ACCROSS: Approximatives Rechnen über die Systemebenen hinweg

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hussam Amrouch, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Jörg Henkel; Professor Dr. Hans-Joachim Wunderlich
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428566201

Rechnersysteme haben in ihrer Entwicklung einen Punkt erreicht, an dem signifikante Verbesserungen der Effizienz nur noch sehr schwierig zu realisieren sind. Die Hauptursache hierfür liegt in grundlegenden Grenzen bezüglich der Leistungsdichte und der Effizienz als Folge der nicht mehr gültigen Dennard-Skalierung als auch in grösser werdenden Problemen bezüglich der Zuverlässigkeit.Approximatives Rechnen (Approximate Computing) wägt die für Berechnungen benötigte Präzision gegen Faktoren wie Leistungsaufnahme, Energiebedarf, Speicherplatz, Bandbreite oder Rechenleistung ab. Dabei kann dieses Paradigma sowohl auf die Hardware als auch auf die Software und die Algorithmen gleichermaßen angewendet werden. Durch die Bereitstellung zusätzlicher Entwurfs- und Laufzeitparameter ermöglicht Approximatives Rechnen pareto-optimale, effiziente Entwurfslösungen. Das Anwendungsspektrum ist dabei derzeit noch recht begrenzt. Eine signifikante Erweiterung dieses Spektrums einschließlich Anwendungen, die nicht inhärent fehlertolerant sind, ist daher unbedingt erforderlich. Das Projekt ACCROSS begegnet dieser Herausforderung mit einem die Abstraktions-Ebenen übergreifenden Ansatz für die Analyse und Optimierung, der mehrere System-Ebenen (wenn auch nicht alle) von der Anwendung bis hinab zur Hardware betrachtet. Auf den höheren Ebenen deckt ACCROSS die Analyse von Anwendungen und Algorithmen aus unterschiedlichen Berechnungsproblemklassen ab, um das Anwendungsspektrum approximativen Rechnens zu erweitern. Dabei werden neue Methoden für die Analyse des Approximierungspotentials in Anwendungen, die Anpassung bestehender Anwendungen, sowie der Quantifizierung und Ausnutzung des potentiellen Effizienzgewinns entwickelt. Darüber hinaus werden neue Methoden für die Laufzeitkombination verschiedener Approximierungstechniken auf unterschiedlichen Systemebenen entwickelt, die eine Steigerung der Rechenleistung und Energieffizienz zur Laufzeit ermöglichen. Neue Fehlermetriken und Methoden für die Laufzeitüberwachung der Genauigkeit bei approximativen Berechnungen werden zur Verfügung gestellt, um die Qualität der Ergebnisse trotz des Einsatzes von Approximativem Rechnen garantieren zu können. Auf den unteren Abstraktions-Ebenen deckt das Projekt ACCROSS die systematische Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen reduzierter Sicherheitsmargen beim Entwurf ab, die zu einem approximativen Verhalten und einer verbesserten Effizienz führen können. Es werden neue abstrakte, aber hinreichend genaue Modelle, die die Hardware und Software verknüpfen, bereitgestellt, so dass die Entwickler den Einfluss von Approximationen auf die Effizienz und die Qualität der Ergebnisse über das gesamte System hinweg genau quantifizieren können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen