NVIDIA Mellanox 2018年発表の200Gbps InfiniBandリンク。HPC/AIクラスタ向け4xリンク累計1.6Tbps。
InfiniBand HDR（High Data Rate、200Gbps/lane）は、NVIDIA Mellanox（旧Mellanox Technologies、NVIDIAが2020年4月に**$6.9Bで買収）が2018年5月に発表したInfiniBand通信規格の世代区分の1つで、1レーン50Gbps PAM4+4レーン束ね200Gbps/portでHPC（高性能計算）+AIクラスタ向け超高帯域低遅延通信を実現した重要世代。EDR（Enhanced Data Rate、100Gbps、2014年）の倍速化+FDR（Fourteen Data Rate、56Gbps、2011年）の3.5倍速化+QDR（Quad Data Rate、40Gbps、2008年）の5倍速化と歴代InfiniBandが10年で5倍以上に進化した節目世代。注意: 本記事は既存「InfiniBand」（既存登録、InfiniBand全般）とは差別化し、HDR世代固有（200Gbps、ConnectX-6 Dx、Quantum HDR Switch、Frontier Supercomputer搭載等）の特徴に焦点を当てる。InfiniBand HDR ConnectX-6 Dx HCA（Host Channel Adapter）+Quantum HDR Edge Switch+Quantum HDR Director Switch等のNVIDIA Mellanoxインフラで構成され、HPC/AIスーパーコンピュータ+金融取引系+研究機関スーパーコンピュータで広く採用される。代表搭載機はFrontier Supercomputer**（2022年5月OAK Ridge国立研究所、世界初Exaflopsスパコン1.1 Eflops、HPE Cray EX235a + AMD EPYC 64-core×9,408 + AMD MI250X×37,632 + Slingshot 200Gbps相当）・Fugaku（2020年6月理化学研究所、富士通A64FX + Tofu Interconnect D 6.8Gbps×6方向）・Selene（2020年NVIDIA、A100×4,480 + InfiniBand HDR）・Eagle（2023年Microsoft Azure、AzureのHPC集合）。後継InfiniBand NDR（400Gbps、2021年6月発表）→XDR（800Gbps、2024年）→LDR（1.6Tbps、2025年予定）と発展、HDRは2018-2021年のHPC/AI標準として2024年現在も大量稼働中。遅延は**<600ns/hop**（往復<1.2μs）と低レイテンシ、SHARP（Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol、In-Network Computing）対応でMPI Allreduce等の集団通信を専用ハードウェアで高速化する独自機能。
| 規格 | 速度 | 発表年 | 物理層 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| InfiniBand QDR | 40Gbps | 2008 | 10G NRZ×4 | HPC初期 |
| InfiniBand FDR | 56Gbps | 2011 | 14G NRZ×4 |
| HPC普及 |
| InfiniBand EDR | 100Gbps | 2014 | 25G NRZ×4 | HPC主流 |
| InfiniBand HDR | 200Gbps | 2018 | 50G PAM4×4 | HPC/AI主流 |
| InfiniBand NDR | 400Gbps | 2021 | 100G PAM4×4 | AI/Exascale |
| InfiniBand XDR | 800Gbps | 2024 | 200G PAM4×4 | AI次世代 |
InfiniBand HDRは完全にエンタープライズ・HPC/AIスーパーコンピュータ向け仕様で、コンシューマ自作PC市場には存在しない。HCA（Host Channel Adapter）カードはNVIDIA Mellanox ConnectX-6 Dx等で**$2,000-5,000の価格、Quantum HDR Edge Switchは$50,000-200,000**+大規模スイッチ$500,000-$2M+の業務用機材。個人ユーザーがInfiniBand HDRを利用するシナリオは皆無に近く、唯一の現実的接近はAWS/Azure/GCPのInfiniBand対応HPCインスタンス（AWS p4d/p5 instance・Azure HBv3-series・Google Cloud H3等）のクラウドレンタル。研究機関・大学スパコンの利用申請+利用も可能だが、自作PC市場とは無縁の技術領域。InfiniBand HDR の理解はHPC/AI研究+HPCシステム設計+並列計算アーキテクチャ等の専門家向け。
EDR（100Gbps、2014年）は前世代でInfiniBand普及期の主流、HDRは2018年以降の倍速化版。NDR（400Gbps、2021年6月発表）はHDR後継で、Frontierスパコン以降のExascale級システムで主流。XDR（800Gbps、2024年）+LDR（1.6Tbps、2025年予定）は次々世代+次々々世代。Ethernet 800GbE（IEEE 802.3df、2024年）は同時代直接競合だが、Ethernetは汎用ネットワーク用途+高遅延、InfiniBand HDRはHPC専用低遅延+SHARP等のIn-Network Computing機能で住み分け。HPE Slingshot（2019年Cray買収後HPE、Frontierスパコン採用）はInfiniBand派生のHPE独自実装。
Q1: InfiniBandと10/100GbEの違いは？ A: ①遅延（IB <600ns vs Ethernet ~1μs）、②帯域（IB 200/400Gbps vs Eth 100/400Gbps）、③SHARP等のIn-Network Computing機能（IB独自）、④HPC/AI最適化MPI動作（IB専用最適化）の4点でIBが優位。HPC/AI用途ではIB一強、汎用ネットワーク用途はEthernet優位です。
Q2: NVIDIA買収でInfiniBandは独占？ A: NVIDIAが2020年4月Mellanox買収後、HDR/NDR/XDR/LDR世代はNVIDIAの独占に近い状況。Cornelis Networks（旧Intel Omni-Path、2024年）等が代替を提供しますがシェアは限定的、HPC/AI市場の80%以上がNVIDIA Mellanox InfiniBandを採用しています。
Q3: SHARPとは？ A: Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocolの略で、ConnectX-6 Dx HCA+Quantum HDR SwitchがMPI集団通信（Allreduce/Reduce/Broadcast等）をネットワーク内で並列実行する独自技術。AI訓練のAllreduce処理をスイッチ内で完結させ、CPU-GPU間のオフロードで処理速度を10倍以上向上させます。