mehr Streams bei höheren Auflösungen mühelos verarbeiten kann. Streaming
und Bearbeitung bei höheren Bildwechselfrequenzen für Sport- und Actionvideos. Hohe Dichte,
geringer Stromverbrauch und weniger Kabel tragen zur Senkung der Betriebskosten bei. Die
attraktive Preisgestaltung senkt die Kapitalkosten. Die Möglichkeit, mit 10 GBit/s zu beginnen und
einige oder alle Interconnects später auf Ethernet- oder InfiniBand-Geschwindigkeiten von 40 oder
56 GBit/s aufzurüsten, sorgt für Investitionsschutz.
Ein horizontal skalierbares neues Netzwerkdesign
Mellanox hat eine ultraskalierbare Postproduktions-Architektur entworfen und getestet, die diese
neuen Netzwerktechnologien nutzt. Die Lösung arbeitet mit einem Mellanox Interconnect sowie
einem horizontal skalierbaren Dateisystem und ermöglicht den gemeinsamen RDMA-Zugriff mit 40
und 56 GBit von Hochleistungsservern und Workstations auf den Medienspeicher. Workstations
oder Benutzer, die mit komprimiertem Video arbeiten oder kein Echtzeit-Streaming benötigen,
verbinden sich über ein 1-/10-GBit-Gateway und können datei- oder webbasiert auf Medien
zugreifen.
SOLUTION BRIEF
page 3
Dieses Design ist auf bis zu 48 fps je Workstation für jeden 4K DPX Stream mit RDMA ausgelegt.
Auch Non-RDMA-Workstations können einen 4K DPX Stream mit 24 fps unterstützen. Je nach
Averwendetem
Scale-Out New Network
Design
Future-Proof Yourzwischen
Network
Format
streamt das Speichernetzwerk
70 und 130 gleichzeitige
Mellanox has designed and tested an ultra-scalable
The adoption of 4K video is increasing rapidly. Whether
unkomprimierte
Ultra
HD Streams
unterstützt
2000
bisor4000
Streams
post-production
architecture
that leverages
these newmit 60 fps und
you are
already managing
4K video
planning komprimierte
an infranetworking technologies. The solution uses Mellanox
structure upgrade to get ready, Mellanox can help you
abhängig davon, welche Komprimierung verwendet
wird.
interconnect and a scale-out file system to allow shared
manage more video more efficiently, and future-proof
RDMA access to the media storage at 40 and 56Gb
your network for 4K and even 8K video streams.
rates from high-performance servers and workstation.
Stations
or users
video
or not reMachen
Sieusing
Ihrcompressed
Netzwerk
zukunftssicher
quiring real-time streaming connect through a 1/10Gb
4K Video
immer
gateway
and cansetzt
access sich
the media
files ofschneller
NAS (file) or durch. Ganz gleich, ob Sie bereits mit 4K Video arbeiten oder
web (http) protocols.
die entsprechende Modernisierung Ihrer Infrastruktur planen: Mellanox kann Ihnen dabei helfen,
This design is expected to support up to 48 fps to each
mehr Videodaten
zu verarbeiten
und Ihr Netzwerk für Video
workstation
for one 4K DPX effizienter
stream using RDMA.
NonRDMA workstations can also support one 4K DPX
8K
zukunftssicher
zu
machen.
stream at 24fps. The storage network will stream
from 70 to 130 simultaneous uncompressed Ultra HD
streams at 60fps, depending on format used, and support
to 4000
compressed streams,
depending on
Die2000
neue
Architektur
unterstützt
40 oder 56 GBit/s je Verbindung
compressed used.
Job
Management
Compositing
Business
Applications
Non-Linear
Editing
Playout
Streams mit 4K oder sogar
Captions,
Titles, Credits
10GbE
with NAS Protocols
Gateway
Grading
Gateway
56Gb/s IB
or
40GbE
Switch
56Gb/s IB
or
40GbE
Special
Effects
Transcoding/
Encoding
Viewing
Render
Farm
Ingest
Scale-Out File System
Storage Fabric
(SAS/SATA/FC/iSCSI)
Tiered disk storage with one global namespace
Figure 2. New architecture supports 40 or 56Gb/s per link
350 Oakmead Parkway, Suite 100, Sunnyvale, CA 94085
Tel: 408-970-3400 • Fax: 408-970-3403
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CORE-Direct,
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InfiniHost, InfiniScale,
PhyX, Virtual Protocol
Interconnect
and Voltaire
are registered
trademarks of Mellanox
Technologies,
InfiniScale,
Virtual
Interconnect
und
Voltaire
sind
eingetragene
Marken
derLtd.Mellanox Technologies, Ltd.
FabricIT,
MLNX-OS und
3765SB
Rev 1.0
FabricIT, MLNX-OS and SwitchX are trademarks of Mellanox Technologies, Ltd. All other trademarks are property of their respective owners.
SwitchX sind Marken der Mellanox Technologies, Ltd. Alle anderen Marken sind das Eigentum der jeweiligen Inhaber.3765SB Rev 1.0
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