目前,超级计算机正朝着百亿亿次时代迈进,超级计算机对于性能的需求在日益增加。而高性能计算系统性能的持续改善源于系统规模的扩大和单节点性能的提高,无论是哪种方式的改善,都将以更高的功耗为代价,这就带来了不可避免的能耗问题以及成本问题。因此,功耗限制是超级计算机目前面临的最大的挑战之一。在摩尔定律的指导下,处理器通过增加晶体管密度来实现性能的显著提升,随着越来越多的晶体管被装入芯片中,芯片的质量问题变得愈发难以控制,即使是同一型号的处理器,在相同的性能标准下运行所产生的功耗却出现了不同。这种工艺制造问题为本来负载平衡的系统引入了负载不平衡,并且在功耗限制下,这种影响被进一步放大了。因此,功耗限制以及芯片制造工艺问题已经成为了超级计算机发展过程中所面临的不可避免的问题。为了能够在同时考虑功耗限制以及制造工艺问题的情况下,提高高性能计算系统的能效比以及可预测性,本文提出了两种功耗管理策略,分别为0号进程绑定策略和负载平衡策略。其中0号进程绑定策略旨在不改变高性能计算系统传统功耗管理方式的基础上,利用MPI并行应用程序的进程特性,结合系统中节点质量不均的问题,将0号进程绑定在系统中质量最好的节点上,从而在同样的功耗限制下提高程序运行时间,进而提升了系统能效比。负载平衡策略则是在0号进程绑定策略基础上的进一步思考,其基本思想是在感知到系统存在质量问题的前提下,改变传统的功耗分配方式,利用建模、校准、平衡调优等操作为每个节点有针对性地分配功耗,在存在功耗限制的情况下改善了由制造工艺变化为系统引入的负载不平衡问题,从而提高了整个系统的能效比以及可预测性。在评估验证阶段,针对0号进程绑定策略,首先证明了0号进程确实具有一定的特殊性,在此基础上验证了0号进程绑定策略在功耗限制下一定程度上提高了程序运行时间,进而提高了系统能效比。在负载平衡策略的评估与验证中,展示了如何对系统进行建模、校准,以及校准的有效性。最后通过对策略中平衡调优能力的展示,证明了负载平衡策略在系统优化方面的有效性和必要性。