Serverlose In-Network-Beschleunigung mit FPGAs (SINA)

• Antragsteller: Professor Dr. Marco Platzner; Professor Lin Wang, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566724436

Die Datenverarbeitung in Rechenzentren ist für Online-Dienste von entscheidender Bedeutung, doch die Verlangsamung des Mooreschen Gesetzes und die zunehmende Menge zu übertragender Daten stellen eine Herausforderung dar. Innovationen wie das netzinterne Rechnen, das Berechnungen während der Datenübertragung beschleunigt, haben erhebliche Leistungssteigerungen gezeigt. Die Akzeptanz wird jedoch durch mangelnde Flexibilität bei der Entwicklung und Bereitstellung behindert: (1) Die Entwickler müssen die Dienste an bestimmte Netzkonfigurationen und Gerätebeschränkungen anpassen. (2) Die Aktualisierung der bereitgestellten Dienste unterbricht den kritischen Netzbetrieb. Darüber hinaus zögern die Betreiber von Rechenzentren aufgrund von Komplexität und Sicherheitsbedenken, Netzwerkdetails und Ressourcen offenzulegen. Das Hauptforschungsziel des Projekts SINA (Serverlose In-Network-Beschleunigung mit FPGAs) besteht darin, In-Network-Computing durch serverlose In-Network-Beschleunigung mit FPGAs zu einem akzeptierten Ansatz zu machen. FPGAs, die in programmierbare Netzwerkgeräte integriert sind, werden als allgemeine Beschleuniger eingesetzt, die die Einschränkungen aktueller Netzwerkgeräte überwinden und eine flexible Entwicklung von netzinternen Diensten ermöglichen. Durch die Einbeziehung des serverlosen Modells in die netzinterne Datenverarbeitung werden Dienste von der Netzinfrastruktur entkoppelt, was eine flexible Bereitstellung erleichtert. Diese Kombination räumt Bedenken der Betreiber von Rechenzentren aus, da die Kernkomponenten des Netzwerks unbelastet bleiben. Mit SINA können verteilte Anwendungen aufwändige Berechnungen auf netzwerkintegrierte Beschleuniger als serverlose Funktionen auf FPGAs auslagern und so die Leistung und Effizienz steigern. SINA wird sein Ziel durch folgende Beiträge erreichen: Zunächst werden wir eine serverlose Laufzeitumgebung für netzwerkintegrierte FPGAs entwickeln, die auf unserer früheren Arbeit ReconOS basiert, und diese erweitern, um Funktionskompositionen zu unterstützen, die mit programmierbaren Netzwerkkomponenten koordiniert werden. Dann werden wir Abstraktionen und Frameworks mit einem neuen Programmiermodell auf der Grundlage unserer früheren Arbeit NetCL, ein zweistufiges Ressourcenmanagement-Framework und Mechanismen für Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz entwickeln. Schließlich werden wir einen Prototyp aufbauen und mehrere populäre netzinterne Dienste sowie SINA-gestützte Anwendungen als Fallstudien implementieren. SINA wird die nächste Generation der Datenverarbeitung im Rechenzentrum anführen und das Potenzial des Hardware-Software-Codesigns für integrierte Datenverarbeitung und Kommunikation demonstrieren. Durch die Flexibilisierung des In-Network-Computing wird SINA dazu beitragen, die Leistung und Effizienz von Millionen von Rechenzentrumsdiensten zu steigern, die unsere digitale Gesellschaft antreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen