PCクラスタにおける電力実行プロファイル情報を用いたDVS 制御による電力性能の最適化

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  • PC クラスタ ニ オケル デンリョク ジッコウ プロファイル ジョウホウ オ モチイタ DVS セイギョ ニ ヨル デンリョク セイノウ ノ サイテキカ
  • Profile-based Optimization of Power Performance by Using Dynamic Voltage Scaling on a PC Cluster

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抄録

本論文では，高性能PC クラスタにおけるプロファイル情報を用いたDVS スケジューリングによる電力性能最適化手法を提案する．近年，従来低消費電力向けプロセッサに実装されていた，消費電力を削減するためにプロセッサの動作周波数・電圧を動的に変更するDVS（Dynamic Voltage Scaling）が高性能プロセッサにも実装されている．性能低下を最小限にし，消費電力を削減するために通信やメモリアクセスの際に適切な周波数スケジューリングを行う必要がある．電力性能を最適化するために，プログラムをいくつかの領域に分割し，領域ごとに適切な周波数を選択する．DVS による周波数変更は，オーバヘッドを発生するため，これを加味した周波数選択アルゴリズムを提案する．システムの詳細な電力消費特性を測定するため，電力測定環境であるPowerWatch を構築した．このシステムにより，異なるプロセッサを使用する2 つのクラスタで提案するアルゴリズムの有効性能の評価を行った．その結果，標準の周波数で動作するときと比べ，最大30%以上のEDP（電力遅延積）を5%以下の性能低下でできることが分かった．

Currently, several of the high performance processors used in a PC cluster have a DVS (Dynamic Voltage Scaling) architecture that can dynamically scale processor voltage and frequency. Adaptive scheduling of the voltage and frequency enables us to reduce power dissipation without a performance slowdown during communication and memory access. In this paper, we propose a method of profiled-based power-performance optimization by DVS scheduling in a high-performance PC cluster. We divide the program execution into several regions and select the best gear (combinations of clock frequency and voltage) for power efficiency. Selecting the best gear is not straightforward since the overhead of DVFS transition is not free. We propose an optimization algorithm to select a gear using the execution and power profile by taking the transition overhead into account. We have built and designed a power-profiling system, PowerWatch. With this system we examined the effectiveness of our optimization algorithm on two types of po er-scalable clusters (Crusoe and Turion). According to the results of benchmark tests, we achieved almost 30% reduction in terms of EDP (energy-delay product) without performance impact (less than 5%) compared to results using the standard clock frequency.

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