【摘 要】
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当前以并行计算为主要形式的高性能计算已经成为促进科技创新和经济发展的重要手段,各类问题对计算规模增长的要求促进了计算机系统性能的发展。但系统性能提高带来的高能耗问题,一方面带来了高昂的电费开支以及对供电资源的迫切需求,另一方面产生的热量对系统的可靠性、稳定性提出严峻的挑战。因此能耗问题已成为制约并行计算系统性能进一步提升的重要影响因素,如何提高计算机系统的能量有效性已经成为高性能计算研究的热点问题
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当前以并行计算为主要形式的高性能计算已经成为促进科技创新和经济发展的重要手段,各类问题对计算规模增长的要求促进了计算机系统性能的发展。但系统性能提高带来的高能耗问题,一方面带来了高昂的电费开支以及对供电资源的迫切需求,另一方面产生的热量对系统的可靠性、稳定性提出严峻的挑战。因此能耗问题已成为制约并行计算系统性能进一步提升的重要影响因素,如何提高计算机系统的能量有效性已经成为高性能计算研究的热点问题。处理器作为高性能计算中的主要计算部件和耗能部件,对其进行节能研究可以有效改善系统整体的功耗问题。由于处理器的电路大部分是CMOS电路,动态电压频率调节是其常见的节能手段。通过动态降低处理器的电压和频率可以明显降低其能耗,但也会造成处理器性能的下降,降低了并行系统的系统吞吐率,因此需要在性能和功耗之间求取平衡点。目前已经有很多工作研究动态电压频率调节技术在提高并行计算系统的能量有效性中的使用,但这些工作没有考虑到频率电压调节对MPI通信过程的影响,或者以较大的性能损失得到功耗的降低,因此在一些情况下并不能获得最佳的能量有效性。研究主要从几个方面展开:本文根据不同应用程序在实际并行平台上不同频率的能量有效性的评估,记录其在不同频率下的性能及功耗,通过能量延迟积（Energy Delay Product,EDP）来衡量特定应用输入参数下的能量有效性,实验结果表明在合适频率下对于访存密集型程序平均可取得10%的能量有效性提升。本文研究并分析了处理器的频率电压调节对并行程序通信段性能的影响,通过对通信阶段的长度阈值选择,对超过时间阈值的通信阶段进行处理器频率调节,并且排除了关键路径上的通信阶段的频率调节,本文提出了基于MPI通信的DVFS能效优化算法PFR＿CP,在性能损失极低的情况下方便快捷的得到了程序能量有效性的提升。实验结果表明,算法PFR＿CP节约了3.74%的程序运行总能耗,性能损失仅为0.19%。
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