Projenin Türkçe hazırlanmış Hakkında metni sayfanın ilerleyen kısımlarında bulunmaktadır.

ACCLOUD (ACcelerated CLOUD): A Novel, FPGA Accelerated Cloud Architecture

Principle Investigator: Prof. Ece Güran Schmidt

Project Manager: Prof. Ece Güran Schmidt (METU EEE), Alper Yazar, MSc (ASELSAN)

Project Type: TÜBİTAK/ARDEB 1003 - Primary Subjects R&D Funding Program

Project Duration: 36 Months

Project Start Date: April 2018

Project Budget: 1,117,059.00 TL

Funded Personnel: 1 PhD (full-time, 36 months), 2 MSc (full-time, 18 months) student(s)

The data centers of today are mostly cloud based with virtualized servers to provide on-demand scalability and flexibility of the available resources such as CPU, memory, data storage and network bandwidth. A cloud data center provider may offer resources as IaaS, PaaS and SaaS.

In this respect, it is necessary to maintain a proper mapping of the virtual resources to the underlying physical hardware. This is a particularly difficult task, considering the cloud resource heterogeneity, the unpredictable nature of workload, and the diversified objectives of cloud users. Finally, it is desirable to always select the most appropriate resource type depending on the user requests.

FPGAs increase the popularity of hardware accelerators which can provide better performance and less energy consumption depending on the problem properties and size. To this end, the very recent research focuses on employing hardware resources in cloud based data centers. Integrating hardware resources in the cloud based data center should be seamless, together with virtualization and dynamic resource allocation capabilities.

This project proposes a novel architecture for cloud-based data centers that we call ACCLOUD (ACcelerated CLOUD). The proposed architecture features FPGA hardware resources that can be offered to users in the scope of IaaS, PaaS and SaaS. To this end, we propose augmenting the cloud servers with FPGA as well as to employ standalone FPGA units. The FPGA resources are virtualized using a number of run-time partially reconfigurable regions. We propose to use the OpenStack software framework to allocate these partially reconfigurable regions to the users together with other virtualized computing resources. To this end, the first major contribution of this project is offering hardware resources as IaaS, PaaS and SaaS in the ACCLOUD architecture different from all previous work.

The second major contribution is the entirely novel resource management approach ACCLOUD-MAN that incorporates the hardware resources into the existing CPU, memory, bandwidth and disk resources and coordinates the IaaS, PaaS and SaaS management. To this end, ACCLOUD-MAN achieves near globally optimum resource allocation together with increased performance by employing hardware resources for SaaS whenever appropriate.

The third major contribution of the project is the extensive optimization evaluation, simulation and real test bed implementation and evaluation of ACCLOUD and ACCLOUD-MAN.

The project is proposed in the form of one main project (METU) with one sub-project (ASELSAN) together with competent project teams. The METU project team has experience in research and development of high speed hardware architectures for computer networking and network processing. The ASELSAN project team has experience in the development and implementation of advanced FPGA-based architectures.

ACCLOUD (ACcelerated CLOUD): FPGA ile Hızlandırılmış Yenilikçi Bir Bulut Mimarisi

Baş Araştırmacı: Prof. Dr. Ece Güran Schmidt

Proje Yöneticileri: Prof. Dr. Ece Güran Schmidt (ODTÜ EEMB), Yük. Müh. Alper Yazar (ASELSAN)

Proje Tipi: TÜBİTAK/ARDEB 1003 – Öncelikli Alanlar Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı

Proje Süresi: 36 Ay

Proje Başlangıcı: Nisan 2018

Proje Bütçesi: 1.117.059,00 TL

Desteklenen Kişiler: 1 doktora öğrencisi (tam zamanlı, 36 ay), 2 yüksek lisans öğrencisi (tam zamanlı, 18 ay)

Günümüzde veri merkezlerinin çoğu CPU, hafıza, depolama, ağ bant genişliği gibi kaynakları ölçeklendirilebilir ve esnek şekilde sunabilmek için sanal sunuculardan oluşan bulut tabanlı hizmetler sunmaktadır. Bir bulut veri merkezi kaynakları kullanıcılara IaaS, PaaS ve SaaS hizmetleri şeklinde sunabilir.

Altyapıda bulunan fiziksel donanım kaynakları ile sunulan sanal kaynakların arasındaki ilişkinin düzgün kurulması gerekmektedir. Bulut kaynaklarının heterojenliği, gelecek iş yükünün doğası gereği tahmin edilemez olması ve bulut kullanıcılarının beklentilerinin farklılıkları düşünüldüğü zaman bu zor bir problemdir. Nihai olarak istenen, kullanıcının ihtiyacına en uygun kaynağı seçip kullandırmaktır.

Bir yandan da FPGA’lerin donanım hızlandırıcı olarak kullanılması problemlerin özelliği ve boyutuna bağlı olarak sağladıkları daha iyi performans ve daha az güç tüketiminden dolayı gittikçe yaygınlaşmaktadır. En güncel çalışmalarda FPGA gibi donanım kaynaklarının bulut tabanlı veri merkezlerinde kullanımı incelenmektedir. Sanallaştırma ve dinamik kaynak ataması özellikler kullanılarak donanım kaynakları kusursuz bir şekilde bulut temelli veri merkezlerine entegre edilmelidir.

Bu projede bulut tabanlı veri merkezleri için ACCLOUD (ACcelerated CLOUD) adını verdiğimiz yenilikçi bir mimari önerilmektedir. Önerilen mimari ile FPGA kaynakları kullanıcılara Iaas, PaaS ve SaaS seviyelerinde sunulabilecektir. Bu mimaride var olan bulut sunucuları FPGA ile güçlendirilecek ya da FPGA kaynakları tek başlarına çalışacaktır. FPGA kaynakları yeniden yapılandırılabilir bölgeler tanımlanarak sanallaştırılacaktır. OpenStack yazılımı ve bileşenleri var olan sanal kaynaklar ile beraber sanal FPGA kaynaklarının yönetimi için kullanılacaktır. ACCLOUD’un birinci büyük katkısı diğer çalışmalardan farklı olarak donanım kaynaklarını IaaS, PaaS ve SaaS olarak sunmasıdır.

İkinci büyük katkı ise tamamen yenilikçi bir yaklaşım ile tasarlanacak olan ACCLOUD-MAN isimli kaynak yönetim yaklaşımının var olan CPU, hafıza, ağ genişliği ve disk kaynakları gibi kaynakların yanına FPGA bölgeleri gibi yeni tip kaynakları ekleyecek ve tüm kaynakları ve IaaS, PaaS ve SaaS seviyesindeki istekleri değerlendirerek yönetecek olmasıdır. Bu sayede ACCLOUD-MAN, kaynakları global optimum noktaya yakın bir yerde kullandıracak ve SaaS isteklerinde gerekirse donanım kaynaklarını da kullandırarak performans artışı sağlayacaktır.

Projenin üçüncü büyük katkısı ise ACCLOUD ve ACCLOUD-MAN tasarımının gerçek donanımlar üzerinde gerçeklenmesi, donanım ve simülasyon ortamında detaylı bir şekilde test edilmesi olacaktır.

Proje alanlarında yetkin kişilerin yer aldığı takımların çalıştığı, ODTÜ tarafından yürütülen bir ana ve ASELSAN tarafından yürütülen bir alt projeden oluşmaktadır. ODTÜ proje takımı bilgisayar ağları için yüksek hızlı donanım mimarisi tasarımlarının araştırılması ve geliştirilmesi konusunda, ASELSAN proje takımı ise FPGA tabanlı karmaşık mimarilerinin gerçeklenmesi konusunda tecrübelidir.