Hardwarebeschleunigung von Semantic Web Datenbanken durch dynamisch rekonfigurierbare FPGAs

Die Bedeutung des Semantic Webs hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Belege hierfür sind unter anderem die steigende Anzahl von entwickelten und im Einsatz befindlichen Semantic Web Tools und Applikationen.Die Kernidee des Semantic Webs ist es, durch Einbeziehung der Bedeutung von Symbolen die maschinelle Verarbeitung zu präzisieren. Die dafür benötigte Verknüpfung unterschiedlicher Datensätze erfolgt mittels Datenbanksystemen. Mit dem stetig wachsenden Umfang von Datenbanken geraten klassische Datenbanksysteme, aber auch speziell angepasste Semantic Web Datenbanksysteme zunehmend an ihre Grenzen. Gerade im Bereich der Semantic Web Datenbanken existieren mittlerweile Datensätze mit Milliarden von Einträgen, deren Bearbeitung mit rein softwarebasierten Lösungen sehr zeitintensiv ist.Im Rahmen dieses Projektes soll daher ein Hardware-/Softwaresystem erforscht und entwickelt werden, welches zeitintensive Operationen auf einen programmierbaren Logikbaustein (FPGA, Field Programmable Gate Array) auslagert. Die für eine Hardwarebeschleunigung vorgesehenen kostenintensiven Operationen umfassen dabei sowohl die einzelnen Schritte der Indexerstellung als auch die eigentliche Anfrageverarbeitung für Semantic Web Datenbanken. Die Festlegung der bei der Anfrageverarbeitung auf das FPGA auszulagernden Funktionen erfolgt zur Laufzeit. Um je nach Anfrage einen optimalen Hardwarebeschleuniger bereitstellen zu können, werden mittels partieller dynamischer Rekonfiguration des FPGAs zur Laufzeit entsprechende Datenpfade aus Grundelementen aufgebaut.

Hardware-acceleration of Semantic Web databases with runtime reconfigurable FPGAs

The relevance of the Semantic Web has been increased steadily over the recent years. This can be shown by the increasing number of developed and used Semantic Web tools and applications.The main idea of the Semantic Web is to consider the semantic of symbols to enable a more precise machine processing. For this purpose, the necessary links between data sets are stored in database systems. The continuously increasing size of the data sets leads to performance issues for traditional databases and even specialized Semantic Web databases. In the scope of Semantic Web databases data sets with billions of entries are available and processing of these data sets on software-based solutions is highly time consuming.Thus, in this project a hardware/software system will be investigated and developed to outsource time consuming tasks to a programmable logic chip (FPGA, Field Programmable Gate Array). The hardware acceleration of cost intensive tasks will cover the index generation as well as query processing in Semantic Web databases. During query processing the determination of which function should be mapped to the FPGA will be decided at runtime. As the mapping of the data path to the basic elements uses partial runtime reconfiguration, an optimal hardware accelerator can be provided for any query.