Hardware/Software Co-Design für Datenverarbeitung nahe am Speicherort in Modernen Datenbanksystemen

Mit den fortgeschrittenen Halbleitertechnologien ist es heutzutage wirtschaftlich geworden, Kombinationen von modernem Halbleiter-Speicher (z.B. nichtflüchtige Speicher) und leistungsstarken Rechnereinheiten (FPGA, GPU, many-core CPU) auf dem gleichen Gerät herzustellen und so intelligente Speichersysteme zu realisieren. Datentransfers sind in Zeiten exponentiellen Datenwachstums zu einem limitierenden Faktor geworden, da sie blockierender Natur sind, häufig auftreten, und die Skalierbarkeit einschränken. Bisherige Lösungsansätze basieren aber überwiegend auf 40 Jahre alten Architekturen, die die Daten vom Speicherort zu einer Verarbeitungseinheit transportieren. Diese Vorgehensweise kostet nicht nur Zeit, sondern hat zunehmend auch einen bemerkbaren Energieaufwand. Die sogenannte "memory wall" und der "von Neumann-bottleneck" verstärken zusätzlich die negativen Auswirkungen. Der vorliegende Projektantrag zielt darauf ab, neue Architekturen, Abstraktionen und Algorithmen für intelligente Datenbankablagen zu erforschen, die stattdessen die Berechnungen unmittelbar in die Nähe der Datenspeicher (NDP) verschieben können. Wir streben intelligente Speichergeräte an, die nichtflüchtige Speicher oder 3D-DRAM der nächsten Generation (wie das HMC), sowie auch FPGAs als hardware-beschleunigte Recheneinheiten umfassen. Wir beabsichtigen, folgende Forschungsfragen zu untersuchen: 1) Unterstützung für NDP auch in Update-Umgebungen und für hybride Arbeitslasten. 2) Unterstützung für NDP in Datenbanksystemen auf nichtflüchtigen Speichern und NDP-Unterstützung für deklarative Daten-Layouts. 3) Einsatz von Shared Virtual Memory in solchen NDP-Umgebungen.