Ytelse per watt - Performance per watt

I databehandling er ytelse per watt et mål på energieffektiviteten til en bestemt datamaskinarkitektur eller maskinvare . Bokstavelig talt måler den beregningshastigheten som en datamaskin kan levere for hver watt strømforbruk. Denne hastighet måles typisk ved resultatene i Linpack målestokk når man prøver å sammenligne mellom datasystemer: et eksempel ved hjelp av denne er det Green500 listen superdatamaskiner. Ytelse per watt har blitt foreslått å være et mer bærekraftig måling av databehandling enn Moores lov .

Systemdesignere som bygger parallelle datamaskiner , for eksempel Googles maskinvare , velger CPUer basert på ytelsen per watt strøm, fordi kostnadene ved å drive CPUen oppveier kostnadene for selve CPU -en.

Spaceflight-datamaskiner har harde grenser for maksimal effekt tilgjengelig og har også harde krav til minimum sanntidsytelse. Et forhold mellom behandlingshastighet og nødvendig elektrisk kraft er mer nyttig enn rå prosesshastighet.

Definisjon

Ytelses- og strømforbruksberegningene som brukes, avhenger av definisjonen; rimelige ytelsesmålinger er FLOPS , MIPS eller poengsummen for en ytelses benchmark . Flere målinger av strømforbruket kan brukes, avhengig av formålene til metrikken; for eksempel kan en beregning bare vurdere den elektriske kraften som leveres til en maskin direkte, mens en annen kan inkludere all strøm som er nødvendig for å kjøre en datamaskin, for eksempel kjøle- og overvåkingssystemer. Effektmåling er ofte gjennomsnittlig effekt som brukes mens referanseindeksen kjøres, men andre målinger av strømforbruk kan brukes (f.eks. Toppeffekt, tomgangseffekt).

For eksempel utførte den tidlige UNIVAC I- datamaskinen omtrent 0,015 operasjoner per watt-sekund (utførte 1 905 operasjoner per sekund (OPS), mens den brukte 125 kW). Den Fujitsu FR-V VLIW / vektorprosessor -system på en brikke i 4 FR550 kjerne variant utgitt 2005 utfører 51 Giga-OPS med 3 watt effektforbruk som et resultat på 17 milliarder operasjoner per watt-sekund. Dette er en forbedring med over en billion ganger på 54 år.

Det meste av strømmen en datamaskin bruker blir omgjort til varme, så et system som tar færre watt for å gjøre en jobb vil kreve mindre kjøling for å opprettholde en gitt driftstemperatur . Reduserte kjølekrav gjør det lettere å stille en datamaskin . Lavere energiforbruk kan også gjøre det mindre kostbart å kjøre, og redusere miljøpåvirkningen av å drive datamaskinen (se grønn databehandling ). Hvis den er installert der det er begrenset klimakontroll , vil en datamaskin med lavere effekt fungere ved en lavere temperatur, noe som kan gjøre den mer pålitelig. I et klimakontrollert miljø kan reduksjoner i direkte strømbruk også skape besparelser i klimakontrollenergi.

Beregning av energiforbruk måles noen ganger også ved å rapportere energien som kreves for å kjøre en bestemt referanse, for eksempel EEMBC EnergyBench. Energiforbrukstall for en standard arbeidsbelastning kan gjøre det lettere å bedømme effekten av en forbedring av energieffektiviteten .

Ytelse (i operasjoner/sekund) per watt kan også skrives som operasjoner/watt-sekund, eller operasjoner/joule, siden 1 watt = 1 joule/sekund.

FLOPS per watt

Eksponensiell vekst i superdatamaskinens ytelse per watt basert på data fra Green500 -listen. De røde kryssene angir den mest energieffektive datamaskinen, mens de blå angir datamaskinen som nummer 500.

FLOPS per watt er et vanlig mål. I likhet med FLOPS ( Floating Point Operations Per Second) -beregningen den er basert på, brukes metrikken vanligvis på vitenskapelig databehandling og simuleringer som involverer mange flytende beregninger.

Eksempler

Fra juni 2016 vurderer Green500- listen de to mest effektive superdatamaskinene høyest-de er begge basert på den samme mangepoengs akseleratoren PEZY-SCnp japansk teknologi i tillegg til Intel Xeon-prosessorer-begge på RIKEN , den øverste på 6673,8 MFLOPS/watt; og den tredje rangerte er den kinesiske teknologien Sunway TaihuLight (en mye større maskin, som er nummer to på TOP500 , de andre er ikke på den listen) på 6051,3 MFLOPS/watt.

I juni 2012 rangerte Green500 -listen BlueGene/Q, Power BQC 16C som den mest effektive superdatamaskinen på TOP500 når det gjelder FLOPS per watt, og kjørte på 2100,88 MFLOPS/watt.

I november 2010 oppnådde IBM -maskinen Blue Gene/Q 1 684 MFLOPS/watt.

Juni 2008 rapporterte CNN at IBMs Roadrunner -superdatamaskin oppnår 376 MFLOPS/watt.

Som en del av Intel 's Tera-Scale forskningsprosjekt, teamet produsert en 80-core CPU som kan oppnå over 16.000 MFLOPS / watt. Fremtiden til den CPUen er ikke sikker.

Microwulf, en rimelig desktop Beowulf-klynge med fire dual-core Athlon 64 X2 3800+ datamaskiner, kjører på 58 MFLOPS/watt.

Kalray har utviklet en 256-kjerners VLIW-CPU som oppnår 25 000 MFLOPS/watt. Neste generasjon forventes å oppnå 75 000 MFLOPS/watt. Imidlertid er deres siste chip for embedded i 2019 80-kjerne og krever opptil 4 TFLOPS ved 20 W.

Adapteva kunngjorde Epiphany V , en 1024-kjerners 64-biters RISC-prosessor beregnet på å oppnå 75 GFLOPS/watt, mens de senere kunngjorde at Epiphany V var "usannsynlig" å bli tilgjengelig som et kommersielt produkt

US patent 10 020 436 , juli 2018, krever tre intervaller på 100, 300 og 600 GFLOPS/watt.

GPU -effektivitet

Grafikkbehandlingsenheter (GPU) har fortsatt å øke energiforbruket, mens CPU -designere nylig har fokusert på å forbedre ytelsen per watt. Høyytelses -GPUer kan trekke mye strøm, derfor kreves intelligente teknikker for å håndtere GPU -strømforbruket. Tiltak som 3DMark2006 score per watt kan bidra til å identifisere mer effektive GPUer. Imidlertid inkorporerer det kanskje ikke tilstrekkelig effektivitet ved vanlig bruk, der mye tid brukes på mindre krevende oppgaver.

Med moderne GPU -er er energibruk en viktig begrensning for de maksimale beregningsmulighetene som kan oppnås. GPU -design er vanligvis svært skalerbare, slik at produsenten kan sette flere brikker på det samme skjermkortet eller bruke flere skjermkort som fungerer parallelt. Toppytelsen til ethvert system er i hovedsak begrenset av mengden kraft det kan trekke og mengden varme det kan spre. Følgelig oversetter ytelse per watt av en GPU -design direkte til toppytelse for et system som bruker det designet.

Siden GPU -er også kan brukes til generell beregning , måles ytelsen noen ganger i termer som også brukes på CPUer, for eksempel FLOPS per watt.

Utfordringer

Selv om ytelse per watt er nyttig, er absolutt effektbehov også viktig. Påstander om forbedret ytelse per watt kan brukes til å maskere økende effektbehov. For eksempel, selv om nyere generasjon GPU -arkitekturer kan gi bedre ytelse per watt, kan fortsatt ytelsesøkning negere gevinsten i effektivitet, og GPU -ene fortsetter å forbruke store mengder strøm.

Benchmarks som måler kraft under tung belastning gjenspeiler kanskje ikke tilstrekkelig typisk effektivitet. For eksempel understreker 3DMark 3D -ytelsen til en GPU, men mange datamaskiner bruker mesteparten av tiden på å gjøre mindre intense visningsoppgaver (inaktiv, 2D -oppgaver, visning av video). Så 2D eller tomgangseffektiviteten til grafikksystemet kan være minst like viktig for den totale energieffektiviteten. På samme måte er systemer som bruker mye av tiden i standby eller myk , ikke tilstrekkelig preget av bare effektivitet under belastning. For å løse dette , inkluderer noen referanser, som SPECpower , målinger på en rekke lastnivåer .

Effektiviteten til noen elektriske komponenter, for eksempel spenningsregulatorer , reduseres med økende temperatur, så effekten som brukes kan øke med temperaturen. Strømforsyninger, hovedkort og noen skjermkort er noen av undersystemene som påvirkes av dette. Så kraftuttaket kan avhenge av temperaturen, og temperaturen eller temperaturavhengigheten bør noteres når du måler.

Ytelse per watt inkluderer vanligvis ikke hele livssykluskostnader . Siden datamaskinproduksjon er energikrevende, og datamaskiner ofte har en relativt kort levetid, utgjør energi og materialer involvert i produksjon, distribusjon, avhending og resirkulering ofte betydelige deler av kostnadene, energibruken og miljøpåvirkningen.

Energi som kreves for klimakontroll av datamaskinens omgivelser teller ofte ikke i wattberegningen, men den kan være betydelig.

Andre energieffektiviseringstiltak

SWaP (plass, watt og ytelse) er en Sun Microsystems -beregning for datasentre , som inneholder kraft og plass:

Hvor ytelsen måles med en passende referanseindeks, og plass er datamaskinens størrelse.

Reduksjon av effekt, masse og volum er også viktig for romfartsmaskiner.

Se også

Energieffektivitets benchmarks
  • Gjennomsnittlig CPU -effekt (ACP) - et mål på strømforbruk når du kjører flere standard benchmarks
  • EEMBC  - EnergyBench
  • SPECpower  - en referanse for webservere som kjører Java (serverside Java -operasjoner per Joule)
Annen

Notater og referanser

Videre lesning

Eksterne linker