Производительность на ватт
В вычислительной технике производительность на ватт является мерой энергоэффективности конкретной компьютерной архитектуры или компьютерного оборудования . Буквально он измеряет скорость вычислений, которую может выполнить компьютер на каждый ватт потребляемой мощности. Этот показатель обычно измеряется производительностью в тесте LINPACK при попытке сравнения вычислительных систем: примером использования этого показателя является Green500 список суперкомпьютеров . Было высказано предположение, что производительность на ватт является более устойчивым показателем вычислительной мощности, чем закон Мура . [ 1 ]
Разработчики систем, создающие параллельные компьютеры , такие как аппаратное обеспечение Google , выбирают процессоры на основе их производительности на ватт мощности, поскольку стоимость питания процессора перевешивает стоимость самого процессора. [ 2 ]
Компьютеры для космических полетов имеют жесткие ограничения на максимальную доступную мощность, а также жесткие требования к минимальной производительности в реальном времени. Отношение скорости обработки к требуемой электрической мощности более полезно, чем чистая скорость обработки. [ 3 ]
Определение
[ редактировать ]Используемые показатели производительности и энергопотребления зависят от определения; Разумными мерами производительности являются FLOPS , MIPS или оценка любого теста производительности . В зависимости от целей показателя могут использоваться несколько показателей энергопотребления; например, один показатель может учитывать только электрическую мощность, подаваемую непосредственно на машину, тогда как другой показатель может включать всю мощность, необходимую для работы компьютера, например системы охлаждения и мониторинга. Измерением мощности часто является средняя мощность, используемая при выполнении теста, но могут использоваться и другие показатели энергопотребления (например, пиковая мощность, мощность в режиме ожидания).
Например, ранний компьютер UNIVAC I выполнял примерно 0,015 операций на ватт-секунду (выполняя 1905 операций в секунду (OPS), потребляя при этом 125 кВт). Система Fujitsu FR-V VLIW векторного процессора на кристалле в варианте с 4 ядрами FR550, выпущенная в 2005 году, выполняет 51 Giga-OPS при потребляемой мощности 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, которую использует компьютер, преобразуется в тепло, поэтому системе, которой для выполнения работы требуется меньше ватт, потребуется меньше охлаждения для поддержания заданной рабочей температуры . Снижение требований к охлаждению облегчает работу компьютера . Более низкое энергопотребление также может сделать его эксплуатацию менее затратной и снизить воздействие питания компьютера на окружающую среду (см. « Зеленые вычисления» ). Если компьютер установлен там, где имеется ограниченный климат-контроль , компьютер меньшей мощности будет работать при более низкой температуре, что может сделать его более надежным. В среде с контролируемым климатом сокращение прямого энергопотребления может также привести к экономии энергии на климат-контроль.
Потребление вычислительной энергии иногда также измеряется путем сообщения энергии, необходимой для запуска определенного теста, например EEMBC EnergyBench. Данные о потреблении энергии для стандартной рабочей нагрузки могут облегчить оценку эффекта повышения энергоэффективности .
Когда производительность определяется как операций / секунду , то производительность на ватт можно записать как операций / ватт-секунда . Поскольку ватт – это один джоуль / секунда , тогда производительность на ватт также можно записать как operations / joule .
ФЛОПС на ватт
[ редактировать ]
ФЛОПС на ватт — общепринятая мера. Как и метрика FLOPS ( операций с плавающей запятой в секунду), на которой она основана, эта метрика обычно применяется к научным вычислениям и симуляциям, включающим множество вычислений с плавающей запятой .
Примеры
[ редактировать ]По состоянию на июнь 2016 г. [update]В списке Green500 высшую оценку получили два самых эффективных суперкомпьютера — оба они основаны на одном и том же многоядерном ускорителе японской технологии PEZY-SCnp в дополнение к процессорам Intel Xeon — оба в RIKEN , лучший — с производительностью 6673,8 МФЛОПС/ватт; и третье место занимает китайская технология Sunway TaihuLight (гораздо более крупная машина, занимающая 2-е место в рейтинге TOP500 , остальных в этом списке нет) с производительностью 6051,3 MFLOPS/ватт. [ 6 ]
В июне 2012 года список Green500 оценил BlueGene/Q, Power BQC 16C как самый эффективный суперкомпьютер в TOP500 с точки зрения количества FLOPS на ватт, работающего на уровне 2100,88 MFLOPS/ватт. [ 7 ]
В ноябре 2010 года машина IBM Blue Gene/Q достигла производительности 1684 MFLOPS/ватт. [ 8 ] [ 9 ]
9 июня 2008 года канал CNN сообщил, что суперкомпьютер IBM Roadrunner достигает производительности 376 MFLOPS/ватт. [ 10 ] [ 11 ]
В рамках исследовательского проекта Intel Tera-Scale команда создала 80-ядерный процессор, производительность которого превышает 16 000 MFLOPS/ватт. [ 12 ] [ 13 ] Будущее этого процессора неясно.
Microwulf, недорогой настольный кластер Beowulf из четырех двухъядерных компьютеров Athlon 64 X2 3800+, работает с производительностью 58 MFLOPS/ватт. [ 14 ]
Компания Kalray разработала 256-ядерный процессор VLIW с производительностью 25 000 MFLOPS/ватт. Ожидается, что следующее поколение достигнет 75 000 MFLOPS/ватт. [ 15 ] Однако в 2019 году их последний чип для встраиваемых систем стал 80-ядерным и заявлен до 4 терафлопс при 20 Вт. [ 16 ]
Adapteva анонсировала Epiphany V , 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор, рассчитанный на производительность 75 гигафлопс/ватт. [ 17 ] [ 18 ] хотя позже они объявили, что Epiphany V «маловероятно» станет доступен в качестве коммерческого продукта.
В патенте США № 10 020 436 , июль 2018 г. заявлены три интервала: 100, 300 и 600 гигафлопс/ватт.
Эффективность графического процессора
[ редактировать ]Графические процессоры (GPU) продолжают увеличивать потребление энергии, в то время как разработчики процессоров в последнее время [ когда? ] сосредоточено на повышении производительности на ватт. Высокопроизводительные графические процессоры могут потреблять большое количество энергии, поэтому для управления энергопотреблением графических процессоров необходимы интеллектуальные методы. Такие показатели, как показатель 3DMark2006 на ватт, могут помочь определить более эффективные графические процессоры. [ 19 ] Однако это может не обеспечивать адекватную эффективность при обычном использовании, когда много времени тратится на выполнение менее требовательных задач. [ 20 ]
В современных графических процессорах потребление энергии является важным ограничением максимальных вычислительных возможностей, которых можно достичь. Конструкции графических процессоров обычно хорошо масштабируются, что позволяет производителю устанавливать несколько чипов на одну и ту же видеокарту или использовать несколько видеокарт, работающих параллельно. Пиковая производительность любой системы по существу ограничена количеством энергии, которую она может потреблять, и количеством тепла, которое она может рассеивать. Следовательно, производительность на ватт графического процессора напрямую преобразуется 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 процессорам, например, в FLOPS на ватт.
Проблемы
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация об инфляционном влиянии низких тактовых частот и ограничений мощности, например; [ 21 ] также Правило выпуклости энергии/частоты. ( ноябрь 2020 г. ) |
Хотя производительность на ватт полезна, требования к абсолютной мощности также важны. Заявления о повышении производительности на ватт могут быть использованы для маскировки растущих потребностей в мощности. Например, хотя архитектуры графических процессоров нового поколения могут обеспечивать более высокую производительность на ватт, дальнейшее увеличение производительности может свести на нет прирост эффективности, и графические процессоры продолжают потреблять большое количество энергии. [ 22 ]
Тесты, измеряющие мощность при большой нагрузке, могут неадекватно отражать типичную эффективность. Например, 3DMark уделяет особое внимание производительности графического процессора в 3D, но многие компьютеры большую часть времени тратят на выполнение менее интенсивных задач отображения (в режиме ожидания, 2D-задачи, отображение видео). Таким образом, эффективность графической системы в режиме 2D или простоя может иметь как минимум столь же важное значение для общей энергоэффективности. Аналогичным образом, системы, которые проводят большую часть своего времени в режиме ожидания или мягком выключении, не характеризуются адекватной эффективностью только под нагрузкой. Чтобы помочь решить эту проблему, некоторые тесты, такие как SPECpower , включают измерения при ряде уровней нагрузки. [ 23 ]
Эффективность некоторых электрических компонентов, таких как регуляторы напряжения , снижается с повышением температуры, поэтому потребляемая мощность может увеличиваться с ростом температуры. Блоки питания, материнские платы и некоторые видеокарты — вот некоторые из подсистем, затронутых этим. Таким образом, 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 затраты на 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, энергопотребления и воздействия на окружающую среду. [ 26 ] [ 27 ]
Энергия, необходимая для климат-контроля окружающей среды компьютера, часто не учитывается при расчете мощности, но она может быть значительной. [ 28 ]
Другие меры по повышению энергоэффективности
[ редактировать ]SWaP (пространство, мощность и производительность) — это показатель Sun Microsystems для центров обработки данных , включающий мощность и пространство:
Где производительность измеряется любым подходящим эталоном, а пространство — это размер компьютера. [ 29 ]
Снижение мощности, массы и объема также важно для космических компьютеров. [ 3 ]
См. также
[ редактировать ]- Показатели энергоэффективности
- Средняя мощность процессора (ACP) — показатель энергопотребления при выполнении нескольких стандартных тестов.
- EEMBC – EnergyBench
- SPECpower — эталон для веб-серверов, работающих под управлением Java (операций Java на стороне сервера на джоуль)
- Другой
- Эффективность инфраструктуры центра обработки данных (DCIE)
- Энергетически пропорциональные вычисления
- ИТ-управление энергопотреблением
- Закон Куми
- Принцип Ландауэра
- Маломощная электроника
- Эффективность использования энергии (PUE)
- Рассеиваемая мощность процессора
Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Эйткен, Роб; Парень; Технологии, директор; Арм (12 июля 2021 г.). «Производительность на ватт — это новый закон Мура» . Чертеж руки . Проверено 16 июля 2021 г.
- ^ Электроэнергия может стоить дороже, чем серверы, предупреждает Google , CNET, 2006 г.
- ^ Перейти обратно: а б диджей Ширли; и депутат К. Маклелланд. «Космический компьютер следующего поколения SC-7 RISC» . п. 1, 2.
- ^ «Fujitsu разрабатывает многоядерный процессор для высокопроизводительных цифровых потребительских товаров» (пресс-релиз). Фуджицу. 7 февраля 2020 года. Архивировано из оригинала 25 марта 2019 года . Проверено 8 августа 2020 г.
- ^ Однокристальный многоядерный процессор FR-V: FR1000. Архивировано 2 апреля 2015 г. на Wayback Machine Fujitsu.
- ^ «Список Green500 на июнь 2016 года» .
- ^ «Список Green500» . Зеленый500 . Архивировано из оригинала 3 июля 2012 года.
- ^ «Список суперкомпьютеров Top500 раскрывает тенденции в области вычислений» . 20 июля 2010 г.
IBM... Система BlueGene/Q... установила рекорд энергоэффективности со значением 1680 Мфлопс/ватт, что более чем в два раза превышает показатель следующей лучшей системы.
- ^ «IBM Research — явный победитель в рейтинге Green 500» . 18 ноября 2010 г.
- ^ «Правительство представляет самый быстрый компьютер в мире» . CNN . Архивировано из оригинала 10 июня 2008 года.
Выполняет 376 миллионов вычислений на каждый ватт использованной электроэнергии.
- ^ «IBM Roadrunner берет золото в гонке петафлопов» . Архивировано из оригинала 13 июня 2008 года.
- ^ «Intel выжимает из одного процессора 1,8 Тфлопс» . ТГ Дейли . Архивировано из оригинала 3 декабря 2007 года.
- ^ «Исследовательский чип терафлопс» . Технологии и исследования Intel .
- ^ Джоэл Адамс. «Микроульф: Энергоэффективность» . Микровульф: персональный портативный кластер «Беовульф» .
- ^ «MPPA MANYCORE — Многоядерные процессоры — KARLAY — Agile Performance» .
- ^ «Kalray объявляет об отказе компании Coolidge от технологии TSMC 16NM» . Калрей . 31 июля 2019 года . Проверено 12 августа 2019 г.
- ^ Олофссон, Андреас. «Epiphany-V: 1024-ядерный 64-битный RISC-процессор» . Проверено 6 октября 2016 г.
- ^ Олофссон, Андреас. «Epiphany-V: 64-битная RISC-система на кристалле с процессором 1024» (PDF) . Проверено 6 октября 2016 г.
- ^ Этвуд, Джефф (18 августа 2006 г.). «Энергопотребление видеокарты» . Архивировано из оригинала 8 сентября 2008 года . Проверено 26 марта 2008 г.
- ^ «Энергопотребление видеокарты» . Xbit Labs . Архивировано из оригинала 4 сентября 2011 года.
- ^ «PSA: производительность не зависит линейно от мощности (то есть тестирование M1 и Zen 3 5600X при одинаковом энергопотреблении)» . 29 ноября 2020 г.
- ^ Тим Смолли. «Производительность за что?» . Бит Тех . Проверено 21 апреля 2008 г.
- ^ «SPEC запускает стандартизированный эталон энергоэффективности» . ЗДНет . Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 года.
- ^ Майк Чин. «Видеокарта Asus EN9600GT Silent Edition» . Обзор бесшумного ПК . п. 5 . Проверено 21 апреля 2008 г.
- ^ Майк Чин (19 марта 2008 г.). «80 Plus расширяет подиум для бронзы, серебра и золота» . Обзор бесшумного ПК . Проверено 21 апреля 2008 г.
- ^ Майк Чин. «Анализ жизненного цикла и обзор эко-ПК» . Обзор эко-ПК . Архивировано из оригинала 4 марта 2008 года.
- ^ Эрик Уильямс (2004). «Энергоемкость компьютерного производства: гибридная оценка, сочетающая процессный и экономический методы ввода-вывода» . Окружающая среда. наук. Технол . 38 (22): 6166–74. Бибкод : 2004EnST...38.6166W . дои : 10.1021/es035152j . ПМИД 15573621 .
- ^ У-чунь Фэн (2005). «Важность низкого энергопотребления в высокопроизводительных вычислениях» . CT Watch Ежеквартально . 1 (5).
- ^ Гринхилл, Дэвид. «SWaP Space Watts and Power» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США Energystar . Проверено 14 ноября 2013 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- У-Чун Фэн (октябрь 2003 г.). «Обоснование эффективности суперкомпьютеров» . Очередь АКМ . 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» . IEEE-компьютер . 40 (12).