Applikationen auf der Überholspur

Die Menge ist kaum vorstellbar: Die Summe aller Daten, die Unternehmen und Privatpersonen weltweit erzeugen, speichern und replizieren, wird sich laut Marktforscher IDC bereits im Jahr 2025 auf 175 Zettabyte belaufen und damit mehr als verfünffachen. Das entspricht einer Trillion Gigabyte – oder anders ausgedrückt: einem DVD-Stapel, der 222-mal um die Welt oder 23-mal bis zum Mond und zurück reichen würde. Rund ein Viertel dieser Daten wird laut der Studie in Echtzeit verarbeitet werden. Hierbei stoßen herkömmliche Prozessoren jedoch an ihre Grenzen.

FPGA: Frei programmierbare Schaltungen zünden den Turbo

Was aber tun, wenn es schneller gehen muss? Schließlich setzen viele Anwendungen der Zukunft auf nahezu verzögerungsfreie Datenverarbeitung, wie etwa autonomes Fahren, Telemedizin oder die Analyse von Kundenverhalten. Informatiker der TU Darmstadt um Felix Winterstein und Andreas Duffner fanden bei ihren Forschungen zu adaptiven Computern eine Lösung: Um rechenintensive Algorithmen zu verarbeiten, kommen so genannte FPGAs zum Einsatz (Field-Programmable Gate Arrays) aus der Open Telekom Cloud zum Einsatz. Das sind Hardwarekarten mit eigenen Rechen- und Speicherkomponenten, deren Arbeitsweise frei programmierbar ist. FPGAs können demnach für sehr viele Prozesse eingesetzt werden, oft dienen sie als Beschleuniger für Unternehmensanwendungen.

Ausgezeichnet im BMWi-Gründerwettbewerb: Andreas Duffner, Felix Winterstein, Alexander Lange und Andrea Suardi (v.l.n.r) vom FPGA-Start-up Xelera

Verarbeitungszeit um das bis zu 100-fache verkürzen

Hierfür entwickelten Felix Winterstein und seine Kollegen die Xelera Suite, eine Middleware, die als hardware-unabhängige Schnittstelle zu FPGA-Plattformen in Rechenzentren und in der Cloud fungiert. Im April 2018 gründeten sie das gleichnamige Unternehmen Xelera. „Unternehmen verfügen meist nicht über das entsprechende Know-how, um FPGAs gewinnbringend einsetzen zu können. Die individuelle Konfiguration kostet zudem Zeit und Geld“, sagt Felix Winterstein. Die Xelera Suite ermöglicht je nach Anwendung eine Verkürzung von Prozesslaufzeiten bis um den Faktor 100 – und entlastet die CPUs der Unternehmensserver, sodass zudem deren Energieverbrauch um rund ein Drittel sinkt.

Roboter im Millisekundentakt steuern

So kann die Middleware unter anderem bei Anwendungen aus den Bereichen Edge Computing und IoT ihre Stärken ausspielen. Ein Beispiel geben Industrieroboter, die mit Sensoren und Kameras ausgestattet sind und per KI gesteuert werden. Da KI-Algorithmen sehr rechenintensiv sind und teilweise im Millisekundentakt abgearbeitet werden müssen, kommt in den Fabriken vor Ort so genanntes Edge Computing zum Einsatz. Das sind Minirechenzentren, die sich für möglichst geringe Latenzen nah am Ort des Geschehens befinden und Berechnungen mit den Daten ausführen, die sie beispielsweise von Robotern bekommen. Felix Winterstein: „Diese Berechnungen im Edge Server verursachen Verzögerungen, die sich mithilfe unseres FPGA-Beschleunigers deutlich reduzieren lassen.“

Big-Data-Analysen in der Kaffeepause

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich für den Xelera-Turbo liegt in Big-Data-Analysen: „Was heute noch über Nacht in so genannten Batch-Prozessen abgearbeitet wird, lässt sich auf die Länge einer Kaffeepause reduzieren“, sagt Andreas Duffner. „So können Unternehmen etwa auf Basis historischer und aktueller Daten innerhalb von nur 15 Minuten Vorhersagen für den folgenden Geschäftstag berechnen.“

FPGA-Flavors und Server aus der Open Telekom Cloud

Als Infrastrukturplattform nutzt Xelera FPGA-Flavors aus dem Elastic-Cloud-Server-Angebot der Open Telekom Cloud. Davon profitiert das Unternehmen schon bei Gesprächen mit potentiellen Kunden: „Durch die Kapazitäten aus der Open Telekom Cloud haben wir die Möglichkeit, unsere Middleware-Suite schnell in der Cloud aufzusetzen und ihren Nutzen zu demonstrieren – etwa bei der Beschleunigung von Standard-Datenbanken wie SAP. Oder von Anwendungen, die auf Plattformen wie SAP HANA laufen“, sagt Felix Winterstein.

„Superschnelle Netzanbindung“ durch die Telekom

Da Xelera einen Schwerpunkt seines Geschäfts auf den deutschen Markt legt, war die Open Telekom Cloud mit ihren mehrfach zertifizierten, hochsicheren Rechenzentren am Standort Deutschland die erste Wahl für das Start-up, das sich zudem im August 2018 für das TechBoost-Programm der Telekom qualifiziert hat. Für die Anbindung ans Netz sorgt ebenfalls die Telekom. So schlägt der Standortfaktor für Xelera doppelt positiv zu Buche: „Wir profitieren von einer hervorragenden Konnektivität mit sehr geringen Latenzen – das ist bei der Echtzeitverarbeitung ein äußerst wichtiger Faktor. Denn eine superschnelle Datenverarbeitung in der Cloud bringt nicht viel, wenn bei der Netzanbindung ein Flaschenhals wartet oder auf dem Leitungsweg im WAN wertvolle Zeit verloren geht“, sagt Felix Winterstein.

Xelera mit Innovationspreis ausgezeichnet

Zu tun gibt es für die Xelera-Suite genug, denn an rechenintensiven Vorgängen herrscht kein Mangel – ob bei Marktprognosen und Risikoberechnungen im Finanzsektor, der Echtzeit-Analyse von Kundenverhalten im Einzelhandel oder der Genomanalyse in der Medizin. Das Potenzial des Applikationsturbos ist auch dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) nicht verborgen geblieben: Beim 2018 ausgelobten „Gründerwettbewerb digitale Innovationen“ ist Xelera mit einem der Hauptpreise ausgezeichnet worden.