面向数据库查询加速的异构体系结构设计与实现

• 作者: 任智新 孙颉 张闯 李仁刚 王峰 黄广奎
• 来源期刊: 计算机工程与科学
• 学科: 工学
• 关键词: 数据库查询 异构计算 异构体系结构 异构缓存一致性 PostgreSQL
• 年，卷（期）: 2020,（12）
• 所属期刊栏目: 高性能计算
• 页码范围: 2169-2178
• 页数: 10页
• 分类号: TP311
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1007-130X.2020.12.009

摘要

数据库是数据分析、人工智能、云计算和大数据等领域的关键工作负载,是提高系统整体性能的关键.传统数据库系统查询执行效率偏低,并且CPU通常需要优先处理事务性负载,使数据查询逐渐成为制约整个数据库系统性能和效率提升的瓶颈.为了提高数据库在大规模并发访问时的数据处理能力,提出了一种CPU+FPGA加速数据库查询的异构体系结构,通过使用异构缓存一致性加速接口将加速器集成到CPU中,在FPGA内定制可配置的多引擎查询方式,对数据库查询进行加速.聚焦常用的SQL查询语句SELECT,详细分析了系统在延迟和简化的软件堆栈方面的优势,最后使用浪潮F37X加速卡和浪潮服务器对加速模型功能和性能进行了验证.实验结果表明,与使用POWER 9 CPU进行同样的查询操作相比,数据库系统整体处理速度提高了3～9倍,这种先进的异构计算加速结构可应用在未来数据库硬件专业化的设计中.