Energy-Efficient High Performance Computing: Measurement and Tuning

در این کار، از قابلیت‌های منحصربفرد اندازه‌گیری توان معماری Cray XT برای به دست آوردن درک درستی از مصرف برق و انرژی، و اثرات تنظیم پهنای باند CPU و شبکه استفاده شد. تغییراتی برای توقف قطعی هسته‌ها در زمان بی‌کار انجام شد. علاوه بر این، قابلیت‌هایی برای تغییر حالت P اضافه شد. در سطح برنامه، با جمع‌آوری همزمان اندازه‌گیری‌های جریان و ولتاژ در گره‌های میزبان، درک نیازهای توان طیفی از برنامه‌های محاسباتی علمی تولید DOE/NNSA که در مقیاس بزرگ اجرا می‌شوند، به دست می‌آید. اثرات تنظیم پهنای باند CPU و شبکه مورد بررسی قرار می گیرد و فرصت های صرفه جویی در انرژی بدون تأثیر بر عملکرد زمان اجرا نشان داده می شود. این تحقیق نشان می‌دهد که پلتفرم‌های مقیاس بزرگ نسل بعدی نه تنها باید به روشی متفاوت به مقیاس فرکانس پردازنده نزدیک شوند، بلکه می‌توانند از قابلیت تنظیم سایر اجزای پلت‌فرم برای دستیابی به عملکرد بهینه‌تر انرژی بهره‌مند شوند.

In this work, the unique power measurement capabilities of the Cray XT architecture were exploited to gain an understanding of power and energy use, and the effects of tuning both CPU and network bandwidth. Modifications were made to deterministically halt cores when idle. Additionally, capabilities were added to alter operating P-state. At the application level, an understanding of the power requirements of a range of important DOE/NNSA production scientific computing applications running at large scale is gained by simultaneously collecting current and voltage measurements on the hosting nodes. The effects of both CPU and network bandwidth tuning are examined, and energy savings opportunities without impact on run-time performance are demonstrated. This research suggests that next-generation large-scale platforms should not only approach CPU frequency scaling differently, but could also benefit from the capability to tune other platform components to achieve more energy-efficient performance.