Erforschung netzwerkgekoppelter Beschleuniger für energieeffizientes heterogenes High-Performance-Computing; NAAICE (Network-attached accelerators in heterogeneous computing environments)

Abstract

As part of the project Network-Coupled Accelerators for Energy-Efficient Heterogeneous Computing (NAAICE), the goal is to increase the energy efficiency of HPC applications and thus also of HPC data centers through the use of standalone, network-coupled FPGA-based accelerators. In contrast to traditional solutions, the previously tight coupling between the host system and the FPGA accelerator via the system bus (e.g., PCIe) is eliminated. Instead, a loose coupling is established between the nodes of the HPC data center and the FPGAs via the high-speed network, where the network connection is implemented directly on the FPGA. Unlike the close coupling to the host computer, these so-called network-attached accelerators allow for greater flexibility in combining different nodes and accelerators. The increased flexibility provided by the network connection enables cost-effective use of FPGAs. Furthermore, by eliminating the need for host computers, the demand for raw materials during the manufacturing phase is significantly reduced. Im Rahmen des Projektes Netzwerkgekoppelte Beschleuniger für energieeffizientes heterogenes Rechnen (NAAICE) soll durch den Einsatz von alleinstehenden, netzwerkgekoppelten FPGA-basierten Beschleunigern die Energieeffizienz von HPC-Anwendungen und somit auch von HPC-Rechenzentren gesteigert werden. Im Gegensatz zu klassischen Lösungen wird die bisher enge Kopplung zwischen Trägersystem und FPGA-Beschleuniger über den Systembus (bspw. PCIe) aufgelöst. Stattdessen wird eine lose Kopplung zwischen den Knoten des HPC-Rechenzentrums und den FPGAs über das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk hergestellt, wobei die Netzanbindung direkt auf dem FPGA realisiert wird. Anders als die enge Bindung an den Trägerrechner erlauben diese sogenannten Network-Attached Accellerators eine höhere Flexibilität bei der Kombination verschiedener Knoten und Beschleuniger. Durch die erhöhte Flexibilität durch die Netzanbindung wird ein ökonomischer Einsatz von FPGAs ermöglicht. Durch die Einsparung der Trägerrechner reduziert sich zudem der Rohstoffbedarf in der Herstellungsphase signifikant.