Definition Was ist Ultra Ethernet?

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Ultra Ethernet ist eine Weiterentwicklung des Ethernet-Standards. Mit Ultra Ethernet entsteht gerade ein moderner, leistungsstarker und offener Ethernet-Kommunikations-Stack, der die durch Hochleistungs-Computing und Künstliche Intelligenz gestiegenen Anforderungen an die Kommunikationsarchitektur erfüllen soll.

Ultra Ethernet ist die Bezeichnung für eine am 11.06.2025 finalisierte ersten Version (Ultra Ethernet 1.0) einer Weiterentwicklung und Optimierung des Ethernet-Standards. Die Weiterentwicklung und Standardisierung wird von dem im Juli 2023 gegründeten Ultra Ethernet Consortium (UEC) vorangetrieben. Das UEC ist ein Projekt der Joint Development Foundation und wird von der Linux Foundation getragen.

In dem Konsortium haben sich große IT-Player aus den Bereichen Netzwerke, Künstliche Intelligenz, Cloud Computing und High Performance Computing zusammengefunden, um gemeinsam an der Weiterentwicklung und Standardisierung von Ultra Ethernet zu arbeiten. Die Gründungsmitglieder sind AMD, Arista, Broadcom, Cisco, Eviden, HPE, Intel, Meta und Microsoft. Mittlerweile ist die Anzahl der Mitglieder des Ultra Ethernet Consortium auf über 100 angewachsen und zahlreiche weitere Unternehmen wie Nvidia, Google, Pure Storage, Baidu, Dell, Huawei, IBM, Nokia, Lenovo, Supermicro, Tencent und viele mehr haben sich dem Gremium angeschlossen.

Ziel der Arbeit des Konsortiums ist es, Ethernet zu einem modernen, leistungsstarken, interoperablen und offenen Kommunikations-Stack zu machen. Die Weiterentwicklung betrifft alle Ebenen wie die physikalische Ebene, die Link-Ebene, die Transportebene und die Softwareebene.

Ultra Ethernet soll vor allem die durch Künstliche Intelligenz und High Performance Computing gestiegenen Anforderungen an Netzwerke und Rechenzentren erfüllen. Das UEC leistet nicht nur die hierfür notwendige Entwicklungsarbeit, sondern organisiert darüber hinaus Technologiekonferenzen und Webinare oder stellt die Kontakte zu anderen Standardisierungsgremien her.

Die Arbeit des Ultra Ethernet Consortium ist in verschiedenen Arbeitsgruppen organisiert. Zu diesen zählen derzeit die Arbeitsgruppen "Physical Layer", "Link Layer", "Transport Layer", "Software Layer", "Storage", "Compliance", "Management" und "Performance and Debug". Die Veröffentlichung der ersten vollständigen UEC-Spezifikation 1.0 wurde 2024 von J. Metz, dem Vorsitzenden des Ultra Ethernet Consortium, für das Frühjahr 2025 angekündigt und erfolgte nun am 11. Juni 2025. Mit ersten Ultra-Ethernet-kompatiblen Produkten ist vermutlich bereits Ende dieses Jahres zu rechnen.

Gründe für die Entwicklung von Ultra Ethernet

In den letzten Jahren haben sich die Künstliche Intelligenz (KI) und das High Performance Computing (HPC) rasant weiterentwickelt. Die in Rechenzentren und Cloud-Computing-Datacentern zu bewältigende Vielzahl an KI- und HPC-Workloads stellt höchste Ansprüche an die zugrundeliegende Kommunikations- und Netzwerkinfrastruktur. Data-Center-Netzwerke müssen in großem Umfang skalierbar sein, hohe Bandbreiten bereitstellen und Daten mit niedriger Latenz übertragen. Gleichzeitig soll die Netzwerktechnik kostengünstig und einfach zu managen sein.

Die den Netzwerken üblicherweise zugrundeliegende Ethernet-Technologie ist mittlerweile über 50 Jahre alt. Sie wurde zwar kontinuierlich weiterentwickelt, stößt aber in der jetzigen Form an vielen Stellen an ihre Kapazitäts- und Leistungsgrenzen. Das ist vor allem auch der Tatsache geschuldet, dass Ethernet ursprünglich für Allzwecknetzwerke entwickelt wurde. Mit Ultra Ethernet soll die Ethernet-Technologie modernisiert, weiterentwickelt und optimiert werden, um für die vor allem durch Hochleistungs-Computing und KI gestiegenen Anforderungen fit zu sein.

Die konkreten technischen Weiterentwicklungen und Features von Ultra Ethernet

Technisch betrifft die Weiterentwicklung alle Ebenen von Ethernet. Dazu gehören unter anderem die elektrischen und optischen Signaleigenschaften und Protokolle, Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs), Link-Level-Protokolle, End-to-End-Transportprotokolle, End-to-End-Überlastungs- und Signalisierungsmechanismen sowie die Software-, Speicher-, Verwaltungs- und Sicherheitsarchitektur. Die Interoperabilität von Ethernet wird aber grundsätzlich erhalten bleiben. Mit Ultra Ethernet sollen skalierbare Netzwerke mit einer Million Endpunkten und mehr unterstützt und Wire-Rate-Übertragungsleistungen bis in den Terabit-Bereich auf Standardhardware erreicht werden können.

Da die Finalisierung von Ultra Ethernet 1.0 jüngst erfolgt ist, sind mittlerweile Details der konkreten technischen Neuerungen bekannt. Wer sich näher darüber informieren möchte, kann dies über das ganz oben verlinkte Standardisierungs-Papier oder den 2024 veröffentlichten Blog-Beitrag des Ultra Ethernet Consortium "Ultra Ethernet Specification Update" tun. In diesem Artikel sind einige tiefergehende Informationen über die verschiedenen Ultra-Ethernet-Ebenen Software, Transport, Congestion Control, In-Network Collectives (INCs), Security und Link Layer zu finden.

Zu den Merkmalen und konkreten technischen Neuerungen der Spezifikation des Ultra Ethernet Stack 1.0 zählen zum Beispiel:

• verbesserte Skalierbarkeit auf eine Million und mehr Endpunkte

• verbesserte Netzwerkauslastung, Lastverteilung und Multipathing (Bereitstellung unterschiedlicher Transportwege zu einem Ziel ohne den Einsatz von zentralen Lastausgleichs- oder Routingalgorithmen)

• reduzierte Latenzzeiten beim Verbindungsaufbau und Minimierung des persistenten Verbindungsstatus (kein Handshake für den Verbindungsaufbau und kurzfristige Verbindungen)

• flexible Paketreihenfolgen (die flexible Auslieferungsreihenfolge mit Out-of-Order-Pakettransport stellt sicher, dass sich Ethernet-Links optimal ausbalanciert auslasten lassen und eine Reihenfolge nur dann erzwungen wird, wenn diese tatsächlich erforderlich ist)

• Einführung neuer Staukontrollmechanismen und schnellere Reaktionen bei der Überlastkontrolle (zum Beispiel mit Spraying-Verfahren)

• modernisiertes und optimiertes RDMA (Remote Direct Memory Access)

• fundamentale Implementierung von Sicherheits- und Verschlüsselungsfunktionen (Security-by-Design)

• neue Link-Layer-Funktionen, zum Beispiel ein Standard für Link Layer Retry (LLR)

• durchgängige Ende-zu-Ende-Telemetrie für mehr Transparenz und eine bessere Verwaltung von Überlasten

• Compute-offload (Switch-Offloading) für INCs (In-Network Collectives), um Netzwerkoperationen zur Hardwarebeschleunigung von Endgeräten an Switches auszulagern

• auf libfabric v2.0 APIs basierende Software

• Verwendung von zwei Verkehrsklassen (Traffic Classes, TCs) für eine optimale Unterstützung von verlustfreien und Best-Effort-Netzwerken

• Einführung der drei Profile AI Base, AI Full und HPC

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