stringtranslate.com

Производительность на ватт

В вычислительной технике производительность на ватт является мерой энергоэффективности конкретной компьютерной архитектуры или компьютерного оборудования . Буквально, она измеряет скорость вычислений, которые может предоставить компьютер на каждый ватт потребляемой мощности. Эта скорость обычно измеряется производительностью на бенчмарке LINPACK при попытке сравнения вычислительных систем: примером использования этого является список суперкомпьютеров Green500 . Производительность на ватт была предложена как более устойчивая мера вычислений, чем закон Мура . [1]

Разработчики систем, создающие параллельные компьютеры , такие как оборудование Google , выбирают процессоры на основе их производительности на ватт мощности, поскольку стоимость питания процессора превышает стоимость самого процессора. [2]

Космические компьютеры имеют жесткие ограничения на максимальную доступную мощность, а также жесткие требования к минимальной производительности в реальном времени. Соотношение скорости обработки к требуемой электрической мощности более полезно, чем чистая скорость обработки. [3]

Определение

Метрики производительности и энергопотребления используются в зависимости от определения; разумными мерами производительности являются FLOPS , MIPS или оценка любого бенчмарка производительности . Могут использоваться несколько мер энергопотребления в зависимости от целей метрики; например, метрика может учитывать только электрическую мощность, подаваемую на машину напрямую, в то время как другая может включать всю мощность, необходимую для работы компьютера, например, системы охлаждения и мониторинга. Измерение мощности часто представляет собой среднюю мощность, используемую во время выполнения бенчмарка, но могут использоваться и другие меры энергопотребления (например, пиковая мощность, мощность в режиме ожидания).

Например, ранний компьютер UNIVAC I выполнял приблизительно 0,015 операций на ватт-секунду (выполняя 1905 операций в секунду (OPS), потребляя при этом 125 кВт). Система процессора Fujitsu FR-V VLIW / vector на чипе в варианте с 4 ядрами FR550, выпущенном в 2005 году, выполняет 51 Giga-OPS при потреблении 3 Вт, что дает 17 миллиардов операций на ватт-секунду. [4] [5] Это улучшение более чем в триллион раз за 54 года.

Большая часть энергии, потребляемой компьютером, преобразуется в тепло, поэтому система, которая потребляет меньше ватт для выполнения работы, будет требовать меньше охлаждения для поддержания заданной рабочей температуры . Снижение потребности в охлаждении позволяет сделать компьютер тише . Более низкое потребление энергии также может сделать его менее затратным в эксплуатации и уменьшить воздействие на окружающую среду от питания компьютера (см. экологичные вычисления ). Если установлен в месте с ограниченным климат-контролем , компьютер с меньшим энергопотреблением будет работать при более низкой температуре, что может сделать его более надежным. В среде с контролируемым климатом сокращение прямого использования энергии также может привести к экономии энергии на климат-контроле.

Потребление энергии вычислений иногда также измеряется путем сообщения об энергии, необходимой для запуска определенного бенчмарка, например EEMBC EnergyBench. Показатели потребления энергии для стандартной рабочей нагрузки могут облегчить оценку эффекта улучшения энергоэффективности .

Когда производительность определяется как ⁠операции/второй⁠ , то производительность на ватт можно записать как ⁠операции/ватт-секунда⁠ . Поскольку ватт равен одному ⁠джоуль/второй⁠ , то производительность на ватт можно также записать как ⁠операции/джоуль⁠ .

ФЛОПС на ватт

Экспоненциальный рост производительности суперкомпьютеров на ватт на основе данных из списка Green500 . Красные крестики обозначают наиболее энергоэффективный компьютер, синие — компьютер, занявший 500-е место.

FLOPS на ватт — это общепринятая мера. Как и метрика FLOPS ( Floating Point Operations Per Second), на которой она основана, эта метрика обычно применяется к научным вычислениям и моделированию, включающим множество вычислений с плавающей точкой .

Примеры

По состоянию на июнь 2016 года список Green500 дал наивысшую оценку двум самым эффективным суперкомпьютерам — оба они основаны на одной и той же многоядерной японской технологии ускорителя PEZY-SCnp в дополнение к процессорам Intel Xeon — оба на RIKEN , у лучшего — 6673,8 MFLOPS/Вт; а на третьем месте — китайский Sunway TaihuLight (гораздо более крупная машина, которая занимает 2-е место в TOP500 , остальные в этом списке не представлены) — 6051,3 MFLOPS/Вт. [6]

В июне 2012 года список Green500 оценил BlueGene/Q, Power BQC 16C как самый эффективный суперкомпьютер в TOP500 с точки зрения FLOPS на ватт, работающий на уровне 2100,88 MFLOPS/ватт. [7]

В ноябре 2010 года машина IBM Blue Gene/Q достигла 1684 MFLOPS/Вт. [8] [9]

9 июня 2008 года CNN сообщил, что суперкомпьютер IBM Roadrunner достиг производительности 376 MFLOPS/Вт. [10] [11]

В рамках исследовательского проекта Intel Tera-Scale команда создала 80-ядерный процессор, который может достигать производительности более 16 000 MFLOPS/Вт. [12] [13] Будущее этого процессора не определено.

Microwulf, недорогой настольный кластер Beowulf из четырех двухъядерных компьютеров Athlon 64 X2 3800+, работает с производительностью 58 MFLOPS/Вт. [14]

Kalray разработал 256-ядерный VLIW CPU, который достигает 25 000 MFLOPS/Вт. Ожидается, что следующее поколение достигнет 75 000 MFLOPS/Вт. [15] Однако в 2019 году их последний чип для встраиваемых систем будет 80-ядерным и заявляет до 4 TFLOPS при 20 Вт. [16]

Adapteva анонсировала Epiphany V , 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор, предназначенный для достижения 75 ГФЛОПС/Вт, [17] [18] хотя позже они объявили, что Epiphany V «маловероятно» станет доступным как коммерческий продукт

В патенте США 10,020,436 от июля 2018 г. заявлены три интервала: 100, 300 и 600 ГФЛОПС/Вт.

Эффективность графического процессора

Графические процессоры (GPU) продолжают увеличивать потребление энергии, в то время как разработчики центральных процессоров недавно [ когда? ] сосредоточились на улучшении производительности на ватт. Высокопроизводительные GPU могут потреблять большое количество энергии, поэтому требуются интеллектуальные методы для управления потреблением энергии GPU. Такие показатели, как оценка на ватт в 3DMark2006, могут помочь определить более эффективные GPU. [19] Однако это может не в полной мере включать эффективность при типичном использовании, когда много времени тратится на выполнение менее сложных задач. [20]

В современных графических процессорах потребление энергии является важным ограничением максимальных вычислительных возможностей, которые могут быть достигнуты. Конструкции графических процессоров обычно обладают высокой масштабируемостью, что позволяет производителю размещать несколько чипов на одной видеокарте или использовать несколько видеокарт, работающих параллельно. Пиковая производительность любой системы по сути ограничена количеством потребляемой ею мощности и количеством рассеиваемого ею тепла. Следовательно, производительность на ватт конструкции графического процессора напрямую переводится в пиковую производительность системы, использующей эту конструкцию.

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

Вызовы

Хотя производительность на ватт полезна, абсолютные требования к мощности также важны. Заявления об улучшенной производительности на ватт могут использоваться для маскировки растущих требований к мощности. Например, хотя архитектуры графических процессоров нового поколения могут обеспечивать лучшую производительность на ватт, постоянное увеличение производительности может свести на нет рост эффективности, и графические процессоры продолжат потреблять большое количество энергии. [22]

Тесты, измеряющие мощность при большой нагрузке, могут неадекватно отражать типичную эффективность. Например, 3DMark подчеркивает 3D-производительность графического процессора, но многие компьютеры тратят большую часть своего времени на выполнение менее интенсивных задач отображения (простой, 2D-задачи, отображение видео). Таким образом, 2D- или холостая эффективность графической системы может быть по крайней мере столь же значима для общей энергоэффективности. Аналогично, системы, которые проводят большую часть своего времени в режиме ожидания или мягкого выключения, неадекватно характеризуются только эффективностью под нагрузкой. Чтобы помочь решить эту проблему, некоторые тесты, такие как SPECpower , включают измерения на ряде уровней нагрузки. [23]

Эффективность некоторых электрических компонентов, таких как регуляторы напряжения , снижается с ростом температуры, поэтому потребляемая мощность может увеличиваться с температурой. Источники питания, материнские платы и некоторые видеокарты являются некоторыми из подсистем, на которые это влияет. Поэтому их потребляемая мощность может зависеть от температуры, и при измерении следует учитывать температуру или температурную зависимость. [24] [25]

Производительность на ватт также обычно не включает в себя полные затраты жизненного цикла . Поскольку производство компьютеров является энергоемким, а компьютеры часто имеют относительно короткий срок службы, энергия и материалы, используемые в производстве, распределении, утилизации и переработке, часто составляют значительную часть их стоимости, энергопотребления и воздействия на окружающую среду. [26] [27]

Энергия, необходимая для контроля климата вокруг компьютера, часто не учитывается при расчете мощности, но она может быть значительной. [28]

Другие меры по повышению энергоэффективности

SWaP (пространство, мощность и производительность) — это метрика Sun Microsystems для центров обработки данных , включающая мощность и пространство:

Где производительность измеряется любым соответствующим эталоном, а пространство — размером компьютера. [29]

Снижение мощности, массы и объема также важно для космических компьютеров. [3]

Смотрите также

Показатели энергоэффективности
Другой

Примечания и ссылки

  1. ^ Эйткен, Роб; научный сотрудник; технический директор; Arm (12 июля 2021 г.). «Производительность на ватт — новый закон Мура». Arm Blueprint . Получено 16 июля 2021 г.
  2. ↑ Google предупреждает, что электроэнергия может стоить дороже серверов, CNET, 2006 г.
  3. ^ ab DJ Shirley; и MK McLelland. «Космический компьютер следующего поколения SC-7 RISC». стр. 1, 2.
  4. ^ "Fujitsu разрабатывает многоядерный процессор для высокопроизводительных цифровых потребительских продуктов" (пресс-релиз). Fujitsu. 7 февраля 2020 г. Архивировано из оригинала 25 марта 2019 г. Получено 8 августа 2020 г.
  5. ^ FR-V Single-Chip Multicore Processor:FR1000 Архивировано 2015-04-02 на Wayback Machine Fujitsu
  6. ^ «Список Green500 за июнь 2016 года».
  7. ^ "The Green500 List". Green500 . Архивировано из оригинала 3 июля 2012 года.
  8. ^ «Список 500 лучших суперкомпьютеров раскрывает тенденции в области вычислений». 20 июля 2010 г. Система IBM... BlueGene/Q... установила рекорд энергоэффективности со значением 1680 Мфлопс/Вт, что более чем в два раза превышает показатели следующей лучшей системы.
  9. ^ "IBM Research — явный победитель в рейтинге Green 500". 18 ноября 2010 г.
  10. ^ "Правительство представляет самый быстрый в мире компьютер". CNN . Архивировано из оригинала 10 июня 2008 г. выполнение 376 миллионов вычислений на каждый ватт потребляемой электроэнергии.
  11. ^ "IBM Roadrunner берет золото в гонке петафлоп". Архивировано из оригинала 13 июня 2008 г.
  12. ^ "Intel выжимает 1,8 TFlops из одного процессора". TG Daily . Архивировано из оригинала 3 декабря 2007 г.
  13. ^ "Teraflops Research Chip". Технологии и исследования Intel .
  14. ^ Джоэл Адамс. «Microwulf: Энергоэффективность». Microwulf: Персональный портативный кластер Beowulf .
  15. ^ "MPPA MANYCORE - Многоядерные процессоры - KALRAY - Agile Performance".
  16. ^ "Kalray объявляет о выходе Coolidge на технологический процесс TSMC 16NM". Kalray . 31 июля 2019 . Получено 12 августа 2019 .
  17. ^ Олофссон, Андреас. "Epiphany-V: 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор" . Получено 6 октября 2016 г.
  18. ^ Олофссон, Андреас. "Epiphany-V: 1024 процессор 64-бит RISC System-On-Chip" (PDF) . Получено 6 октября 2016 г. .
  19. ↑ Atwood, Jeff (18 августа 2006 г.). "Потребление энергии видеокартой". Архивировано из оригинала 8 сентября 2008 г. Получено 26 марта 2008 г.
  20. ^ "Энергопотребление видеокарты". Xbit Labs . Архивировано из оригинала 4 сентября 2011 года.
  21. ^ "PSA: Производительность не масштабируется линейно с мощностью (Тестирование M1 против Zen 3 5600X при одинаковом энергопотреблении)". 29 ноября 2020 г.
  22. ^ Тим Смолли. "Производительность на что?". Bit Tech . Получено 21 апреля 2008 г.
  23. ^ "SPEC запускает стандартизированный бенчмарк энергоэффективности". ZDNet . Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 г.
  24. ^ Майк Чин. "Asus EN9600GT Silent Edition Graphics Card". Обзор Silent PC . стр. 5. Получено 21 апреля 2008 г.
  25. ↑ Майк Чин (19 марта 2008 г.). «80 Plus расширяет подиум для бронзы, серебра и золота». Обзор Silent PC . Получено 21 апреля 2008 г.
  26. ^ Майк Чин. "Анализ жизненного цикла и обзор Eco PC". Обзор Eco PC . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 г.
  27. ^ Эрик Уильямс (2004). «Энергоемкость производства компьютеров: гибридная оценка, объединяющая методы процесса и экономики затрат-выпуска». Environ. Sci. Technol . 38 (22): 6166–74. Bibcode : 2004EnST...38.6166W. doi : 10.1021/es035152j. PMID  15573621.
  28. ^ У-чунь Фэн (2005). «Важность низкого энергопотребления в высокопроизводительных вычислениях». CT Watch Quarterly . 1 (5).
  29. ^ Гринхилл, Дэвид. "SWaP Space Watts and Power" (PDF) . US EPA Energystar . Получено 14 ноября 2013 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки