In den letzten Jahren haben sich die Datenverarbeitungssysteme erheblich verändert, insbesondere in Richtung Disaggregation von Ressourcen. Dabei werden Rechen- und Speicherressourcen in verschiedene Server aufgeteilt, um eine bessere Ressourcennutzung zu erreichen, da sie nun unabhängig voneinander je nach Bedarf skaliert werden können. Diese Entwicklung ist entscheidend für Cloud-native Datenbankmanagementsysteme (DBMS), die hauptsächlich auf solchen disaggregierten Strukturen aufbauen.

In dieser Arbeit werden zwei wichtige Hardware-Trends bei disaggregierten Architekturen für DBMS untersucht: moderne Netzwerke und heterogenes Computing. Moderne Netzwerke wie Remote Direct Memory Access (RDMA) sind für einen effizienten Datentransfer mit hohem Durchsatz und geringer Latenz entscheidend, stellen jedoch eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, eine optimale Leistung für DBMS zu erzielen. Der Grund dafür ist, dass RDMA über eine Low-Level-Schnittstelle verfügt, bei der eine Vielzahl von leistungsrelevanten Aspekten zu berücksichtigen ist. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird in dieser Arbeit eine High-Level-Programmierschnittstelle, das Data Flow Interface, eingeführt, die speziell auf die Bedürfnisse datenintensiver Verarbeitungssysteme ausgerichtet ist.

Darüber hinaus wird in dieser Arbeit der sich abzeichnende Trend zu programmierbaren Netzwerkgeräten hervorgehoben, die Datenverarbeitungsfunktionen im Netzwerk bieten. Dieser Trend ist vor allem für verteilte DBMS interessant, da diese aufgrund der disaggregierten Architektur große Datenmengen über das Netzwerk übertragen müssen, aber auch typische verteilte Datenverarbeitungsoperationen wie Joins müssen Daten zwischen Rechenknoten verschieben. In dieser Arbeit werden netzinterne Verarbeitungsgeräte mit typischen DBMS-Operationen evaluiert, um die Vorteile und potenziellen Nachteile zu untersuchen.

Ein weiterer Trend im Rechenzentrum ist die zunehmende Heterogenität von Recheneinheiten wie GPUs und FPGAs aufgrund ihrer schnellen Datenverarbeitungsmöglichkeiten. Die Einbindung dieser heterogenen Geräte in disaggregierte Architekturen mit schnellen Netzwerken hat viele Vorteile. Der Grund dafür ist, dass spezialisierte Recheneinheiten als netzgebundene disaggregierte Beschleunigerpools eingesetzt werden können und so eine flexible und skalierbare Hochleistungsdatenverarbeitung ermöglichen. Diese Integration von heterogenen Recheneinheiten und schnellen RDMA-fähigen Netzwerken ist jedoch nicht trivial, da Netzwerke wie RDMA typischerweise nicht direkt auf anderen Recheneinheiten als CPUs unterstützt werden und daher nicht einfach effizient zu integrieren sind. Die Herausforderung, wie eine effiziente Kommunikation zwischen verschiedenen Arten von Recheneinheiten erreicht werden kann, wird durch den Vorschlag eines netzwerkgesteuerten Kommunikationsschemas angegangen, das einen programmierbaren Switch nutzt, um die Netzwerkkommunikation an Stelle der Recheneinheiten durchzuführen.