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Enregistrement W4402192962 · doi:10.1109/fccm60383.2024.00036

Learned Index Acceleration with FPGAs: A SMART Approach

2024· article· en· W4402192962 sur OpenAlexaff
Geetesh More, Suprio Ray, Kenneth B. Kent

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdvanced Data Storage Technologies
Établissements canadiensUniversity of New Brunswick
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAccelerationField-programmable gate arrayComputer scienceIndex (typography)Embedded systemWorld Wide WebPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Indexes in database systems such as B+trees and hash tables retrieve data quickly. Much research has been conducted on the faster index lookup in recent years. A learned index is one such area of study. Learned index approaches, such as radix spline (RS) [1] can achieve significant performance improvement over traditional indexing techniques. However, query performance with learned indexes is limited by the constraints imposed by CPU architecture. This paper introduces a novel methodology that leverages the benefits of learned indexes and FPGAs. We term this approach as the Selective Mathematical operation AcceleRaTion (SMART) with an FPGA for an end-to-end acceleration of learned indexes. As a hybrid of CPU and FPGA approaches, the SMART model of index acceleration surpasses the throughput of CPU-based implementations while preserving the data structure storage on the CPU. Our proposed FPGA-based RS learned index architecture (Figure 1) consists of two major stages: Build and Lookup. The Build model <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$(SMART-RS_{Build})$</tex> accelerates the build stage on an FPGA, while the Lookup model <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$(SMART-RS_{Lookup})$</tex> executes the FPGA-based lookup acceleration. The build stage is accelerated by offloading the computationally intensive interpolation operation onto an FPGA. In this stage, the index data is stored on a CPU while the interpolation operation is executed on an FPGA. As shown in Figure 1, input to the FPGA-based <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$SMART-RS_{Build}$</tex> are key, max spline error, and previously stored CDF point. Here, the <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$X$</tex> and <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$Y$</tex> coordinates are the bounding box of a spline. The FPGA-based build-stage accelerator will output the orientation type: clockwise (CW), counter-clockwise (CCW), or collinear. Based on the orientation obtained, upper and lower limits are set and the previous CDF point is stored as the next spline point. RadixSpline is constructed over a sorted data set. The module AddKeyToSpline iterates over the input sorted data set and will create the array of resultant splines. The decision-making in deciding the orientation type is offloaded to the module SMART-@ <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$RS_{Build-Interp}$</tex> on the FPGA. The output from the FPGA is the type of orientation that will make the following decision during spline construction: Store the input key and its position in the dataset in the spline points array (SplinePoints). • Store the spline index in the radix table (Radix TABLE). • Update the upper and lower error bounds. In the lookup stage acceleration, the radix table and set of spline points are offloaded to our lookup-stage accelerator (SMART@ <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$RS_{Lookup}$</tex>), where they are stored in BRAMs/SRLs as partitioned arrays. With our approach, Speedup of 5.5× as compared to a CPU -based RS index. • Specific compute-intensive operations were identified, thereby avoiding the need for a full-scale FPGA implementation. • Complexities associated with debugging RTL-related issues were reduced. • Controlled on-chip and off-chip memory resource usage. • More accurate comparison between CPU and FPGA implementations.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,925
Score d'incertitude au seuil0,355

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,031
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,234 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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