众核系统动态能耗管理关键技术研究

With the growing scale of high-performance computing (HPC) systems and improving performance, system power issues are also increasingly prominent. Energy-efficiency design has become one of the primary design requirements of HPC systems. On the other hand, many-core architectures are playing a more and more important role in the HPC area, boosting the system performance, meanwhile consuming most of the system power. Thus, research of dynamic power management (DPM) for many-core systems, reducing the power consumption and improving the energy efficiency, has substantial significance for improving the energy efficiency of the entire computing system. Considering the new features of many-core architectures and the urgent needs of their DPM, we plan to study the power modeling approaches for many-core architectures, explore the flexible and scalable DPM technologies of many-core architectures, and study the efficient dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) technology for many-core chips.

随着高性能计算系统规模不断增长、性能不断提高，系统功耗问题也日益凸显，高能效设计也成为高性能计算系统的首要设计需求之一。另一方面，众核体系结构在高性能计算领域扮演着越来越重要的角色，不仅为高性能计算系统提供了强大的计算能力，同时也消耗了大部分系统功耗。因此，研究众核系统的动态能耗管理技术，降低众核芯片的功耗、提高其能效，对于提高整个计算系统的能效具有重要作用。针对众核体系结构的新特点及其能耗管理的迫切需求，本项目拟通过建立应用程序透明的动态能耗管理软件支撑系统，对众核系统的功耗和性能实现有效的调节和管理，提高系统的能效。以此为出发点，深入研究与之相关的众核体系结构的功耗模型；结合功耗模型及性能模型，探索可扩展众核系统能耗管理技术；研究针对众核的高效动态电压频率调节技术。

众核体系结构在高性能计算领域扮演着越来越重要的角色，不仅为高性能计算系统提供了强大的计算能力，同时也消耗了大部分系统功耗。研究众核系统的动态能耗管理技术，降低众核芯片的功耗、提高其能效，对于提高整个计算系统的能效具有重要作用。针对众核体系结构的新特点及其能耗管理的迫切需求，项目研究了众核体系结构的功耗模型，结合功耗模型及性能模型，探索了可扩展众核系统能耗管理技术，并研究了针对众核的高效动态电压频率调节技术（Dynamic Voltage and Frequency Scaling，DVFS）。取得的主要研究成果如下：.（1）针对众核体系结构的特点，提出了一个基于程序特征的众核体系结构功耗解析模型,该模型综合考虑了芯片电压/ 频率和程序执行特征对功耗的影响,实验结果表明，该模型的准确性优于其他众核功耗模型。.（2）针对众核系统中的DVFS延迟特性，提出了一种高效的动态电压频率调节技术，用以避免过于频繁的功耗状态转换，提高DVFS的效率；实验结果表明，相比基准profile 指导的能耗管理方法，延迟感知算法平均能够获得15.2%的执行性能提升；.（3）针对程序执行过程中计算访存特征的变化特点，提出了一种基于程序切片的众核系统能耗管理技术，结合功耗、性能预测模型，能够根据管理优化目标灵活控制程序部署后的最优功耗设置。