Wydajność na wat

W informatyce wydajność na wat jest miarą efektywności energetycznej określonej architektury komputera lub sprzętu komputerowego . Dosłownie mierzy szybkość obliczeń, które komputer może wykonać na każdy wat zużytej energii. Wskaźnik ten jest zwykle mierzony wydajnością w LINPACK podczas próby porównania między systemami komputerowymi: przykładem wykorzystania tego jest Green500 lista superkomputerów. Sugeruje się, że wydajność na wat jest bardziej zrównoważoną miarą obliczeń niż prawo Moore'a .

Projektanci systemów budujący komputery równoległe , takie jak sprzęt Google , wybierają procesory na podstawie ich wydajności na wat mocy, ponieważ koszt zasilania procesora przewyższa koszt samego procesora.

Komputery do lotów kosmicznych mają twarde ograniczenia maksymalnej dostępnej mocy, a także surowe wymagania dotyczące minimalnej wydajności w czasie rzeczywistym. Stosunek szybkości przetwarzania do wymaganej mocy elektrycznej jest bardziej użyteczny niż surowa prędkość przetwarzania.

Definicja

Stosowane wskaźniki wydajności i zużycia energii zależą od definicji; rozsądne miary wydajności to FLOPS , MIPS lub wynik dowolnego testu porównawczego wydajności . Można zastosować kilka miar zużycia energii, w zależności od celów metryki; na przykład metryka może uwzględniać tylko energię elektryczną dostarczaną bezpośrednio do maszyny, podczas gdy inna może obejmować całą moc potrzebną do działania komputera, taką jak systemy chłodzenia i monitorowania. Pomiar mocy jest często średnią mocą zużytą podczas przeprowadzania testu porównawczego, ale można zastosować inne miary zużycia energii (np. moc szczytowa, moc w stanie spoczynku).

Na przykład wczesny komputer UNIVAC I wykonywał około 0,015 operacji na watosekundę (wykonując 1905 operacji na sekundę (OPS), zużywając 125 kW). System Fujitsu FR-V VLIW / procesor wektorowy na chipie w 4-rdzeniowym wariancie FR550 wydanym w 2005 roku wykonuje 51 Giga-OPS przy 3 watach zużycia energii, co daje 17 miliardów operacji na watosekundę. To poprawa ponad bilion razy w ciągu 54 lat.

Większość energii zużywanej przez komputer jest przekształcana w ciepło, więc system, który zużywa mniej watów do wykonania zadania, będzie wymagał mniej chłodzenia, aby utrzymać określoną temperaturę roboczą . Mniejsze zapotrzebowanie na chłodzenie ułatwia wyciszenie komputera . Niższe zużycie energii może również obniżyć koszty eksploatacji i zmniejszyć wpływ zasilania komputera na środowisko (patrz ekologiczne przetwarzanie danych ). W przypadku instalacji w miejscu, w którym kontrola klimatu jest ograniczona , komputer o mniejszej mocy będzie działał w niższej temperaturze, co może zwiększyć jego niezawodność. W środowisku z kontrolowanym klimatem zmniejszenie bezpośredniego zużycia energii może również prowadzić do oszczędności energii w zakresie kontroli klimatu.

Obliczanie zużycia energii jest czasami mierzone poprzez zgłaszanie energii wymaganej do przeprowadzenia określonego testu porównawczego, na przykład EEMBC EnergyBench. Dane dotyczące zużycia energii przy standardowym obciążeniu pracą mogą ułatwić ocenę skutków poprawy efektywności energetycznej .

Wydajność (w operacjach/sekundę) na wat można również zapisać jako operacje/watosekundę lub operacje/dżul, ponieważ 1 wat = 1 dżul/sekundę.

FLOPS na wat

Wykładniczy wzrost wydajności superkomputera na wat na podstawie danych z listy Green500 . Czerwone krzyżyki oznaczają najbardziej energooszczędny komputer, a niebieskie oznaczają komputer z numerem 500.

FLOPS na wat to powszechna miara. Podobnie jak FLOPS ( operacje zmiennoprzecinkowe na sekundę), na której jest oparta, metryka ta jest zwykle stosowana do obliczeń naukowych i symulacji obejmujących wiele obliczeń zmiennoprzecinkowych .

Przykłady

Według stanu na czerwiec 2016 r. lista Green500 najwyżej ocenia dwa najwydajniejsze superkomputery — oba są oparte na tym samym wielordzeniowym akceleratorze PEZY-SCnp japońskiej technologii oprócz procesorów Intel Xeon — oba w rankingu RIKEN , najlepszy z wynikiem 6673,8 MFLOPS/wat; a na trzecim miejscu jest chińska technologia Sunway TaihuLight (znacznie większa maszyna, czyli 2. miejsce na liście TOP500 , pozostałych nie ma na tej liście) z wydajnością 6051,3 MFLOPS/wat.

W czerwcu 2012 r. Lista Green500 uznała BlueGene / Q, Power BQC 16C za najbardziej wydajny superkomputer w rankingu TOP500 pod względem FLOPS na wat, pracując z szybkością 2100,88 MFLOPS / wat.

W listopadzie 2010 roku maszyna IBM, Blue Gene/Q, osiąga 1684 MFLOPS/wat.

9 czerwca 2008 r. CNN poinformowało, że superkomputer IBM Roadrunner osiąga 376 MFLOPS / wat.

W ramach projektu badawczego Tera-Scale firmy Intel zespół stworzył 80-rdzeniowy procesor, który może osiągnąć ponad 16 000 MFLOPS/wat. Przyszłość tego procesora nie jest pewna.

Microwulf, niedrogi stacjonarny klaster Beowulf składający się z czterech dwurdzeniowych komputerów Athlon 64 X2 3800+, działa z szybkością 58 MFLOPS/wat.

Kalray opracował 256-rdzeniowy procesor VLIW, który osiąga 25 000 MFLOPS/wat. Oczekuje się, że następna generacja osiągnie 75 000 MFLOPS/wat. Jednak w 2019 roku ich najnowszy chip do systemów wbudowanych ma 80 rdzeni i zapewnia do 4 TFLOPS przy 20 W.

Adapteva ogłosiła Epiphany V , 1024-rdzeniowy 64-bitowy procesor RISC, który miał osiągnąć 75 GFLOPS / wat, podczas gdy później ogłosili, że Epiphany V jest „mało prawdopodobne”, aby stał się dostępny jako produkt komercyjny

W patencie USA 10 020 436 z lipca 2018 r. zastrzeżono trzy przedziały 100, 300 i 600 GFLOPS/wat.

Wydajność GPU

Jednostki przetwarzania grafiki (GPU) nadal zwiększają zużycie energii, podczas gdy projektanci procesorów skupili się ostatnio na poprawie wydajności na wat. Wysokowydajne układy GPU mogą pobierać duże ilości energii, dlatego do zarządzania zużyciem energii przez układ GPU wymagane są inteligentne techniki. Miary takie jak wynik 3DMark2006 na wat mogą pomóc zidentyfikować bardziej wydajne procesory graficzne. Może to jednak nie uwzględniać odpowiednio wydajności w typowym użytkowaniu, w którym dużo czasu spędza się na wykonywaniu mniej wymagających zadań.

W przypadku nowoczesnych procesorów graficznych zużycie energii jest ważnym ograniczeniem maksymalnych możliwości obliczeniowych, jakie można osiągnąć. Projekty GPU są zwykle wysoce skalowalne, co pozwala producentowi umieścić wiele układów na tej samej karcie graficznej lub używać wielu kart graficznych pracujących równolegle. Szczytowa wydajność każdego systemu jest zasadniczo ograniczona ilością energii, którą może on pobierać, oraz ilością ciepła, które może rozproszyć. W związku z tym wydajność na wat projektu GPU przekłada się bezpośrednio na najwyższą wydajność systemu, który korzysta z tego projektu.

Ponieważ procesory graficzne mogą być również używane do obliczeń ogólnego przeznaczenia , czasami ich wydajność jest mierzona w kategoriach odnoszących się również do procesorów, takich jak FLOPS na wat.

Wyzwania

Chociaż wydajność na wat jest użyteczna, ważne są również bezwzględne wymagania dotyczące mocy. Twierdzenia o lepszej wydajności na wat mogą służyć do maskowania rosnącego zapotrzebowania na energię. Na przykład, chociaż architektury procesorów graficznych nowszej generacji mogą zapewniać lepszą wydajność w przeliczeniu na wat, ciągły wzrost wydajności może zniweczyć wzrost wydajności, a procesory graficzne nadal zużywają duże ilości energii.

Benchmarki mierzące moc przy dużym obciążeniu mogą nie odzwierciedlać odpowiednio typowej wydajności. Na przykład 3DMark kładzie nacisk na wydajność 3D GPU, ale wiele komputerów spędza większość czasu na wykonywaniu mniej intensywnych zadań związanych z wyświetlaniem (bezczynność, zadania 2D, wyświetlanie wideo). Tak więc wydajność 2D lub bezczynności systemu graficznego może być co najmniej tak samo istotna dla ogólnej efektywności energetycznej. Podobnie systemy, które spędzają większość czasu w trybie czuwania lub w trybie łagodnego wyłączenia, nie charakteryzują się odpowiednią wydajnością pod obciążeniem. Aby rozwiązać ten problem, niektóre testy porównawcze, takie jak SPECpower , obejmują pomiary na szeregu poziomów obciążenia.

Sprawność niektórych elementów elektrycznych, takich jak regulatory napięcia , spada wraz ze wzrostem temperatury, więc zużywana moc może rosnąć wraz z temperaturą. Zasilacze, płyty główne i niektóre karty graficzne to tylko niektóre podsystemy, na które ma to wpływ. Tak więc ich pobór mocy może zależeć od temperatury, a podczas pomiaru należy odnotować temperaturę lub zależność od temperatury.

Wydajność na wat również zwykle nie obejmuje kosztów pełnego cyklu życia . Ponieważ produkcja komputerów jest energochłonna, a komputery często mają stosunkowo krótką żywotność, energia i materiały zaangażowane w produkcję, dystrybucję, utylizację i recykling często stanowią znaczną część ich kosztów, zużycia energii i wpływu na środowisko.

Energia wymagana do kontroli klimatu otoczenia komputera często nie jest uwzględniana przy obliczaniu mocy, ale może być znacząca.

Inne środki efektywności energetycznej

SWaP (przestrzeń, moc i wydajność) to miernik Sun Microsystems dla centrów danych , obejmujący moc i przestrzeń:

Gdzie wydajność jest mierzona dowolnym odpowiednim testem porównawczym, a przestrzeń to rozmiar komputera.

Zmniejszenie mocy, masy i objętości jest również ważne dla komputerów do lotów kosmicznych.

Zobacz też

Wskaźniki efektywności energetycznej
  • Średnia moc procesora (ACP) — miara zużycia energii podczas uruchamiania kilku standardowych testów porównawczych
  • EEMBC – EnergyBench
  • SPECpower — test porównawczy dla serwerów WWW z Javą (operacje Java po stronie serwera na dżul)
Inny

Uwagi i odniesienia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Performance_per_watt&oldid=1051902204 ”