Spatial joins are among the most time-consuming queries in spatial data management systems. In this paper, we propose SwiftSpatial, a specialized accelerator architecture tailored for spatial joins. SwiftSpatial contains multiple high-performance join units with innovative hybrid parallelism, several efficient memory management units, and an integrated on-chip join scheduler. We prototype SwiftSpatial on an FPGA and incorporate the R-tree synchronous traversal algorithm as the control flow. Benchmarked against various CPU and GPU-based spatial data processing systems, SwiftSpatial demonstrates a latency reduction of up to 5.36x relative to the best-performing baseline, while requiring 6.16x less power. The remarkable performance and energy efficiency of SwiftSpatial lay a solid foundation for its future integration into spatial data management systems, both in data centers and at the edge.


翻译:空间连接是空间数据管理系统中最耗时的查询之一。本文提出SwiftSpatial,一种专为空间连接设计的专用加速器架构。SwiftSpatial包含多个采用创新混合并行机制的高性能连接单元、若干高效内存管理单元以及一个集成片上连接调度器。我们在FPGA上实现SwiftSpatial原型,并采用R树同步遍历算法作为控制流。与多种基于CPU和GPU的空间数据处理系统相比,SwiftSpatial在延迟方面较最佳基线降低最高5.36倍,同时功耗减少6.16倍。其卓越的性能与能效为后续在数据中心及边缘端整合至空间数据管理系统奠定了坚实基础。

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