動的再構成が可能なストリーム処理ハードウェアに関する研究

可动态重构的流处理硬件研究

基本信息

批准号：
14J10862
负责人：
オゲヤースィン
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10862/
关键词：
データストリーム処理リアルタイム処理データストリーム管理システム（DSMS）継続的クエリクエリ・オフロードエンジン専用プログラマブルプロセッサ動的再構成 FPGA データストリーム管理システム (DSMS)

项目摘要

近年，データストリームに対するリアルタイム処理の重要性が高まってきている．特にストリーム処理に特化したデータストリーム管理システム（Data Stream Management System，DSMS）は，理論的に無限のデータストリームに対してSQLライクな継続的クエリを実行することでリアルタイム処理を実現する．このような背景の中で，増加し続けるデータ量に対してリアルタイムなレスポンスを提供する手段としてFPGA（field-programmable gate array）に代表されるプログラマブル・デバイスをクエリ処理専用のアクセラレータとして活用する取り組みが注目されている．本研究では，データストリーム処理におけるウィンドウ集約クエリの高速化を目的として，FPGAを用いたクエリ・アクセラレータの設計・評価を行った．本研究では，3つの異なる研究課題についてそれぞれの解決方法を示した．1つ目の研究課題として，従来研究のデータストリーム処理専用ハードウェアでは入力データ（タプル）の順序の乱れへの対応が考慮されていなかった問題が挙げられる．そこで本研究では，順序の乱れた入力タプルを許容する効率的なハードウェア実装方法を提案した．2つ目の研究課題は，オーバラップするスライディング・ウィンドウの増加に対して性能及び面積の観点からスケールしない問題を解決することである．本研究では，オーバラップするスライディング・ウィンドウをペイン（pane）と呼ばれるサブ・ウィンドウに分割することで，性能と面積の両観点において優れたスケーラビリティを実現した．3つ目の研究課題は，クエリ処理内容の変更に伴うオーバーヘッドによりクエリの実行時（ランタイム時）のコンフィギュレーションが困難な点である．本研究では，この問題を解決する動的再構成可能なクエリ・アクセラレータ「Configurable Query Processing Hardware (CQPH)」のアーキテクチャを提案した．

近年来，实时处理对数据流的重要性有所增加。特别是，专门从事流处理的数据流管理系统（DSMS）通过在无限数据流上执行类似SQL的连续查询来实现实时处理。在这种情况下，努力引起人们对使用可编程设备（例如现场编程的门阵列（FPGA））作为致力于查询处理的加速器的关注，作为一种为不断增加的数据提供实时响应的一种方式。在这项研究中，我们使用FPGA设计并评估了一个查询加速器，目的是加快数据流处理中的窗口聚合查询。在这项研究中，我们向三个不同的研究主题介绍了解决方案。第一个研究主题是，专门针对数据流处理的常规研究专用硬件没有考虑解决输入数据顺序（元组）的不平衡。因此，在这项研究中，我们提出了一种有效的硬件实施方法，该方法允许无法区分的输入元组。第二个研究主题是解决无法在性能和面积方面扩展的问题，以增加重叠的滑动窗口。在这项研究中，通过将重叠的滑动窗口划分为称为Panes的子窗口，我们在性能和区域都达到了出色的可扩展性。第三个研究主题是，由于与更改查询处理的内容相关的开销，运行（运行时）时很难配置查询。在这项研究中，我们为解决此问题的动态重新配置查询加速器“可配置查询处理硬件（CQPH）”提出了一个体系结构。