Aplicación del método SERT para analizar la eficiencia energética del computador al variar voltaje y frecuencia del procesador

El acelerado proceso de digitalización que esta teniendo lugar a nivel global ha llevado a un creciente interés en la optimización de la eficiencia energética de los sistemas informáticos. Esto plantea el complejo reto de cuantificar dicha eficiencia. Es por ello que en los últimos años se han dado grandes pasos en el desarrollo de benchmarks capaces de puntuar un sistema informático en base a su eficiencia energética cuando es sometido a una carga de trabajo típica.La suite SERT de la cooperativa SPEC una de las herramientas más reconocidas, hasta el punto de ser recientemente adoptada por la agencia de protección medioambiental de Estados Unidos (EPA) para el programa Energy Star de certificación energética de servidores (Version 3.0, ENERGY STAR Computer Server Specification, junio 2019).En este trabajo se realiza un estudio experimental de eficiencia energética en una plataforma Skylake-X de Intel, experimentando con el procesador i7 7800X sobre la placa ASUS Rampage VI Extreme Omega, seleccionada por su facilidad de cambio de frecuencias y tensiones de alimentación. En primer lugar se han realizado pruebas de estabilidad de sistema, seguidas de una caracterización de la potencia consumida por el procesador al variar tensión de alimentación, frecuencia y temperatura. Se ha puesto un gran interés en la temperatura, ya que se trata de una variable difícil de controlar e infravalorada en otros estudios experimentales. Se han comentado en detalle los resultados, así como las anomalías con respecto a los modelos teóricos de consumo en tecnología CMOS. Además se han propuesto explicaciones, tanto físicas como microarquitectónicas, para dichas anomalías.Posteriormente se ha realizado un análisis de la eficiencia energética de la plataforma mediante la SERT Suite haciendo uso un conjunto de diferentes combinaciones de tensión de alimentación y frecuencia, entre las cuales se encuentra la frecuencia de fábrica del procesador, así como configuraciones que hacen uso de overclocking y undervolting. De esta manera, se comentan los resultados en cuanto a las configuraciones más óptimas, hablando en un principio de la mejor configuración para un uso equilibrado entre CPU, memoria y almacenamiento, seguido de las configuraciones óptimas para cargas de trabajo centradas en cada uno de los tres componentes mencionados.Finalmente se propone una metodología alternativa para medir la eficiencia centrada en una carga de trabajo de CPU mucho más intensa que la impuesta por la SERT Suite. Se aporta también un análisis mediante el uso de este método sobre el mismo conjunto de configuraciones usadas al aplicar el método SERT, buscando la mayor eficiencia energética bajo una carga de trabajo realmente intensa en términos de CPU.<br /

Implementation of a vectorized Quicksort using AVX-512 intrinsics

Jahrzehntelang wurden Verbesserungen der Rechengeschwindigkeit erreicht, indem die Taktfrequenz der CPU erhöht wurde. Im Laufe der letzten Jahre wurde dieser Mechanismus durch physikalische Einflüsse gebremst. Daher müssen moderne Single-Thread-Anwendungen stärker CPU-Funktionen ausnutzen, um von den Fortschritten neuer Prozessorgenerationen zu profitieren. Eine dieser Funktionen ist die Vektorverarbeitung, um mehrere Datenelemente gleichzeitig zu verarbeiten. Diese Arbeit untersucht die Verwendung von AVX-512-Befehlen zur Sortierung von primitiven Typen der Länge 32 bit. Die Nutzung von Vektorinstruktionen für die Sortierung ist eine Herausforderung, da Sortieralgorithmen erst vektorisierungsfreundlich umgestaltet werden müssen. Glücklicherweise hat Mark Blacher einen effizienten vektorisierten Sortieralgorithmus auf Basis von Sortiernetzwerken und einem nichtquadratischen Quicksort entwickelt. In dieser Arbeit wird Blachers AVX2-basierte vektorisierte Implementierung auf den moderneren AVX-512-Befehlssatz portiert. Im Geschwindigkeitsvergleich schlägt Blachers AVX2-Version die in dieser Arbeit entwickelte AVX-512-Implementierung. Diese ist jedoch in der Lage, den bisherigen AVX-512-Sortieralgorithmus von Bramas zu übertreffen