Motivation
Schon heute erweist sich für viele Big-Data/Cloud-Anwendungen der Transport von Daten zwischen Massenspeichern und Servern als problematischer Flaschenhals. Die Datenübertragungsrate auf herkömmlichen Speichern ist oft langsamer als die Rechenzeit in den Datenzentren. Somit können die Rechenkapazitäten nicht vollkommen ausgeschöpft werden. Im KMU-innovativ Verbundprojekt „PANDAS“ wird ein intelligenter Massenspeicher mit optimierter Software entwickelt, um die Rechenleistung und Energieeffizienz zu steigern.
Ziele und Vorgehen
Ziel ist es, den Datentransport so weit wie möglich zu vermeiden, indem nahe am physikalischen Speicherort der Daten gerechnet wird. Als Basis wird eine neuartige Hardware-Erweiterungskarte entwickelt, die eine Vielzahl von parallel zugreifbaren Bänken von Halbleiterspeichern in Flash-Technologie aufweist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Festplatten, bei der die Daten magnetisch gespeichert werden, findet die Speicherung auf Flash-Speichern mit Hilfe von elektrischen Ladungen statt. Zusammen mit der parallelen Architektur können damit weitaus höhere Datenübertragungsraten erzielt werden. An diesen Speicherbanken können dann unmittelbar, ohne weiteren Datentransport, Datenverarbeitungsoperationen stattfinden. Da konventionelle software-programmierte Mikroprozessoren mit den breiten Datenströmen des direkten Speicheranschlusses oft überlastet sind, werden im Projekt ergänzend bestimmte Operationen nicht wie üblich in Software, sondern durch speziell darauf optimierte Hardware-Beschleuniger ausgeführt. Diese können durch ihre Spezialisierung einen deutlich höheren Datendurchsatz und reduzierte Antwortzeiten erreichen. Um die Nutzung der PANDAS-Plattform für verschiedenste Anwendungen zu ermöglichen, werden die Hardware-Beschleuniger auf einer speziellen Art von Chip realisiert, dem Field Programmable Gate Array (FPGA). Seine aktuellen Funktionen können mittels Rekonfiguration auch nach der Chip-Fertigung geändert werden. Im Projekt entstehen dazu Programmierwerkzeuge, mit denen auch Anwendungsexperten ohne vertiefte Kenntnisse des Hardware- Entwurfs die Plattform produktiv nutzen können.
Innovationen und Perspektiven
Die in PANDAS zu entwickelnden Technologien können dem Projektpartner PRO DESIGN Electronic GmbH als Basis für die Entwicklung neuer Hardware für den Datenzentrenbereich dienen. Der Partner Xelera Technologies GmbH kann unter Nutzung dieser neuen Hardware sein bisheriges Produktportfolio zur Beschleunigung von Rechen- und Kommunikationsaufgaben auch auf den Bereich der Datenspeicherung ausweiten. Die beiden akademischen Partner Technische Universität Darmstadt und Hochschule Reutlingen werden den PANDAS-Prototypen als Hardware-Plattform in ihren weitergehenden Forschungen nutzen und die durch die enge Kooperation mit High-Tech-Industriepartnern gewonnenen Erfahrungen auch in ihre Lehre einbringen.