SHF: Small: Revamping I/O Architectures Using Machine Learning Techniques on Big Compute Machines

SHF:小型:在大型计算机上使用机器学习技术改进 I/O 架构

基本信息

项目摘要

In modern computer systems, the growing disparity in rapidly increasing computational speeds and slowly improving data transfer rates to/from off-chip memory and disk drives is a long-standing research challenge, often referred to as the Input/Output wall problem. This problem has become severe in today's big data and big compute era. Despite the rapid evolution in data storage technologies in recent years, the increasing heterogeneity and diversity in machines and workloads, coupled with the continued data explosion, exacerbate the speed gap between computing and disk-drive storage. There is an increasing need to develop a high-performance, and cost-effective architecture for emerging large-scale and diverse applications that is not affected by the Input/Output wall problem. The goal of this project is to leverage existing big compute resources such as graphic processing units (GPUs) and deep learning techniques to speed up the secondary storage system performance without adding new hardware. This project will also contribute to society through engaging under-represented groups from a Hispanic Serving Institution and research dissemination for computer science and engineering education and training. This project proposes to develop new GPU-enabled online learned I/O architecture using artificial intelligence. This project entails three research thrusts: First, it will develop custom machine learning and deep learning algorithms and models for the storage system. For example, it will design a temporal-aware classification technique to attack the extreme-scale learning problem. Second, it will develop new learning solutions for core storage system modules such as prefetching, log management and garbage collection. Third, it will integrate these proposed interwoven modules into a heterogeneous GPU machine and a GPU cluster at scale. It will develop optimal parallelism solutions for internal solid-state disk (SSD) devices and Non-Volatile Memory Express (NVMe) and Peripheral Connection Interface Express (PCIe) protocol to construct an express channel, moving data directly between storage and GPUs.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在现代计算机系统中,快速提高的计算速度与缓慢提高的片外存储器和磁盘驱动器之间的数据传输速率之间的差距日益扩大,这是一个长期存在的研究挑战,通常称为输入/输出墙问题。在当今的大数据和大计算时代,这个问题变得更加严重。尽管近年来数据存储技术快速发展,但机器和工作负载的异构性和多样性不断增加,加上数据的持续爆炸,加剧了计算和磁盘驱动器存储之间的速度差距。人们越来越需要为新兴的大规模和多样化应用开发一种高性能、经济高效的架构,并且不受输入/输出墙问题的影响。该项目的目标是利用现有的大型计算资源,例如图形处理单元(GPU)和深度学习技术,在不添加新硬件的情况下提高辅助存储系统的性能。该项目还将通过吸引西班牙裔服务机构中代表性不足的群体以及计算机科学和工程教育和培训的研究传播来为社会做出贡献。该项目建议使用人工智能开发新的支持 GPU 的在线学习 I/O 架构。该项目包含三个研究重点:首先,它将为存储系统开发定制机器学习和深度学习算法和模型。例如,它将设计一种时间感知分类技术来解决极端规模的学习问题。其次,它将为预取、日志管理和垃圾收集等核心存储系统模块开发新的学习解决方案。第三,它将大规模地将这些相互交织的模块集成到异构 GPU 机器和 GPU 集群中。它将为内部固态磁盘 (SSD) 设备以及非易失性内存 Express (NVMe) 和外围连接接口 Express (PCIe) 协议开发最佳并行解决方案,以构建快速通道,在存储和 GPU 之间直接移动数据。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Lelantus: Fine-Granularity Copy-On-Write Operations for Secure Non-Volatile Memories
Lelantus:用于安全非易失性存储器的细粒度写时复制操作
Integrating Cybersecurity Into a Big Data Ecosystem
将网络安全集成到大数据生态系统中
Disperse Access Considered Energy Inefficiency in Intel Optane DC Persistent Memory Servers
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Jun Wang其他文献

Development of a Novel Polishing Pad with a Phyllotactic Pattern, and Experimental Studies
新型叶序抛光垫的研制及实验研究
  • DOI:
    10.1007/s11664-014-3172-8
  • 发表时间:
    2014-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Yushan Lu;Jun Wang;Yueming Liu;Xueling Xing
  • 通讯作者:
    Xueling Xing
Dual pore‐size sieving in a novel oxygenate‐pillared microporous adsorbent for C6 alkane isomers separation
用于 C6 烷烃异构体分离的新型含氧物柱微孔吸附剂中的双孔径筛分
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yun Su;Rundao Chen;Peixin Zhang;Xiao He;Xing Liu;Yuan Liu;Hanting Xiong;Zhiwei Zhao;Junhui Luo;Jingwen Chen;Shixia Chen;Zeling Zeng;Zongbi Bao;Shuguang Deng;Jun Wang
  • 通讯作者:
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Peltaspermalean seed ferns with preserved cuticle from the Upper Triassic Karamay Formation in the Junggar Basin, northwestern China
中国西北准噶尔盆地上三叠统克拉玛依组中具有保存角质层的Peltaspermalean种子蕨类植物
  • DOI:
    10.1016/j.revpalbo.2017.08.002
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Xuezhi He;Tianming Shi;Mingli Wan;Shijun Wang;Jason Hilton;Peng Tang;Jun Wang
  • 通讯作者:
    Jun Wang
Novel fully convolutional network for cryptanalysis of cryptosystem by equal modulus decomposition
通过等模分解对密码系统进行密码分析的新型全卷积网络
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Fan Wang;Renjie Ni;Jun Wang;Zheng Zhu;Xudong Chen;Yuhen Hu
  • 通讯作者:
    Yuhen Hu
Mean field equation and relativistic Abelian Chern-Simons model on finite graphs
有限图上的平均场方程和相对论阿贝尔陈-西蒙斯模型
  • DOI:
    10.1016/j.jfa.2021.109218
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
    Hsin-Yuan Huang;Jun Wang;Wen Yang
  • 通讯作者:
    Wen Yang

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SHF: Small: Taming Huge Page Problems for Memory Bulk Operations Using a Hardware/Software Co-Design Approach
SHF:小:使用硬件/软件协同设计方法解决内存批量操作的大页面问题
  • 批准号:
    2400014
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CDS&E/Collaborative Research: Data-Driven Inverse Design of Additively Manufacturable Aperiodic Architected Cellular Materials
CDS
  • 批准号:
    2245299
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Discovery Projects - Grant ID: DP210101645
发现项目 - 拨款 ID:DP210101645
  • 批准号:
    ARC : DP210101645
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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PPoSS: Planning: Data Centric Computing for Scalable Heterogeneous Memory and Storage Systems Architecture
PPoSS:规划:可扩展异构内存和存储系统架构的以数据为中心的计算
  • 批准号:
    2028481
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
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SHF: Small: Developing a Highly Efficient and Accurate Approximation System for Warehouse-Scale Computers with the Sub-dataset Distribution Aware Approach
SHF:小型:采用子数据集分布感知方法为仓库规模计算机开发高效、准确的近似系统
  • 批准号:
    1717388
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    2017
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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SHF: Small: Multi-criteria optimization control for temperature constrained energy efficient data center using fuzzy decision making theory
SHF:小型:利用模糊决策理论对温度受限节能数据中心进行多准则优化控制
  • 批准号:
    1527249
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 49.99万
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XPS: SDA: Collaborative Research: A Scalable and Distributed System Framework for Compute-Intensive and Data-Parallel Applications
XPS:SDA:协作研究:用于计算密集型和数据并行应用的可扩展分布式系统框架
  • 批准号:
    1337244
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
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    Standard Grant
CSR: Small: DSA-Cloud: Data Semantics Aware Clouds for High Performance Analytics
CSR:小型:DSA-Cloud:用于高性能分析的数据语义感知云
  • 批准号:
    1115665
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SOCS: Socially Intelligent Computing to Support Citizen Science
SOCS:支持公民科学的社会智能计算
  • 批准号:
    0968470
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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职业:数据密集型 HPC 分析:通过扩展接口、数据重组和以数据为中心的调度的系统方法
  • 批准号:
    0953946
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

基因编辑技术改造疱疹病毒作为高效表达小分子药物递送神经系统的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    33 万元
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    地区科学基金项目
基于对小胶质细胞靶向赋能的原位改造治疗神经胶质瘤的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
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    280 万元
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改造转录调控蛋白设计构建小分子生物传感器及其在天然产物生物合成研究中的应用
  • 批准号:
    31870072
  • 批准年份:
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AXL蛋白小分子降解剂的设计合成及生物活性研究
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  • 批准年份:
    2017
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    青年科学基金项目
BFL1蛋白的特异性小分子抑制剂筛选及其促凋亡机制研究
  • 批准号:
    21702207
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

越後大工・小黒杢右衛門一族の作風―近世在方大工の作家論的研究
越后木匠的风格和大黑木卫门家族:对近代早期宰方木匠的基于作者的研究
  • 批准号:
    20K14944
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
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Thermodynamics, structure and dynamics of ultra-concentrated electrolyte solutions and solvate ionic liqudis
超浓电解质溶液和溶剂化离子液体的热力学、结构和动力学
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Improvement of Bearing Failure Behavior on T-shaped S Beam-RC Column Joints with Small Column
T型S梁-RC小柱节点承载破坏行为的改进
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Assessment of the liquefaction vulnerability caused by the artificial land modification
人工土地改造引起的液化脆弱性评估
  • 批准号:
    17K01224
  • 财政年份:
    2017
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    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
The factors for adoption of agricultural techniques under the limited collective actions in a developing country
发展中国家有限集体行动下农业技术采用的因素
  • 批准号:
    16K07921
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 49.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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