Leistung pro Watt
Im Computer, Leistung pro Watt ist ein Maß für die Energieeffizienz von einem bestimmten Rechnerarchitektur oder Computerhardware. Im wahrsten Sinne des Wortes misst es die Berechnungsrate, die für jeden von einem Computer geliefert werden kann Watt von Strom verbraucht. Diese Rate wird in der Regel an der Leistung der Leistung gemessen Linpack Benchmark beim Versuch, zwischen Computersystemen zu vergleichen: Ein Beispiel, das dies verwendet, ist das Green500 Liste der Supercomputer. Es wurde vermutet, dass die Leistung pro Watt ein nachhaltigeres Berechnungsmaß ist als Moores Gesetz.[1]
Systemdesigner Gebäude Parallele Computer, wie zum Beispiel Googles HardwareWählen Sie CPUs basierend auf ihrer Leistung pro Watt Strom, da die Kosten für die Stromversorgung der CPU die Kosten der CPU selbst überwiegen.[2]
SpaceFlight-Computer haben harte Grenzen für die verfügbare maximale Leistung und haben auch harte Anforderungen an die minimale Echtzeitleistung. Ein Verhältnis der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu der erforderlichen elektrischen Leistung ist nützlicher als die RAW -Verarbeitungsgeschwindigkeit.[3]
Definition
Die verwendeten Leistungs- und Stromverbrauchsmetriken hängen von der Definition ab. Angemessene Leistungsmaßnahmen sind Flops, MIPS, oder die Punktzahl für jede Leistungsbenchmark. Abhängig von den Zwecken der Metrik können verschiedene Stromverbrauchsmessungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Metrik nur die elektrische Leistung in Betracht ziehen, die an eine Maschine geliefert wird, während ein anderes die für den Ausführen eines Computers erforderliche Stromversorgung wie Kühl- und Überwachungssysteme umfasst. Die Leistungsmessung ist häufig die durchschnittliche Leistung, die beim Ausführen des Benchmarks verwendet wird, aber andere Messungen des Stromverbrauchs können verwendet werden (z. B. Spitzenleistung, Leerlaufleistung).
Zum Beispiel das frühe Univac i Der Computer führte ungefähr 0,015 Vorgänge pro Wattsekunden-Sekunde durch (1,905 Operationen pro Sekunde (OPS), während 125 kW verbraucht). Das Fujitsu FR-V VLIW/Vektorprozessor System auf einem Chip In der 4 FR550-Variante, die 2005 veröffentlicht wurde, führt 51 Giga-OPs mit 3 Watt Stromverbrauch durch, was 17 Milliarden Betriebsabläufe pro Wattsekunde führt.[4][5] Dies ist eine Verbesserung um mehr als eine Billion Mal in 54 Jahren.
Der größte Teil der Leistung, die ein Computer einsetzt Betriebstemperatur. Reduzierte Kühlanforderungen erleichtern es einfacher zu Ruhet ein Computer. Niedrigerer Energieverbrauch kann es auch weniger kostspielig machen, um zu laufen, und die Umweltauswirkungen des Computers reduzieren (siehe umweltfreundliche Computernutzung). Wenn installiert, wo es begrenzt ist KlimakontrolleEin niedrigerer Stromcomputer wird bei einer niedrigeren Temperatur betrieben, was ihn zuverlässiger machen kann. In einer klima kontrollierten Umgebung kann auch eine Verringerung des direkten Stromverbrauchs einsparend in der Klimakontrolle führen.
Der Computerenergieverbrauch wird manchmal auch gemessen, indem beispielsweise die für die Ausführung eines bestimmten Benchmarks erforderliche Energie gemeldet wird EEMBC Energybench. Energieverbrauchszahlen für eine Standard -Arbeitsbelastung können es einfacher machen, die Auswirkungen einer Verbesserung der Bewertung zu beurteilen Energieeffizienz.
Leistung (in Betrieb/Sekunde) pro Watt kann auch als Operations/Wattsekunden- oder Operationen/Joule geschrieben werden, da 1 Watt = 1 Joule/Sekunde.
Flops pro Watt

Flops pro Watt ist eine häufige Maßnahme. Wie Flops (Schwimmender Punkt Operationen pro Sekunde) Metrik basiert auf, die Metrik wird normalerweise angewendet Wissenschaftliches rechnen und Simulationen, an denen viele beteiligt sind schwimmender Punkt Berechnungen.
Beispiele
Ab Juni 2016[aktualisieren], das Green500 Listenquoten die beiden am höchsten am höchsten Supercomputer am höchsten - beide basieren auf demselben Manycore Beschleuniger Pezy-SCNP Japanische Technologie zusätzlich zu Intel Xeon -Prozessoren - beide bei Rikendie obere bei 6673,8 mflops/Watt; und der dritte Rang ist die chinesische Technologie Sunway Taihulight (Eine viel größere Maschine, das ist der zweite Rang auf Top500Die anderen sind nicht auf dieser Liste) bei 6051.3 Mflops/Watt.[6]
Im Juni 2012 bewertete die Green500 -Liste Blugene/Q, Power BQC 16C als effizienteste Supercomputer am Top500 in Bezug auf Flops pro Watt, der bei 2.100,88 Mflops/Watt läuft.[7]
Im November 2010 IBM Machine, Blaues Gen/q erreicht 1.684 Mflops/Watt.[8][9]
Am 9. Juni 2008 berichtete CNN das IBMs Roadrunner Supercomputer erreicht 376 Mflops/Watt.[10][11]
Im Rahmen Intel's Tera-Scale Forschungsprojekt produzierte das Team eine 80-Kern-CPU, die über 16.000 Mflops/Watt erreichen kann.[12][13] Die Zukunft dieser CPU ist nicht sicher.
Mikrowoll, ein kostengünstiger Desktop Beowulf Cluster von vier Dual-Core Athlon 64 x2 3800 Computer, läuft bei 58 Mflops/Watt.[14]
Kalray hat eine 256-Kern-VLIW-CPU entwickelt, die 25.000 Mflops/Watt erreicht. Die nächste Generation wird voraussichtlich 75.000 Mflops/Watt erreichen.[15] Im Jahr 2019 beträgt ihr jüngster Chip für Embedded 80 Kern und behauptet bis zu 4 Tflops bei 20 W.[16]
Adapteva kündigte die an Offenbarung v, ein 64-Bit-RISC-Prozessor von 1024-Kern, der 75 Gflops/Watt erreichen soll,[17][18] Während sie später ankündigten, dass die Offenbarung V "unwahrscheinlich" war, um als kommerzielles Produkt erhältlich zu werden
US -Patent 10.020.436, Juli 2018 behauptet drei Intervalle von 100, 300 und 600 Gflops/Watt.
GPU -Effizienz
Grafikverarbeitungseinheiten (GPU) haben den Energieverbrauch weiter zugenommen, während sich die CPU -Designer kürzlich auf die Verbesserung der Leistung pro Watt konzentriert haben. Hochleistungsfähige GPUs können eine große Menge an Strom zeichnen, daher sind intelligente Techniken erforderlich, um den GPU -Stromverbrauch zu verwalten. Maßnahmen wie 3Dmark2006 Punktzahl pro Watt kann dazu beitragen, effizientere GPUs zu identifizieren.[19] Dies beinhaltet jedoch möglicherweise nicht angemessen die Effizienz in den typischen Gebrauch, wenn viel Zeit weniger anspruchsvolle Aufgaben erledigt werden.[20]
Bei modernen GPUs ist der Energieverbrauch eine wichtige Einschränkung für die erreichten maximalen Rechenfunktionen, die erreicht werden können. GPU -Designs sind in der Regel sehr skalierbar, sodass der Hersteller mehrere Chips auf dieselbe Grafikkarte setzen oder mehrere parallele Grafikkarten verwenden können. Die Spitzenleistung eines jeden Systems ist im Wesentlichen durch die Menge an Leistung begrenzt, die es zeichnen kann, und die Wärmemenge, die es auflösen kann. Infolgedessen führt die Leistung pro Watt eines GPU -Designs direkt in die Spitzenleistung eines Systems, das dieses Design verwendet.
Da kann GPUs auch für einige verwendet werden AllzweckberechnungManchmal wird ihre Leistung in Bezug auf CPUs wie Flops pro Watt angewendet.
Herausforderungen
Während die Leistung pro Watt nützlich ist, sind auch absolute Leistungsanforderungen wichtig. Ansprüche einer verbesserten Leistung pro Watt können verwendet werden, um die steigenden Stromanforderungen zu maskieren. Obwohl neuere GPU -Architekturen der Generation möglicherweise eine bessere Leistung pro Watt liefern, können die fortgesetzte Leistungserhöhungen die Effizienzgewinne negieren, und der GPUs verbraucht weiterhin große Mengen an Strom.[22]
Benchmarks, die die Leistung unter schwerer Belastung messen, spiegeln möglicherweise nicht angemessen die typische Effizienz wider. Zum Beispiel betont 3Dmark die 3D -Leistung einer GPU, aber viele Computer verbringen die meiste Zeit damit, weniger intensive Anzeigeaufgaben (Leerlauf, 2D -Aufgaben, Video anzeigen) zu erledigen. Die 2D- oder Leerlaufeffizienz des Grafiksystems kann also für die Gesamtenergieffizienz mindestens so signifikant sein. Ebenso Systeme, die einen Großteil ihrer Zeit im Standby verbringen oder weich ab sind nicht ausreichend durch Effizienz unter Last charakterisiert. Um dies zu helfen, einige Benchmarks zu beheben, wie SPECpowerFügen Sie Messungen in einer Reihe von Lastniveaus ein.[23]
Die Effizienz einiger elektrischer Komponenten, wie z. Spannungsaufsichtsbehörden, nimmt mit zunehmender Temperatur ab, sodass die verwendete Leistung mit der Temperatur zunehmen kann. Stromversorgungen, Motherboards und einige Grafikkarten sind einige der von diesem betroffenen Subsysteme. Daher kann ihre Leistung von der Temperatur abhängen, und die Temperatur- oder Temperaturabhängigkeit sollte bei der Messung festgestellt werden.[24][25]
Die Leistung pro Watt beinhaltet normalerweise auch nicht vollständig Lebenszykluskosten. Da die Computerherstellung energieintensiv ist und Computer häufig eine relativ kurze Lebensdauer, Energie und Materialien haben, die an Produktion, Verteilung beteiligt sind, sind Verfügung und Recycling Machen Sie oft erhebliche Teile ihrer Kosten, Energieverbrauch und Umweltauswirkungen.[26][27]
Energie, die für die Klimakontrolle der Computerumgebung erforderlich ist, wird häufig nicht in der Leistungsberechnung gezählt, kann jedoch erheblich sein.[28]
Andere Maßnahmen zur Energieeffizienz
Swap (Raum, Wattage und Leistung) ist a Sun Microsystems Metrik für Daten Center, Einbeziehung von Kraft und Raum:
Wenn die Leistung anhand eines geeigneten Benchmarks gemessen wird und der Platz die Größe des Computers hat.[29]
Die Reduzierung von Leistung, Masse und Volumen ist auch für Raumflugcomputer wichtig.[3]
Siehe auch
- Energieeffizienz -Benchmarks
- Durchschnittliche CPU -Leistung (ACP) - Ein Maß für den Stromverbrauch beim Ausführen mehrerer Standard -Benchmarks
- EEMBC- Energybench
- SPECpower- Ein Maßstab für Webserver, die Java ausführen (Server -Seite Java -Operationen pro Joule)
- Sonstiges
- Effizienz des Rechenzentrumsinfrastruktur (DCIE)
- Energieproportional -Computing
- Geforce 9 Serie- Für die GPU -Liste mit Energieverbrauch und theoretischen Flops
- IT -Energiemanagement
- Koomeys Gesetz
- Landauer's Prinzip
- Elektronik mit geringer Leistung
- Wirksamkeit der Stromverbrauch (Pue)
- Prozessorleistung Dissipation
Notizen und Referenzen
- ^ Aitken, Rob; Gefährte; Technologie, Direktor von; Arm (12. Juli 2021). "Die Leistung pro Watt ist das neue Mooresche Gesetz". ARM -Blaupause. Abgerufen 16. Juli 2021.
- ^ Power könnte mehr kosten als Server, warnt Google, CNET, 2006
- ^ a b D. J. Shirley; und M. K. McLelland."Der SC-7 Risc SpaceFlight Computer der nächsten Generation". p. 1, 2.
- ^ "Fujitsu entwickelt Multi-Core-Prozessor für digitale Konsumgüterprodukte mit leistungsstarker Leistung" (Pressemitteilung). Fujitsu. 7. Februar 2020. Archiviert Aus dem Original am 25. März 2019. Abgerufen 8. August 2020.
- ^ FR-V Single-Chip-Multicore-Prozessor: FR1000 Archiviert 2015-04-02 bei der Wayback -Maschine Fujitsu
- ^ "Green500 -Liste für Juni 2016".
- ^ "Die Green500 -Liste". Green500. Archiviert von das Original am 3. Juli 2012.
- ^ "Die Top500 -Supercomputing -Liste enthüllt Computertrends". 20. Juli 2010.
IBM ... BlueGene/Q -System .. Einsatz eines Datensatzes in Leistungseffizienz mit einem Wert von 1.680 Mflops/Watt, mehr als doppelt so hoch wie das nächstbeste System.
- ^ "IBM recherchieren Sie einen klaren Gewinner in Green 500". 18. November 2010.
- ^ "Die Regierung enthüllt der schnellste Computer der Welt". CNN. Archiviert von das Original am 10. Juni 2008.
Durchführung von 376 Millionen Berechnungen für jeden verwendeten Watt Strom.
- ^ "IBM Roadrunner nimmt das Gold im Petaflop -Rennen". Archiviert von das Original am 13. Juni 2008.
- ^ "Intel drückt 1,8 tflops aus einem Prozessor". Tg täglich. Archiviert von das Original am 3. Dezember 2007.
- ^ "Teraflops Research Chip". Intel -Technologie und Forschung.
- ^ Joel Adams. "Mikrowoll: Stromeffizienz". Mikrowulf: Ein persönlicher, tragbarer Beowulf -Cluster.
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Weitere Lektüre
- Wu-Chun Feng (Oktober 2003). "Ein Argument für effizientes Supercomputing machen". ACM -Warteschlange. 1 (7).
- Kirk W. Cameron (November 2013). "HPC -Stromeffizienz und der Green500". HPC -Kabel. 27 (11).
- Wu-Chun Feng und Kirk W. Cameron (Dezember 2007). "Die Green500 -Liste: Förderung nachhaltiger Supercomputing". IEEE -Computer. 40 (12).