Skyrmionics-gewahre und Übersetzer-zentrierte Racetrack Architektur

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jeronimo Castrillon-Mazo; Professor Dr. Jian-Jia Chen
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565882679

Neben der weitverbreiteten Anwendung konventioneller, flüchtiger Speichertechnologien, gibt es einen großen Fokus der Forschung auf aufstrebende nichtflüchtige Speichertechnologien, die bereits heute praktische Anwendung finden. Nach heutigem Stand versprechen diese Technologien größere Integrationsdichte, niedrigeren Energiedurchsatz und kürzere Zugriffslatenzen im Vergleich zu konventionellen Speichern. Einige spezielle Technologien, wie Ferroelektische Feldeffekt Transistoren (FeFETs) und Racetrack Speicher (RTMs), eröffnen großes Verbesserungspotential durch kontinuierliche Forschung. Im Vergleich zu anderen NVMs versprechen skyrmion basierte racetrack Speicher (SK-RTMs) eine mindestens zehnfach größere Speicherdichte mit praktisch unbegrenzter Lebensdauer. Darüber hinaus wurde hohes Potential für die Implementierung verschiedener logischer und arithmetischer Operatoren bereits demonstriert. Andererseits bringen SK-RTMs eine eigene und einzigartige Menge an Herausforderungen mit sich. Hierzu gehören die Verschiebe-Operationen, die mit den sequenziellen Zugriffen einhergehen, und erhöhte Latenzen, sowie Energiedurchsätze verursachen. Zudem kann es zu falschen Verschiebungen kommen. Darüber hinaus können langen Sequenzen von Null-Bits zu Fehlern führen. Auch wenn es vereinzelte Hardware- und Softwareoptimierungen für SK-RTMs gibt, die die Geschwindigkeit und den Energiedurchsatz verbessern, sind übergreifende Ansätze weitgehend unerforscht. Im Rahmen des SKYWALKER-Projekts werden wir SK-RTM-basierte Systeme untersuchen und übergreifende Optimierungen erforschen. Wir werden verschiedene Aspekte von SK-RTM-basierten Systemen mit Blick auf ihrer vielfältigen Zugriffsmuster und Datenrepräsentationen untersuchen. Das Projekt findet zwischen zwei deutschen Universitäten und vier taiwanesischen Partnern statt, die jeweils Fachkenntnisse in orthogonalen und ergänzenden Bereichen einbringen. Diese sind zum Beispiel RTM Technologien selbst, Systementwurf, Compiler-Optimierung und Laufzeitoptimierung. Dieses Projekt zielt auf Optimierungsstrategien auf verschiedenen Ebenen ab, sowie darauf, übergreifende Lösungen zu entwickeln, um die Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Energieeffizienz der SK-RTMs zu verbessern. Zur praktischen Evaluierung werden unsere Open-Source-Simulationstools (gem5 und RTSim) als Grundlagen dienen und um SK-RTM Unterstützung erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yuan-Hao Chang; Professor Dr. Meng-Fan Chang; Professor Shuo-Han Chen; Professor Po-Chun Huang