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En informática , el rendimiento por vatio es una medida de la eficiencia energética de una arquitectura o hardware informático en particular . Literalmente, mide la tasa de cálculo que puede entregar una computadora por cada vatio de energía consumido. Esta tasa generalmente se mide por el rendimiento en el punto de referencia LINPACK cuando se intenta comparar entre sistemas informáticos: un ejemplo que usa esto es la lista de supercomputadoras Green500 .

Los diseñadores de sistemas que construyen computadoras paralelas , como el hardware de Google , eligen las CPU en función de su rendimiento por vatio de energía, porque el costo de alimentar la CPU supera el costo de la CPU en sí. [1]

Definición [ editar ]

Las métricas de rendimiento y consumo de energía utilizadas dependen de la definición; Las medidas razonables de rendimiento son FLOPS , MIPS o la puntuación de cualquier punto de referencia de rendimiento . Se pueden emplear varias medidas de uso de energía, dependiendo de los propósitos de la métrica; por ejemplo, una métrica solo podría considerar la energía eléctrica entregada a una máquina directamente, mientras que otra podría incluir toda la energía necesaria para hacer funcionar una computadora, como los sistemas de enfriamiento y monitoreo. La medición de potencia es a menudo la potencia media utilizada durante la ejecución del punto de referencia, pero se pueden emplear otras medidas de consumo de energía (por ejemplo, potencia máxima, potencia inactiva).

Por ejemplo, la primera computadora UNIVAC I realizaba aproximadamente 0.015 operaciones por vatio-segundo (realizaba 1.905 operaciones por segundo (OPS), mientras consumía 125 kW). El Fujitsu FR-V VLIW / procesador vectorial sistema en un chip en la variante 4 FR550 núcleo liberado 2005 realiza 51 Giga-OPS con 3 vatios de consumo de energía resultante en 17 mil millones de operaciones por vatio-segundo. [2] [3] Esta es una mejora de más de un billón de veces en 54 años.

La mayor parte de la energía que usa una computadora se convierte en calor, por lo que un sistema que consume menos vatios para hacer un trabajo requerirá menos enfriamiento para mantener una temperatura de funcionamiento determinada . La reducción de las demandas de refrigeración hace que sea más fácil silenciar una computadora . Un menor consumo de energía también puede hacer que su funcionamiento sea menos costoso y reducir el impacto ambiental de la alimentación de la computadora (consulte informática ecológica ). Si se instala donde hay un control de clima limitado , una computadora de menor potencia funcionará a una temperatura más baja, lo que puede hacerla más confiable. En un entorno de clima controlado, las reducciones en el uso directo de energía también pueden generar ahorros en la energía de control de clima.

El consumo de energía computacional a veces también se mide informando la energía requerida para ejecutar un punto de referencia en particular, por ejemplo, EEMBC EnergyBench. Las cifras de consumo de energía para una carga de trabajo estándar pueden facilitar la evaluación del efecto de una mejora en la eficiencia energética .

El rendimiento (en operaciones / segundo) por vatio también se puede escribir como operaciones / vatio-segundo u operaciones / julio, ya que 1 vatio = 1 julio / segundo.

FLOPS por vatio [ editar ]

Crecimiento exponencial del rendimiento de la supercomputadora por vatio según los datos de la lista Green500 . Las cruces rojas denotan la computadora más eficiente en energía, mientras que las azules denotan la computadora clasificada # 500.

FLOPS por vatio es una medida común. Al igual que la métrica FLOPS ( operaciones de punto flotante por segundo) en la que se basa, la métrica generalmente se aplica a la computación científica y las simulaciones que involucran muchos cálculos de punto flotante .

Ejemplos [ editar ]

A partir de junio el año 2016 , los Green500 tarifas de lista los dos supercomputadoras más eficientes más altos - aquellos ambas están basadas en el mismo Manycore acelerador Pézy-SCNP tecnología japonesa, además de los procesadores Intel Xeon - tanto en RIKEN , el de arriba a 6673.8 MFLOPS / watt; y el tercero clasificado es el Sunway TaihuLight de tecnología china (una máquina mucho más grande, que ocupa el segundo lugar en el TOP500 , los otros no están en esa lista) con 6051,3 MFLOPS / vatio. [4]

En junio de 2012, la lista Green500 calificó a BlueGene / Q, Power BQC 16C como la supercomputadora más eficiente del TOP500 en términos de FLOPS por vatio, con una velocidad de 2,100,88 MFLOPS / vatio. [5]

En noviembre de 2010, la máquina IBM Blue Gene / Q alcanza 1.684 MFLOPS / vatio. [6] [7]

El 9 de junio de 2008, CNN informó que la supercomputadora Roadrunner de IBM alcanza 376 MFLOPS / vatio. [8] [9]

Como parte de Intel 's teraescala proyecto de investigación, el equipo produjo una CPU de 80 núcleos que pueden alcanzar más de 16.000 MFLOPS / watt. [10] [11] El futuro de esa CPU no es seguro.

Microwulf, un grupo de escritorio de bajo costo de Beowulf de cuatro computadoras Athlon 64 X2 3800+ de doble núcleo , funciona a 58 MFLOPS / vatio. [12]

Kalray ha desarrollado una CPU VLIW de 256 núcleos que alcanza 25.000 MFLOPS / vatio. Se espera que la próxima generación alcance 75.000 MFLOPS / vatio. [13] Sin embargo, en 2019 su último chip integrado es de 80 núcleos y reclama hasta 4 TFLOPS a 20 W. [14]

Adapteva anunció el Epiphany V , un procesador RISC de 1024 núcleos y 64 bits destinado a alcanzar 75 GFLOPS / vatio, [15] [16] mientras que más tarde anunciaron que el Epiphany V era "poco probable" que estuviera disponible como producto comercial.

La patente de EE. UU . 10.020.436 , julio de 2018, reclama tres intervalos de 100, 300 y 600 GFLOPS / vatio.

Eficiencia de GPU [ editar ]

Las unidades de procesamiento de gráficos (GPU) han seguido aumentando en el uso de energía, mientras que los diseñadores de CPU se han centrado recientemente en mejorar el rendimiento por vatio. Las GPU de alto rendimiento pueden consumir una gran cantidad de energía, por lo que se requieren técnicas inteligentes para administrar el consumo de energía de la GPU. [17] Medidas como la puntuación 3DMark2006 por vatio pueden ayudar a identificar GPU más eficientes. [18] Sin embargo, eso puede no incorporar adecuadamente la eficiencia en el uso típico, donde se dedica mucho tiempo a tareas menos exigentes. [19]

Con las GPU modernas, el uso de energía es una restricción importante en las capacidades computacionales máximas que se pueden lograr. Los diseños de GPU suelen ser altamente escalables, lo que permite al fabricante colocar varios chips en la misma tarjeta de video o usar varias tarjetas de video que funcionan en paralelo. El rendimiento máximo de cualquier sistema está esencialmente limitado por la cantidad de energía que puede consumir y la cantidad de calor que puede disipar. En consecuencia, el rendimiento por vatio de un diseño de GPU se traduce directamente en el rendimiento máximo de un sistema que utiliza ese diseño.

Dado que las GPU también se pueden usar para algunos cálculos de propósito general , a veces su rendimiento se mide en términos que también se aplican a las CPU, como FLOPS por vatio.

Desafíos [ editar ]

Si bien el rendimiento por vatio es útil, los requisitos absolutos de energía también son importantes. Las afirmaciones de rendimiento mejorado por vatio pueden utilizarse para enmascarar las crecientes demandas de energía. Por ejemplo, aunque las arquitecturas de GPU de nueva generación pueden proporcionar un mejor rendimiento por vatio, los aumentos continuos del rendimiento pueden anular las ganancias en eficiencia y las GPU continúan consumiendo grandes cantidades de energía. [21]

Los puntos de referencia que miden la potencia bajo carga pesada pueden no reflejar adecuadamente la eficiencia típica. Por ejemplo, 3DMark enfatiza el rendimiento 3D de una GPU, pero muchas computadoras pasan la mayor parte del tiempo realizando tareas de visualización menos intensas (inactivo, tareas 2D, visualización de video). Por lo tanto, la eficiencia 2D o inactiva del sistema gráfico puede ser al menos tan significativa para la eficiencia energética general. Del mismo modo, los sistemas que pasan gran parte de su tiempo en espera o apagado suave no se caracterizan adecuadamente por su eficiencia bajo carga. Para ayudar a abordar esto, algunos puntos de referencia, como SPECpower , incluyen mediciones en una serie de niveles de carga. [22]

La eficiencia de algunos componentes eléctricos, como los reguladores de voltaje , disminuye al aumentar la temperatura, por lo que la potencia utilizada puede aumentar con la temperatura. Las fuentes de alimentación, las placas base y algunas tarjetas de video son algunos de los subsistemas afectados por esto. Por lo tanto, su consumo de energía puede depender de la temperatura, y la temperatura o la dependencia de la temperatura deben tenerse en cuenta al medir. [23] [24]

El rendimiento por vatio tampoco suele incluir los costes del ciclo de vida completo . Dado que la fabricación de computadoras consume mucha energía y las computadoras a menudo tienen una vida útil relativamente corta, la energía y los materiales involucrados en la producción, distribución, eliminación y reciclaje a menudo constituyen una parte significativa de su costo, uso de energía e impacto ambiental. [25] [26]

La energía requerida para el control del clima del entorno de la computadora a menudo no se cuenta en el cálculo de la potencia, pero puede ser significativa. [27]

Otras medidas de eficiencia energética [ editar ]

SWaP (espacio, potencia y rendimiento) es una métrica de Sun Microsystems para centros de datos , que incorpora energía y espacio:

Donde el rendimiento se mide por cualquier punto de referencia apropiado y el espacio es el tamaño de la computadora. [28]

Ver también [ editar ]

Puntos de referencia de eficiencia energética
  • Energía promedio de CPU (ACP): una medida del consumo de energía cuando se ejecutan varios puntos de referencia estándar
  • EEMBC  - EnergyBench
  • SPECpower  : un punto de referencia para servidores web que ejecutan Java (operaciones Java del lado del servidor por julio)
Otro
  • Eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCIE)
  • Computación proporcional de energía
  • Serie GeForce 9  : para la lista de GPU, con uso de energía y FLOPS teóricos
  • Gestión de la energía de TI
  • Ley de Koomey
  • Principio de Landauer
  • Electrónica de baja potencia
  • Efectividad del uso de energía (PUE)
  • Disipación de potencia del procesador

Notas y referencias [ editar ]

  1. ^ La energía podría costar más que los servidores, advierte Google , CNET, 2006
  2. ^ "Fujitsu desarrolla procesador multinúcleo para productos de consumo digitales de alto rendimiento" (Comunicado de prensa). Fujitsu. 7 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 25 de marzo de 2019 . Consultado el 8 de agosto de 2020 .
  3. ^ FR-V Procesador multinúcleo de un solo chip: FR1000 Archivado el 2 de abril de 2015 en la Wayback Machine Fujitsu
  4. ^ "Lista Green500 para junio de 2016" .
  5. ^ "La lista Green500" . Green500 . Archivado desde el original el 3 de julio de 2012.
  6. ^ "Lista de supercomputación Top500 revela tendencias informáticas" . IBM ... Sistema BlueGene / Q ... estableciendo un récord en eficiencia energética con un valor de 1.680 Mflops / vatio, más del doble que el siguiente mejor sistema.
  7. ^ "IBM Research un claro ganador en Green 500" . 18 de noviembre de 2010.
  8. ^ "Gobierno presenta la computadora más rápida del mundo" . CNN . Archivado desde el original el 10 de junio de 2008. Realización de 376 millones de cálculos por cada vatio de electricidad utilizado.
  9. ^ "IBM Roadrunner se lleva el oro en la carrera Petaflop" . Archivado desde el original el 13 de junio de 2008.
  10. ^ "Intel exprime 1.8 TFlops de un procesador" . TG Diariamente . Archivado desde el original el 3 de diciembre de 2007.
  11. ^ "Chip de investigación de Teraflops" . Tecnología e investigación de Intel .
  12. ^ Joel Adams. "Microwulf: eficiencia energética" . Microwulf: un grupo de Beowulf personal y portátil .
  13. ^ "MPPA MANYCORE - procesadores de muchos núcleos - KALRAY - rendimiento ágil" .
  14. ^ "Kalray anuncia el Tape-Out de Coolidge en la tecnología de proceso TSMC 16NM" . Kalray . 31 de julio de 2019 . Consultado el 12 de agosto de 2019 .
  15. ^ Olofsson, Andreas. "Epiphany-V: un procesador RISC de 1024 núcleos y 64 bits" . Consultado el 6 de octubre de 2016 .
  16. ^ Olofsson, Andreas. "Epiphany-V: Un sistema en chip RISC de 64 bits con un procesador 1024" (PDF) . Consultado el 6 de octubre de 2016 .
  17. ^ Mittal, Sparsh; Vetter, Jeffrey S. (julio de 2014). "Una encuesta de métodos para analizar y mejorar la eficiencia energética de la GPU" . Encuestas de computación ACM . Association for Computing Machinery (publicado en enero de 2015). 47 (2). doi : 10.1145 / 2636342 . ISSN 0360-0300 . Consultado el 8 de agosto de 2020 . 
  18. ^ Atwood, Jeff (18 de agosto de 2006). "Consumo de energía de la tarjeta de video" .
  19. ^ "Consumo de energía de la tarjeta de video" . Xbit Labs . Archivado desde el original el 4 de septiembre de 2011.
  20. ^ https://www.reddit.com/r/hardware/comments/k3iobs/psa_performance_doesnt_scale_linearly_with/
  21. ^ Tim Smalley. "¿Rendimiento por qué?" . Bit Tech . Consultado el 21 de abril de 2008 .
  22. ^ "SPEC lanza benchmark estandarizado de eficiencia energética" . ZDNet .
  23. ^ Mike Chin. "Tarjeta gráfica Asus EN9600GT Silent Edition" . Revisión silenciosa de PC . pag. 5 . Consultado el 21 de abril de 2008 .
  24. ^ MIke Chin (19 de marzo de 2008). "80 Plus amplía el podio para Bronce, Plata y Oro" . Revisión silenciosa de PC . Consultado el 21 de abril de 2008 .
  25. ^ Mike Chin. "Análisis de ciclo de vida y revisión de Eco PC" . Revisión de Eco PC . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2008.
  26. ^ Eric Williams (2004). "Intensidad energética de la fabricación de ordenadores: evaluación híbrida que combina procesos y métodos de entrada-salida económicos" . Reinar. Sci. Technol . 38 (22): 6166–74. Código bibliográfico : 2004EnST ... 38.6166W . doi : 10.1021 / es035152j . PMID 15573621 . 
  27. ^ Wu-chun Feng (2005). "La importancia de ser de bajo consumo en la informática de alto rendimiento" . CT Watch Quarterly . 1 (5).
  28. ^ Greenhill, David. "SWaP Space Watts and Power" (PDF) . Energystar de la EPA de EE . UU . Consultado el 14 de noviembre de 2013 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Wu-Chun Feng (octubre de 2003). "Abogando por una supercomputación eficiente" . Cola de ACM . 1 (7).
  • Kirk W. Cameron (noviembre de 2013). "HPC Power Efficiency y el Green500" . Alambre HPC . 27 (11).
  • Wu-Chun Feng y Kirk W. Cameron (diciembre de 2007). "La lista Green500: fomentar la supercomputación sostenible" . Computadora IEEE . 40 (12).

Enlaces externos [ editar ]

  • El Green500