Prof. Dr. Frank Bellosa

Kurzbeschreibung

Primitive aus dem Feld der Verteilten Systeme wie Konsensus spielen eine wichtige Rolle im heutigem Einsatz von Applikationen. Koordinationsmechanismen sind besonders in Datenzentren vonnöten, da Anwendungen dort oft über mehrere Server verteilt ausgeführt werden. Die Bibliotheken und bestehende Anwendungen, welche solche Dienste bereitstellen, teilen sich Prozessorzeit mit anderen Programmen und dem Betriebssystem. Damit sind sie unvorhersehbaren Latenzspitzen ausgesetzt, was sich meist in schlechterer Leistung niederschlägt. Um diesen Effekten entgegenzutreten ist eine Implementierung dieser auf FPGAs naheliegend FPGAs sind eine Art von Recheneinheit welche durch ihr besonderes Rechenmodell und ihrer Nähe zu Netzwerkadaptern extrem schnelle und stabile Kommunikation erreichen. Dies wird durch die Integration von FPGAs in netzwerkfähigen PCIe-Erweiterungskarten ermöglicht.
Diese Masterarbeit analysiert die Latenz und Bandbreite dieser Beschleuniger in einer Datenzentren ähnlichen Umgebung. In dieser Arbeit wird zusätzlich eine Abstraktion zur vereinfachten Implementierung von verteilten, synchronen Algorithmen geschaffen. Darauf basierend wird ein existierender Konsensalgorithmus implementiert, und mit Bezug auf bereits bestehende Werke evaluiert und verglichen. Um dies Umzusetzen werden mehrere, kleinere, Versuche durchgeführt, sowie das Gesamtsystem gemessen. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der entwickelten Abstraktionen, die 100 Gigabit/s Netzwerkverbindungen auszulasten. Dies wird mit sehr geringen zusätzlichen Latenzen und extrem geringer Implementierungskosten auf dem FPGA umgesetzt. Hiermit eröffnet sich die Möglichkeit, bisher kaum genutzte, synchrone, verteile Algorithmen zu implementieren. Zusätzlich wird hierbei der Implementierungsaufwand erheblich reduziert.

BibTex:

@masterthesis{Deterministic PU (detPU),
  author = {Philipp Ludwig Waldemar Berdesinski},
  title = {Deterministic PU (detPU): FPGA-based fast, flexible coordination for datacenters},
  type = {Master Thesis},
  year = 2025,
  month = jan# "02",
  school = {Operating Systems Group, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany}
  }