Memento: Energieeffiziente Speicherplatzierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Timo Hönig; Professor Dr. Andreas Polze
• Fachliche Zuordnung: Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502228341

Speichertechnologien entwickeln sich rasch weiter, somit müssen Systemsoftware und Programmiermodelle auf der Softwareebene aufholen, um energieeffiziente Systeme zu ermöglichen. Das Projekt Memento hat zum Ziel den aktuellen Stand der Technik in dieser Hinsicht voranzutreiben, indem energieeffiziente Speicherplatzierungsstrategien für disruptive Speichersysteme genutzt werden.Neuartige Speichertechnologien haben zu einer Verschiebung der grundlegenden Entwurfsprinzipien in der Computerarchitektur geführt: Während früher die Eigenschaften von Speicherressourcen hinreichend ähnlich waren, um ein hohes Maß an Abstraktion aus der Programmierperspektive und Sicht von Systemdesignern zu ermöglichen, fehlt diesen Abstraktionen nun die Ausdruckskraft, um die aktuelle Diversifizierung der Speichertechnologien und -eigenschaften zu erfassen. In Anbetracht der gesellschaftlichen Bedeutung wirtschaftlicher und ökologischer Belange im Bereich der Computertechnologie ist es von entscheidender Bedeutung, dass jede Speichertechnologie ihr volles Potenzial ausschöpft, um sowohl Leistungs- als auch Energieeffizienzziele zu erreichen. Neue Speichertechnologien wie der byteadressierbare nichtflüchtige Speicher (NVM), Speicher mit hoher Bandbreite (HBM) und Grafik-DDR-Speicher (GDDR) werden zunehmend als ergänzende Speicher neben den herkömmlichen Hauptspeicherressourcen eingesetzt. Systemsoftware und Programmiermodelle müssen jedoch mit diesem raschen Wandel auf der Hardware-Ebene Schritt halten. Etablierte Ressourcenabstraktionen verbergen weitgehend die einzigartigen Eigenschaften (z.B. Persistenzgarantien, geringer Energiebedarf) von disruptiven Speichertechnologien. Dies verhindert Optimierungsstrategien, die proaktive Schlussfolgerungen über die Platzierung von zugewiesenen Speicherpartitionen und die daraus resultierenden Auswirkungen auf Leistung und Energieverbrauch beinhalten.Das Projekt Memento adressiert die Unzulänglichkeiten des gegenwärtigen Stands der Technik mit Methoden zur Analyse sowohl des Programmcodes zur Entwicklungszeit, seiner Betriebscharakteristika zur Laufzeit als auch der Charakteristika der Speicherressourcen zur Zeit der Inbetriebnahme des Systems. Mit dem Ziel die Gesamtenergieeffizienz zu verbessern, legt die vorgeschlagene Memento-Notation ein Format fest, das den Austausch, die Interpretation und die kontinuierliche Verfeinerung von Analyseergebnissen erleichtert. Diese Informationen werden durch eine Programmierschnittstelle ergänzt, die explizite Kontrolle über die Anforderungen an die Speicherplatzierung bietet. Beide Informationsquellen fließen in einen auf Betriebssystemebene implementierten Memory Governor ein, der strategische Speicherplatzierungsentscheidungen trifft und den Energiebedarf des Systems gezielt reduziert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2377: Disruptive Hauptspeichertechnologien