Ultra Ethernet 완전 가이드: AI/HPC 시대의 차세대 네트워킹 혁신

 

인공지능(AI)과 고성능 컴퓨팅(HPC) 시대가 도래하면서, 기존 네트워킹 기술의 한계가 명확해지고 있습니다.

대규모 AI 클러스터와 HPC 환경에서 요구되는 극한의 성능과 확장성을 만족시키기 위해, 업계는 혁신적인 솔루션을 찾고 있었습니다. 바로 이런 배경에서 Ultra Ethernet Consortium(UEC)이 등장했습니다.

Ultra Ethernet이란 무엇인가?

Ultra Ethernet은 현대 AI와 HPC의 까다로운 요구사항을 충족하도록 설계된 포괄적인 이더넷 기반 통신 스택입니다. 2023년 7월 AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden, HPE, Intel, Meta, Microsoft 등 주요 기업들이 창립한 Ultra Ethernet Consortium이 개발하고 있으며, 2025년 6월 UEC 1.0 사양이 공식 발표되었습니다.

핵심 특징

1. 고성능 최적화

• 대역폭, 지연시간, 테일 지연시간의 대폭 개선
• 100만 개 GPU까지 확장 가능한 아키텍처
• 전용 하드웨어 가속 지원

2. 개방형 상호 운용성

• 표준 이더넷 호환성 유지
• 멀티 벤더 환경 지원
• 개방형 사양으로 벤더 종속성 최소화

3. AI/HPC 특화 설계

• 집합 통신(Collective Communications) 최적화
• 대규모 병렬 처리 워크로드 지원
• 예측 가능한 성능 보장

UEC 1.0 사양: 차세대 네트워킹의 완전한 청사진

2025년 6월 공식 발표된 UEC 1.0은 Ultra Ethernet의 첫 번째 완전한 사양으로, AI와 HPC 워크로드를 위한 포괄적인 기술 표준을 제시합니다.

UEC 1.0의 핵심 구성 요소:

1. Ultra Ethernet Transport (UET)
   • AI/HPC에 특화된 현대적 RDMA 프로토콜
   • out-of-order 패킷 전달과 향상된 오류 복구 메커니즘
   • libfabric v2.0 API 기반으로 기존 애플리케이션 호환성 보장
   • 워크로드 패턴에 최적화된 다중 전송 서비스
2. 고급 혼잡 제어
   • 대규모 클러스터를 위한 새로운 혼잡 관리 알고리즘
   • AI 트레이닝의 집합 통신 패턴에 최적화
   • 예측 가능한 성능과 낮은 테일 지연시간 보장
   • 기존 PFC 방식의 한계 극복
3. 확장성 아키텍처
   • 100만 개 GPU까지 확장 가능한 설계
   • 계층적 네트워크 토폴로지 지원
   • 대역폭 효율성과 전력 소비 최적화
   • 동적 로드 밸런싱 메커니즘
4. 하드웨어 가속 지원
   • 전용 하드웨어 가속기 사양 정의
   • 네트워크 처리 오프로드 기능
   • 최소한의 CPU 오버헤드로 최대 성능 달성
   • 실시간 텔레메트리 및 모니터링 지원
5. 보안 및 격리
   • 멀티 테넌트 환경을 위한 네트워크 가상화
   • 하드웨어 기반 보안 기능
   • 트래픽 격리 및 QoS 보장
   • 암호화 및 인증 메커니즘

UEC 1.0의 기술적 혁신:

• 집합 통신 최적화: AllReduce, AllGather 등 AI 워크로드의 핵심 통신 패턴에 대한 하드웨어 수준 최적화
• 적응형 라우팅: 네트워크 상태에 따른 동적 경로 선택으로 성능 최적화
• 인라인 압축: 데이터 전송 중 실시간 압축/해제로 효율적인 대역폭 활용
• 멀티패스 지원: 여러 경로를 통한 병렬 데이터 전송으로 처리량 향상(Packet Spray 기술 탑재)
• 지능형 스케줄링: 워크로드 특성을 고려한 패킷 스케줄링 알고리즘

기존 RoCEv2와의 호환성 및 기술적 차이점

Ultra Ethernet과 기존 RoCEv2(RDMA over Converged Ethernet version 2)의 관계는 네트워킹 업계에서 중요한 전환점을 나타냅니다.

RoCEv2의 현재 상황

RoCEv2는 현재 고성능 데이터센터에서 널리 사용되는 RDMA 프로토콜입니다. 표준 이더넷 인프라에서 InfiniBand와 유사한 성능을 제공하며, 낮은 지연시간과 높은 처리량을 특징으로 합니다.

UET vs RoCEv2: 핵심 기술 비교

구분	RoCEv2	UET(Ultra Ethernet Transport)
아키텍처	InfiniBand 전송 계층 + 이더넷	AI/HPC 최적화된 현대적 RDMA
패킷 순서 처리	엄격한 순서 보장 필요	out-of-order 패킷 전달 지원
혼잡 제어	PFC 의존, 제한적 적응형 제어	대규모 환경용 새로운 알고리즘
확장성	수천 노드 규모 최적	100만 GPU까지 확장 가능
API 지원	표준 RDMA verbs	libfabric v2.0 기반 확장 API
하드웨어 요구사항	표준 이더넷 스위치 (DCB 필요)	전용 하드웨어 가속 권장
성능 특성	1-2μs 지연시간, 90-95% 처리량	개선된 테일 지연시간, 10% 향상된 성능
워크로드 최적화	범용 HPC 워크로드	AI/ML 집합 통신 특화
오류 처리	제한적인 복구 메커니즘	향상된 오류 복구 및 강건성

Ultra Ethernet의 접근 방식

Ultra Ethernet Consortium은 기존 RoCE 프로토콜을 Ultra Ethernet Transport(UET)로 대체하는 것을 목표로 합니다. 이는 단순한 업그레이드가 아닌 근본적인 재설계를 의미합니다.

호환성 전략:

1. 점진적 마이그레이션: UEC가 성숙한 Ultra Ethernet 솔루션을 개발하고 출시할 때까지, 하이퍼스케일러와 기업들은 무손실 및 예측 가능한 패브릭 스케줄드 이더넷에서 RoCEv2를 활용할 수 있습니다
2. 이더넷 상호 운용성: UEC는 이더넷 상호 운용성을 유지하면서 필요한 변경사항만을 최소화하는 데 중점을 둡니다
3. API 호환성: libfabric v2.0을 통해 기존 AI 프레임워크 및 HPC 라이브러리와의 호환성을 보장하여 애플리케이션 변경 없이 마이그레이션 가능
4. 기존 인프라 보호: 대규모 투자가 이루어진 기존 RoCEv2 환경을 완전히 대체하기보다는, 점진적으로 Ultra Ethernet 기능을 도입할 수 있는 경로를 제공합니다.

향후 발전 방향

단기 계획 (2025-2026)

하드웨어 출시

• 완전한 스택을 지원하는 하드웨어가 2025년 말 또는 2026년 초에 출시될 예정
• AMD Pensando Pollara 400GbE 카드가 Oracle Cloud Infrastructure에 최초로 배포

성능 개선

• 10% 향상된 성능 제공
• 800GbE 및 1.6TbE 지원 확대

중장기 전망 (2027년 이후)

기술적 발전

1. 대역폭 확장: AI/ML 클러스터에서 2025년까지 800GbE, 2027년 초까지 1.6TbE 배포 예상
2. 생태계 확장: 2024년 3월 이후 40개 추가 기업이 컨소시엄에 합류하여 기술 개발 가속화
3. 표준화 진전: IEEE 802.3 표준과의 통합 및 업계 표준으로의 확립

시장 적용

• 클라우드 서비스 제공업체 우선 도입
• 엔터프라이즈 HPC 환경으로 확산
• 엣지 컴퓨팅 및 분산 AI 인프라 지원

ECMP vs Packet Spray 상세 비교표

📊 핵심 기술 비교

구분	ECMP(Equal Cost Multi-Path)	Packet Spray(UET)
분산 단위	플로우(Flow) 단위	패킷(Packet) 단위
경로 할당	정적 (5-tuple 해시 기반)	동적 (실시간 최적화)
로드 밸런싱	해시 기반 분산	지능형 적응형 분산
경로 활용	일부 경로에 집중 가능	모든 경로 균등 활용
네트워크 적응성	낮음 (정적 할당)	높음 (실시간 적응)
도입 방식	별도 구성 필요	UET에 기본 내장

🚀 성능 특성 비교

성능 지표	ECMP	Packet Spray
대역폭 활용률	60-80% (불균등 분산)	95%+ (균등 분산)
지연시간	가변적 (경로별 차이)	최적화됨 (동적 선택)
처리량	제한적 (큰 플로우 영향)	최대화 (패킷 단위 분산)
혼잡 제어	제한적	우수 (헤드-오브-라인 블로킹 방지)
확장성	보통	뛰어남

🎯 워크로드별 적합성

워크로드 유형	ECMP 적합성	Packet Spray 적합성	주요 차이점
AI/ML 훈련	⭐⭐ (제한적)	⭐⭐⭐⭐⭐ (최적)	집합 통신 최적화
HPC 컴퓨팅	⭐⭐⭐ (보통)	⭐⭐⭐⭐⭐ (최적)	대용량 데이터 처리
일반 웹 트래픽	⭐⭐⭐⭐ (적합)	⭐⭐⭐ (과도)	복잡성 vs 성능 트레이드오프
실시간 스트리밍	⭐⭐⭐ (보통)	⭐⭐⭐⭐ (우수)	지연시간 최적화
데이터베이스 복제	⭐⭐⭐ (보통)	⭐⭐⭐⭐⭐ (최적)	대용량 동기화

🔧 구현 복잡성 비교

구현 측면 ECMP Packet Spray (UET 내장)

구현 측면	ECMP	Packet Spray(UET)
하드웨어 요구사항	기본 라우터 기능	UET 플랫폼 (내장 기능)
소프트웨어 복잡성	낮음	낮음 (기본 제공)
배포 난이도	쉬움	매우 쉬움 (자동 활성화)
유지보수	단순	단순 (통합 관리)
호환성	높음 (표준 기술)	완전 통합 (UET 네이티브)
추가 라이선스	불필요	불필요 (기본 포함)

💰 비용 및 효율성 분석

비용 요소	ECMP	Packet Spray(UET)
초기 도입 비용	낮음	UET 가격에 포함
운영 비용	보통	낮음 (효율성 개선)
전력 소모	기준	최적화됨
추가 기능 비용	별도 구매 필요	무료 (기본 포함)
ROI 달성 시간	즉시	즉시 (UET 도입 시)
TCO (총 소유 비용)	높음 (비효율성)	낮음 (장기적)

⚖️ 장단점 종합 비교

ECMP (Equal Cost Multi-Path)

장점 ✅

• 구현이 간단하고 검증된 기술
• 기존 인프라와 높은 호환성
• 낮은 초기 도입 비용
• 표준화된 기술로 벤더 종속성 낮음

단점 ❌

• 불균등한 로드 밸런싱
• AI/ML 워크로드에 비효율적
• 네트워크 상황 변화에 부적응
• 대역폭 활용률 제한

Packet Spray (UET 기본 탑재)

장점 ✅

• UET에 기본 내장되어 즉시 사용 가능
• 별도 설정이나 추가 구매 불필요
• 최적의 네트워크 자원 활용
• AI/ML 워크로드에 특화
• 실시간 적응형 라우팅
• 높은 성능과 처리량
• 혼잡 제어 최적화
• 하드웨어-소프트웨어 완전 통합

단점 ❌

• UET 플랫폼 의존성
• 새로운 기술로 생태계 발전 중
• 기존 레거시 시스템과 호환성 고려 필요

🎯 적용 권장사항

ECMP 권장 환경

• 일반적인 엔터프라이즈 네트워크
• 예산이 제한적인 환경
• 안정성이 최우선인 환경
• 레거시 시스템과의 호환성이 중요한 경우

Packet Spray (UET) 권장 환경

• UET를 도입하는 모든 환경 (기본 탑재)
• AI/ML 워크로드가 주요한 환경
• HPC 클러스터 및 슈퍼컴퓨터
• 클라우드 서비스 제공업체
• 최고 성능이 필요한 미션 크리티컬 환경
• 차세대 데이터센터 구축 시
• 추가 비용 없이 고급 기능이 필요한 환경

FAQ

Q1: Ultra Ethernet이 기존 이더넷과 다른 점은 무엇인가요?

Ultra Ethernet은 기존 이더넷의 상호 운용성을 유지하면서도 AI/HPC 워크로드에 특화된 기능을 추가합니다. 주요 차이점은 향상된 지연시간 성능, 대규모 확장성, 그리고 집합 통신 최적화입니다.

Q2: 기존 RoCEv2 인프라를 모두 교체해야 하나요?

아니요. Ultra Ethernet은 점진적 마이그레이션을 지원합니다. 기존 RoCEv2 환경에서 Ultra Ethernet 기능을 단계적으로 도입할 수 있습니다.

Q3: UEC 1.0 사양의 주요 특징은 무엇인가요?

UEC 1.0은 2025년 6월 발표된 Ultra Ethernet의 첫 번째 완전한 기술 사양으로, 다음과 같은 주요 특징을 포함합니다:

핵심 구성 요소:

• Ultra Ethernet Transport (UET): AI/HPC 특화 RDMA 프로토콜
• 고급 혼잡 제어: 대규모 클러스터용 새로운 알고리즘
• 확장성 아키텍처: 100만 GPU까지 확장 가능
• 하드웨어 가속 지원: 전용 가속기 및 오프로드 기능
• 보안 및 격리: 멀티 테넌트 환경 지원

기술적 혁신:

• 집합 통신 최적화 (AllReduce, AllGather)
• 적응형 라우팅 및 동적 경로 선택
• 인라인 압축 및 멀티패스 지원
• 지능형 패킷 스케줄링

Q4: Ultra Ethernet 하드웨어는 언제부터 사용할 수 있나요?

현재 일부 제조업체에서 Ultra Ethernet 호환 하드웨어를 출시하기 시작했으며, UEC 1.0 사양을 완전히 지원하는 하드웨어는 2025년 말 또는 2026년 초에 널리 사용 가능할 예정입니다.

Q5: Ultra Ethernet의 주요 이점은 무엇인가요?

• 성능: 향상된 대역폭, 지연시간, 테일 지연시간
• 확장성: 최대 100만 개 GPU까지 확장 가능
• 비용 효율성: 표준 이더넷 기반으로 TCO 절감
• 상호 운용성: 멀티 벤더 환경 지원
• AI/HPC 최적화: 집합 통신 및 대규모 병렬 처리에 특화

Q6: 어떤 기업들이 Ultra Ethernet을 지원하나요?

AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden, HPE, Intel, Meta, Microsoft 등 주요 기술 기업들이 창립 멤버로 참여하고 있으며, 2024년 이후 40개 이상의 추가 기업이 컨소시엄에 합류했습니다.

Q7: Ultra Ethernet은 어떤 워크로드에 최적화되어 있나요?

주로 대규모 AI 훈련, 머신러닝 추론, 고성능 컴퓨팅, 그리고 대용량 데이터 처리 워크로드에 최적화되어 있습니다.

특히 AllReduce, AllGather 등의 집합 통신 패턴에 대한 하드웨어 수준 최적화가 포함되어 있습니다.

Q8: 기존 네트워크 장비와 호환되나요?

Ultra Ethernet은 표준 이더넷 호환성을 유지하도록 설계되었지만, UEC 1.0의 모든 기능(하드웨어 가속, 고급 혼잡 제어, 집합 통신 최적화 등)을 활용하기 위해서는 Ultra Ethernet 호환 하드웨어 사용을 권장합니다.

Q9: RoCEv2 지원 이더넷 스위치로 Ultra Ethernet을 사용할 수 있나요?

이는 복잡한 호환성 문제입니다. 현재 RoCEv2를 지원하는 이더넷 스위치의 Ultra Ethernet 호환성은 다음과 같이 평가할 수 있습니다:

제한적 호환성:

• 하드웨어 레벨: RoCEv2는 표준 이더넷 스위치에서 DCB(Data Center Bridging) 기능과 함께 작동하지만, Ultra Ethernet은 더 고도화된 하드웨어 가속이 필요합니다.
• 프로토콜 차이: Ultra Ethernet은 RoCEv2를 Ultra Ethernet Transport(UET)로 대체하는 것을 목표로 하므로, 완전한 Ultra Ethernet 기능을 위해서는 새로운 하드웨어가 필요합니다.

전환 시나리오:

1. 단기적: 기존 RoCEv2 스위치에서 일부 Ultra Ethernet 호환 엔드포인트 사용 가능
2. 장기적: 최적 성능을 위해서는 Ultra Ethernet 전용 스위치로 업그레이드 권장

실용적 권장사항:

• 현재 RoCEv2 스위치 투자를 보호하면서 점진적으로 Ultra Ethernet 호환 장비로 전환
• 펌웨어 업데이트로 일부 Ultra Ethernet 기능 지원 가능성 확인 필요
• 벤더별 로드맵과 호환성 매트릭스 검토 필수

Q10: Ultra Ethernet 도입 시 고려사항은 무엇인가요?

• 기존 인프라와의 호환성 평가
• 워크로드 특성에 따른 성능 이점 분석
• 단계적 마이그레이션 계획 수립
• 벤더 지원 및 생태계 성숙도 검토

결론

Ultra Ethernet은 AI와 HPC 시대의 네트워킹 요구사항을 충족하기 위한 혁신적인 솔루션입니다. 기존 이더넷의 장점을 유지하면서도 차세대 워크로드에 최적화된 성능을 제공하며, RoCEv2와의 호환성을 고려한 점진적 전환 경로를 제공합니다.

향후 몇 년간 Ultra Ethernet 생태계의 성장과 함께, 더 많은 기업들이 이 기술의 이점을 활용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 특히 대규모 AI 인프라를 구축하거나 확장하려는 조직들에게는 필수적인 고려사항이 될 것입니다.