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Projekt
VAMPIR – Virtualisierte nicht-funktionale Speichereigenschaften für Daten-Pipeline-Einplanung
Fachliche Zuordnung
Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502444078
Die jüngsten Fortschritte bei moderner Hardware können als Wendepunkt für das HW/SW-Codesign angesehen werden. Vor allem im Bereich der Speichertechnik hat sich ein beispielloser Wandel vollzogen: Neuartige Techniken haben das traditionelle Bild der Speicherhierarchie verwischt; nichtflüchtiger Arbeitsspeicher ist sicherlich das prominenteste Beispiel, das dieses Paradigma in Frage stellt. Aber auch sehr große Caches, High-Bandwidth-Memory (HBM), Non-Uniform Memory Access (NUMA) oder sogar Remote-Memory-Designs und extrem schnelle SSDs gesellen sich zu NVRAM in der heterogenen Palette der verfügbaren Speichertechniken. Folglich ist das mentale Bild nun eher das eines Pools von Speichertechniken, die jeweils in einem mehrdimensionalen Designraum positioniert sind. Leider macht es dieser große Freiheitsgrad den Anwendungen schwer, diese Speicher effizient und effektiv zu nutzen.Im Rahmen unseres geplanten VAMPIR-Projekts verfolgen wir die Forschungshypothese, dass nur ein adäquates und innovatives BS/Anwendungs-Co-Design die individuellen Eigenschaften heterogener Speicher voll einbeziehen und ausnutzen kann. Auf der einen Seite sehen wir einen klaren Bedarf für ein Betriebssystem (BS), das mehr als nur Zugriff auf Speicher bietet, sondern eine virtualisierte Speicherschicht mit Funktionen jenseits virtueller Adressräume bereitstellt. So sollte das BS beispielsweise transparent Komprimierung, Verschlüsselung oder erhöhte Fehlertoleranz bis hin zu n-modularer Redundanz für Speicherzuweisungen bieten. Andererseits stellen wir uns vor, dass künftige Anwendungen sehr viel deskriptiver mit dem BS kommunizieren und individuelle, von der Anwendung benötigte Eigenschaften aushandeln. Für diesen Aspekt konzentrieren wir uns auf die Klasse der datenintensiven Anwendungen, die einzelne Datenströme einsetzen, die aus (a) einem Netzwerk von abhängigen Datenpipelines mit nicht blockierenden Operatoren entlang einer Pipeline und (b) blockierenden Operatoren als Verbindungspunkte zwischen Pipelines bestehen.Im Rahmen des SPP 2377 zielt unser VAMPIR-Projekt genau auf das Zusammenspiel der Optimierung der Ausführung datenintensiver Anwendungen auf der Basis von Datenpipelines im Hinblick auf virtualisierte nicht-funktionale Speichereigenschaften auf disruptiven Speichertechnologien. Unsere Kernidee besteht darin, (a) die Fähigkeit eines BS, Speicherzuweisungen in Bezug auf nicht-funktionale Anforderungen – sowohl in Bezug auf Fähigkeiten als auch auf zeitliche Eigenschaften – bereitzustellen, mit (b) der Möglichkeit der Verarbeitung von Datenpipelines mit einem vordefinierten Zeitplan für Pipeline-Ausführungen und abhängigen Speicheranforderungen zu kombinieren. Wir beabsichtigen, diese Kombination in einer bidirektionalen Weise zu untersuchen, um die Aushandlung von Speicheranforderungen und -bereitstellung zu ermöglichen und so die Grenzen des BS/Anwendungs-Co-Designs auszuloten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 2377:
Disruptive Hauptspeichertechnologien
Mitverantwortlich
Professor Dr.-Ing. Dirk Habich
