Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В вычислениях , производительность на ватт является мерой энергетической эффективности конкретной архитектуры ЭВМ или компьютерной техники . Буквально он измеряет скорость вычислений, которую может выполнить компьютер на каждый ватт потребляемой мощности. Эта скорость обычно измеряется производительностью в тесте LINPACK при попытке сравнения вычислительных систем: примером, использующим это, является список суперкомпьютеров Green500 .

Системные разработчики, создающие параллельные компьютеры , такие как оборудование Google , выбирают процессоры в зависимости от их производительности на ватт мощности, потому что стоимость питания процессора превышает стоимость самого процессора. [1]

Определение [ править ]

Используемые показатели производительности и энергопотребления зависят от определения; разумными показателями производительности являются FLOPS , MIPS или оценка любого теста производительности . В зависимости от целей метрики могут использоваться несколько показателей использования энергии; например, метрика может учитывать только электрическую мощность, подаваемую непосредственно на машину, в то время как другая может включать всю мощность, необходимую для работы компьютера, такую ​​как системы охлаждения и мониторинга. Измерение мощности часто представляет собой среднюю мощность, используемую во время выполнения теста, но могут использоваться и другие меры использования мощности (например, пиковая мощность, мощность в режиме ожидания).

Например, ранний компьютер UNIVAC I выполнял приблизительно 0,015 операций в ватт-секунду (выполняя 1905 операций в секунду (OPS) при потреблении 125 кВт). Система Fujitsu FR-V VLIW / векторного процессора на микросхеме в варианте с 4 ядрами FR550, выпущенном в 2005 году, выполняет 51 гигабайт в секунду при потребляемой мощности 3 Вт, что дает 17 миллиардов операций на ватт-секунду. [2] [3] Это улучшение более чем в триллион раз за 54 года.

Большая часть энергии, потребляемой компьютером, преобразуется в тепло, поэтому системе, потребляющей меньше ватт для работы, потребуется меньше охлаждения для поддержания заданной рабочей температуры . Снижение требований к охлаждению упрощает бесшумность компьютера . Более низкое энергопотребление также может сделать его менее затратным в эксплуатации и снизить воздействие питания компьютера на окружающую среду (см. « Зеленые» вычисления ). При установке в условиях ограниченного климат-контроля компьютер с меньшей мощностью будет работать при более низкой температуре, что может сделать его более надежным. В среде с контролируемым микроклиматом сокращение прямого энергопотребления может также привести к экономии энергии для контроля микроклимата.

Вычислительный потребление энергии иногда также измеряется, сообщая энергию , необходимую для запуска конкретного теста, например EEMBC EnergyBench. Показатели энергопотребления для стандартной рабочей нагрузки могут облегчить оценку эффекта от повышения энергоэффективности .

Производительность (в операциях в секунду) на ватт также может быть записана как в операциях / ватт-секунду или в операциях / джоуль, поскольку 1 ватт = 1 джоуль в секунду.

FLOPS на ватт [ править ]

Экспоненциальный рост производительности суперкомпьютера на ватт по данным из списка Green500 . Красные кресты обозначают самый энергоэффективный компьютер, а синие - компьютер с рейтингом 500.

FLOPS на ватт - это общепринятая мера. Подобно метрике FLOPS ( операций с плавающей запятой в секунду), на которой она основана, эта метрика обычно применяется к научным вычислениям и моделированию, включающим множество вычислений с плавающей запятой .

Примеры [ править ]

По состоянию на июнь 2016 года в рейтинге Green500 два самых эффективных суперкомпьютера занимают наивысшее место - оба они основаны на одном и том же многоядерном ускорителе PEZY-SCnp по японской технологии в дополнение к процессорам Intel Xeon - оба находятся в RIKEN , лучший из них - 6673,8 MFLOPS / Вт; и третье место занимает Sunway TaihuLight с китайской технологией (гораздо более крупная машина, которая занимает 2-е место в TOP500 , других нет в этом списке) с показателем 6051,3 MFLOPS / Вт. [4]

В июне 2012 года список Green500 оценил BlueGene / Q, Power BQC 16C как самый эффективный суперкомпьютер в TOP500 с точки зрения количества операций FLOPS на ватт при 2100,88 мегафлопс на ватт. [5]

В ноябре 2010 года машина IBM Blue Gene / Q показала 1684 MFLOPS / ватт. [6] [7]

9 июня 2008 года CNN сообщила, что суперкомпьютер IBM Roadrunner достигает 376 MFLOPS / ватт. [8] [9]

В рамках Intel «s Tera-Scale исследовательского проекта, команда произвела 80-ядерный процессор , который может достигать более 16,000 MFLOPS / Вт. [10] [11] Будущее этого процессора не определено.

Microwulf, недорогой настольный кластер Beowulf из четырех двухъядерных компьютеров Athlon 64 X2 3800+, работает со скоростью 58 MFLOPS / ватт. [12]

Kalray разработал 256-ядерный процессор VLIW, обеспечивающий производительность 25 000 MFLOPS / ватт. Ожидается, что следующее поколение достигнет 75 000 MFLOPS / Вт. [13] Однако в 2019 году их последний чип для встраиваемых систем является 80-ядерным и требует до 4 терафлопс при 20 Вт. [14]

Adapteva анонсировала Epiphany V , 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор, рассчитанный на производительность 75 гигафлопс на ватт, [15] [16], а позже они объявили, что Epiphany V вряд ли станет доступным в качестве коммерческого продукта

В патенте США 10020436 , июль 2018 г., заявлены три интервала: 100, 300 и 600 гигафлопс / ватт.

Эффективность графического процессора [ править ]

Графические процессоры (GPU) продолжают увеличивать потребление энергии, в то время как разработчики процессоров недавно сосредоточились на повышении производительности на ватт. Высокопроизводительные графические процессоры могут потреблять большое количество энергии, поэтому для управления энергопотреблением графического процессора требуются интеллектуальные методы. [17] Такие показатели, как оценка 3DMark2006 на ватт, могут помочь определить более эффективные графические процессоры. [18] Однако это может не адекватно отражать эффективность при типичном использовании, когда много времени тратится на выполнение менее ответственных задач. [19]

В современных графических процессорах потребление энергии является важным ограничением максимальных вычислительных возможностей, которые могут быть достигнуты. Конструкции графических процессоров обычно хорошо масштабируются, что позволяет производителю размещать несколько микросхем на одной видеокарте или использовать несколько видеокарт, работающих параллельно. Пиковая производительность любой системы существенно ограничена количеством потребляемой мощности и количеством тепла, которое она может рассеять. Следовательно, производительность на ватт конструкции графического процессора напрямую влияет на пиковую производительность системы, в которой используется эта конструкция.

Поскольку графические процессоры также могут использоваться для некоторых вычислений общего назначения , иногда их производительность измеряется в терминах, также применяемых к процессорам, например, FLOPS на ватт.

Проблемы [ править ]

Хотя производительность на ватт полезна, также важны требования к абсолютной мощности. Заявления об улучшенной производительности на ватт могут использоваться для маскировки возрастающих требований к мощности. Например, хотя архитектуры графических процессоров нового поколения могут обеспечивать лучшую производительность на ватт, постоянное повышение производительности может свести на нет повышение эффективности, и графические процессоры продолжают потреблять большое количество энергии. [21]

Контрольные показатели, измеряющие мощность при большой нагрузке, могут не отражать типичный КПД должным образом. Например, 3DMark подчеркивает 3D-производительность графического процессора, но многие компьютеры тратят большую часть своего времени на выполнение менее интенсивных задач отображения (простоя, 2D-задачи, отображение видео). Таким образом, эффективность графической системы в 2D или в режиме ожидания может иметь не меньшее значение для общей энергоэффективности. Точно так же системы, которые проводят большую часть своего времени в режиме ожидания или плавном выключении , не обладают достаточной эффективностью только под нагрузкой. Чтобы решить эту проблему, некоторые тесты, например SPECpower , включают измерения на нескольких уровнях нагрузки. [22]

Эффективность некоторых электрических компонентов, таких как регуляторы напряжения , снижается с повышением температуры, поэтому потребляемая мощность может увеличиваться с увеличением температуры. Источники питания, материнские платы и некоторые видеокарты - вот некоторые из подсистем, на которые это влияет. Таким образом, их потребляемая мощность может зависеть от температуры, и при измерении следует учитывать температурную или температурную зависимость. [23] [24]

Производительность на ватт также обычно не включает затраты за полный жизненный цикл . Поскольку производство компьютеров является энергоемким, а компьютеры часто имеют относительно короткий срок службы, энергия и материалы, задействованные в производстве, распределении, утилизации и переработке, часто составляют значительную часть их стоимости, использования энергии и воздействия на окружающую среду. [25] [26]

Энергия, необходимая для управления микроклиматом вокруг компьютера, часто не учитывается при расчете мощности, но может быть значительной. [27]

Другие меры по повышению энергоэффективности [ править ]

SWaP (пространство, мощность и производительность) - это показатель Sun Microsystems для центров обработки данных , включающий мощность и пространство:

Где производительность измеряется любым подходящим тестом, а пространство - это размер компьютера. [28]

См. Также [ править ]

Контрольные показатели энергоэффективности
  • Средняя мощность процессора (ACP) - показатель энергопотребления при запуске нескольких стандартных тестов.
  • EEMBC  - EnergyBench
  • SPECpower  - эталонный тест для веб-серверов под управлением Java (серверные операции Java на джоуль)
Другой
  • Эффективность инфраструктуры центра обработки данных (DCIE)
  • Пропорциональные вычисления по энергии
  • Серия GeForce 9  - для списка графических процессоров, с учетом энергопотребления и теоретических значений FLOPS
  • ИТ-управление энергопотреблением
  • Закон Куми
  • Принцип Ландауэра
  • Маломощная электроника
  • Эффективность использования энергии (PUE)
  • Рассеиваемая мощность процессора

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ Электроэнергия может стоить больше, чем серверы, предупреждает Google , CNET, 2006.
  2. ^ «Fujitsu разрабатывает многоядерный процессор для высокопроизводительных цифровых потребительских товаров» (пресс-релиз). Fujitsu. 7 февраля 2020. Архивировано 25 марта 2019 года . Проверено 8 августа 2020 .
  3. ^ FR-V Одночиповый многоядерный процессор: FR1000 Архивировано 2 апреля 2015 г. на Wayback Machine Fujitsu
  4. ^ «Список Green500 на июнь 2016 г.» .
  5. ^ "Список Green500" . Зеленый500 . Архивировано из оригинального 3 -го июля 2012 года.
  6. ^ «Список суперкомпьютеров Top500 раскрывает тенденции в области вычислений» . IBM ... Система BlueGene / Q .. установив рекорд энергоэффективности со значением 1,680 Мфлопс / ватт, что более чем в два раза больше, чем у следующей лучшей системы.
  7. ^ "Исследование IBM - явный победитель в категории Green 500" . 18 ноября 2010 г.
  8. ^ «Правительство представляет самый быстрый компьютер в мире» . CNN . Архивировано из оригинала на 10 июня 2008 года выполняет 376 миллионов расчетов на каждый ватт электроэнергии используется.
  9. ^ "IBM Roadrunner берет золото в гонке петафлопов" . Архивировано из оригинального 13 июня 2008 года.
  10. ^ "Intel выжимает из одного процессора 1,8 терафлопс" . TG Daily . Архивировано из оригинала 3 декабря 2007 года.
  11. ^ "Чип исследования терафлопс" . Технологии и исследования Intel .
  12. ^ Джоэл Адамс. «Микровульф: энергоэффективность» . Микровульф: персональный портативный кластер Беовульфа .
  13. ^ «MPPA MANYCORE - Многоядерные процессоры - KALRAY - Agile Performance» .
  14. ^ "Kalray объявляет об отказе от ленты Кулиджа на технологическом процессе TSMC 16NM" . Калрай . 31 июля 2019 . Проверено 12 августа 2019 .
  15. ^ Олофссон, Андреас. «Epiphany-V: 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор» . Проверено 6 октября +2016 .
  16. ^ Олофссон, Андреас. "Epiphany-V: 1024-битная 64-битная RISC-система на кристалле" (PDF) . Проверено 6 октября +2016 .
  17. ^ Миттал, Спарш; Веттер, Джеффри С. (июль 2014 г.). «Обзор методов анализа и повышения энергоэффективности GPU» . ACM Computing Surveys . Ассоциация вычислительной техники (опубликовано в январе 2015 г.). 47 (2). DOI : 10.1145 / 2636342 . ISSN 0360-0300 . Проверено 8 августа 2020 . 
  18. ↑ Этвуд, Джефф (18 августа 2006 г.). «Энергопотребление видеокарты» .
  19. ^ «Энергопотребление видеокарты» . Xbit Labs . Архивировано из оригинала на 4 сентября 2011 года.
  20. ^ https://www.reddit.com/r/hardware/comments/k3iobs/psa_performance_doesnt_scale_linearly_with/
  21. ^ Тим Смолли. "Производительность за что?" . Bit Tech . Проверено 21 апреля 2008 года .
  22. ^ «SPEC запускает стандартизированный тест энергоэффективности» . ZDNet .
  23. ↑ Майк Чин. "Видеокарта Asus EN9600GT Silent Edition" . Бесшумный обзор ПК . п. 5 . Проверено 21 апреля 2008 года .
  24. ^ MIke Chin (19 марта 2008). «80 Plus расширяет подиум для бронзы, серебра и золота» . Бесшумный обзор ПК . Проверено 21 апреля 2008 года .
  25. ↑ Майк Чин. «Анализ жизненного цикла и обзор Eco PC» . Обзор Эко ПК . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 года.
  26. ^ Эрик Уильямс (2004). «Энергоемкость компьютерного производства: гибридная оценка, сочетающая процессные и экономические методы ввода-вывода» . Environ. Sci. Technol . 38 (22): 6166–74. Bibcode : 2004EnST ... 38.6166W . DOI : 10.1021 / es035152j . PMID 15573621 . 
  27. ^ У-чунь Feng (2005). «Важность низкого энергопотребления в высокопроизводительных вычислениях» . CT Watch Quarterly . 1 (5).
  28. ^ Гринхилл, Дэвид. «Космические ватты и мощность SWaP» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США Energystar . Проверено 14 ноября 2013 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • У-Чун Фэн (октябрь 2003 г.). «Доказательство эффективности суперкомпьютеров» . Очередь ACM . 1 (7).
  • Кирк В. Кэмерон (ноябрь 2013 г.). «Энергоэффективность HPC и Green500» . Провод HPC . 27 (11).
  • У-Чун Фэн и Кирк В. Кэмерон (декабрь 2007 г.). «Список Green500: поощрение устойчивых суперкомпьютеров» . Компьютер IEEE . 40 (12).

Внешние ссылки [ править ]

  • Зеленый500