SPP 2377:  Disruptive Hauptspeichertechnologien

• Fachliche Zuordnung: Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460954224

Seit Pioniere wie Konrad Zuse und John von Neumann den Grundstein für die heutigen Computer gelegt haben, ist der Speicher eine zentrale Komponente in praktisch jedem System. Im Laufe der Jahrzehnte hat sich die verwendete Hardware-Technologie weiterentwickelt, was zu größeren Kapazitäten und höheren Geschwindigkeiten führte, doch wesentliche Eigenschaften der Schnittstelle zwischen Hardware und Software sind gleich geblieben: Hauptspeicher ist flüchtig, passiv und weitgehend homogen. Mittlerweile sind diese typischen Speichereigenschaften in der Erwartung der Software-Entwickler fest verankert und manifestieren sich dementsprechend in deren Produkten.Derzeit beobachten wir nun eine Welle von Innovationen im Bereich der Speicher, die diese Annahmen zunichtemachen und in diesem Sinne für die komplette Software-Industrie und Informatik disruptiv sind. Beispielsweise erlauben neuere Server-Prozessoren den Einsatz nichtflüchtiger Hauptspeichermodule mit niedrigem Preis und sehr hoher Kapazität. Auch eingebettete Computersysteme werden immer häufiger mit nichtflüchtigen Speichern, zum Beispiel auf Basis von FRAM-Technologie, ausgestattet. Im Bereich des Hochleistungsrechnens gibt es nun Systeme mit hybriden Speichern, die extrem schnellen "High-Bandwidth Memory" mit klassischen Speichermodulen kombinieren. Intensiv gearbeitet wird auch an "In-Memory- und Near-Memory-Computing-Ansätzen", bei denen die traditionelle Von-Neumann-Architektur aufgegeben wird. Sie erlauben eine hohe Zahl paralleler Rechenoperationen auf Datenobjekten im Speicher mit einem enormen Potential für Leistungsverbesserungen.Insgesamt versprechen die aktuellen Innovationen vielfältige Verbesserungen für alle Computersysteme, zum Beispiel geringerer Energieverbrauch, höhere Verarbeitungsleistung, mehr Verlässlichkeit sowie Vereinfachung und dadurch Kostenreduktion. Wie man jedoch all diese Möglichkeiten für existierende und zukünftig komplett neu konzipierte Software (und damit Gesamtsysteme) nutzt, ist bisher weitgehend unklar.Das Ziel dieses Schwerpunktprogramms ist es daher, die Potentiale der aktuellen Entwicklungen im Bereich der Hauptspeichertechnologien und -architekturen zu erforschen und Methoden zu entwickeln, um diese trotz ihres disruptiven Charakters für System- und Anwendungssoftware zu erschließen. Um disruptive Speichertechnologien und ihre Auswirkungen auf die gesamte Speicherhierarchie zu beherrschen, sind vereinte Forschungsanstrengungen auf allen Ebenen des klassischen Systemsoftware-Stapels erforderlich.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Balancierung von Berechnungen in im-Speicher nichtflüchtigen heterogenen Systemen (Antragsteller Castrillon-Mazo, Jeronimo )
• Co-Design von rekonfigurierbaren Architekturen und Echtzeitsystemen für nicht-flüchtige Hauptspeicher (ARTS-NVM) (Antragsteller Chen, Jian-Jia ;  Henkel, Jörg )
• Ein universeller Framework für zuverlässiges Computing-in-Memory basierend auf aufkommenden nicht-flüchtigen Speichern (CIMware) (Antragsteller Tahoori, Ph.D., Mehdi B. )
• Eine allgemeine Speicher-Engine für moderne Speicherhierarchien (Antragsteller Kuhn, Michael ;  Saake, Gunter )
• FOSSIL: Betriebssystemeunterstützung zur Erschließung des Potentials nichtflüchtigen Speichers (Antragsteller Härtig, Hermann )
• HYPNOS - Co-Design persistenter energie-effizienter und leistungsstarker eingebetteter Prozessorysteme mit hybrid-volatiler Speicherorganisation (Antragsteller Teich, Jürgen ;  Wildermann, Stefan )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Spinczyk, Olaf )
• Memento: Energieeffiziente Speicherplatzierung (Antragsteller Hönig, Timo ;  Polze, Andreas )
• Memory Diplomat (MD) (Antragsteller Chen, Jian-Jia ;  Teubner, Jens )
• ParPerOS: Parallel Persistency OS (Antragsteller Dietrich, Christian ;  Lohmann, Daniel )
• Processing-In-Memory Primitive für das Datenmanagement (PIMPMe) (Antragsteller Sattler, Kai-Uwe )
• SMAUG: Systemübergreifende Modellierung und optimierte Nutzung disruptiver Hauptspeichertechnologien (Antragsteller Spinczyk, Olaf )
• Stromausfallbewusster byteadressierbarer virtueller nichtflüchtiger Speicher (PAVE) (Antragsteller Nolte, Jörg ;  Schröder-Preikschat, Wolfgang )
• VAMPIR – Virtualisierte nicht-funktionale Speichereigenschaften für Daten-Pipeline-Einplanung (Antragsteller Lehner, Wolfgang ;  Schirmeier, Horst )
• Zuverlässige persistente Speicherarchitektur (Antragsteller Bhatotia, Pramod )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Olaf Spinczyk