ECAT: Aktivierung der Rechnerarchitektur der Zukunft

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jeronimo Castrillon-Mazo; Professor Dr. Nima TaheriNejad
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569133238

Heutige Computerarchitekturen sind mit mehreren Einschränkungen konfrontiert, wie z. B. hohem (statischem) Stromverbrauch, nicht ausreichender Rechengeschwindigkeit, verringerter Zuverlässigkeit, hohen Kosten und Skalierungsproblemen. Gleichzeitig steigt der Bedarf an Leistung und Energieeffizienz immer weiter. Um die Einschränkungen heutiger Computerarchitekturen zu überwinden, sollten zukünftige Computersysteme sowohl neue Technologien als auch neuartige Computerparadigmen nutzen, was zu effizienten heterogenen Architekturen führen würde. Angesichts der Vielfalt an Technologie, Schaltungen und Architektur ist der gesamte Entwurfsraum (Design Space) für die zukünftige Computerarchitektur immens; Die Auswahl von Recheneinheiten sowie deren Implementierung und die Zuweisung von Anwendungen auf diesen heterogenen Architekturen ist eine sehr komplexe Aufgabe. Obwohl die Literatur reich an Versuchen ist, neue Recheneinheiten, Methoden und Architekturen vorzuschlagen, fehlt immer noch ein systematischer und umfassender Ansatz, um verschiedene mögliche Architekturen effizient zu untersuchen und verschiedene Lösungen in einem angemessenen Zeitrahmen fair zu vergleichen. ECAT möchte diese Lücke schließen, indem es ein Open-Source-Full-Stack-Ökosystem zur Untersuchung der zukünftigen Computerarchitekturen bereitstellt. Zu diesem Zweck nutzt ECAT In-Memory-, Near-Memory- und Approximations-Computing-Paradigmen im Lichte neuer Technologien. Um das zu erreichen sind neue Modelle, Methoden und Frameworks für die Erforschung und Bewertung dieser neuartigen heterogenen Computerarchitekturen erforderlich. ECAT geht auf diesen Bedarf ein, indem es konfigurierbare Modelle auf Geräte-, Komponenten- und Systemebene sowie die entsprechenden Programmiermodellschnittstellen und einen vollständigen Simulator auf Systemebene erforscht und entwickelt. Modelle verschiedener Computing Elements (CEs) auf Geräte- und Komponentenebene werden von der zugrunde liegenden Technologie abstrahiert und ermöglichen so eine Integration auf Systemebene. Programmiermodellschnittstellen ermöglichen die Generierung von Anwendungscode, der auf den CEs bereitgestellt werden kann. Ein Simulator auf Systemebene ist der Schlüssel zur Bewertung der Vorteile der Ausführung einer bestimmten Anwendung auf der heterogenen Zielrechnerarchitektur im Hinblick auf Energie, Genauigkeit und Leistung. Das ECAT-Ökosystem wird eine schnelle und vertrauenswürdige Design-Space-Sondierung zukünftiger heterogener Computersysteme ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Alberto Bosio, Ph.D.; Professor Dr. Olivier Sentieys