專利名稱：降低超級計算機能耗的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機技術領域，更具體地說，涉及一種降低超級計算機能耗 的方法。
背景技術：
超級計算機，是指多個計算節(jié)點組合起來的能平行進行大規(guī)模計算或數(shù)據(jù) 處理的計算機，也稱為并行計算機。超級計算機擁有成千上萬個計算節(jié)點，在 運行時會消耗大量的電能，超級計算機運行及制冷過程中所消耗的電能即超級 計算機的能耗。目前，可通過控制超級計算機的部件的能耗，來降低整個超級 計算機的能耗，但是這樣同時也會降低超級計算機的效能。超級計算機的效能 是指超級計算機在單位時間內完成用戶交給其應用任務的能力，具體可以是單 位時間內進行的計算量、存儲量以及輸入/輸出量等。而如果改變應用任務的調 度方式使超級計算機的效能提高，則又會增加超級計算機的能耗。

發(fā)明內容
基于此，有必要提供一種能最大化超級計算機效能的降低超級計算機能耗 的方法。
所述降低超級計算機能耗的方法包括A.根據(jù)應用任務對部件的能力要求 計算得到運行所迷應用任務的部件在最高利用率下的運行頻率;B.根據(jù)應用任務 對部件的能力要求及所迷運行頻率控制部件的運行狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述步驟B中控制部件的運行狀態(tài)的過程具體是控制部件的開 啟狀態(tài)和運行頻率，使運行應用任務的部件能滿足應用任務對部件的能力要求。
優(yōu)選地，所述方法還包括C.根據(jù)所述運行頻率計算得到部件的能耗；D. 根據(jù)所述能耗計算部件運行時產(chǎn)生的熱量，以及根據(jù)所述計算得到的熱量調節(jié) 制冷設備的制冷量。
進一步優(yōu)選地，所迷步驟D中調節(jié)制冷設備的制冷量的過程包括調節(jié)制 冷設備中流經(jīng)部件的水的速度、流量和溫度。上述降低超級計算機能耗的方法，根據(jù)應用任務對部件的能力要求計算得 到部件在最高利用率下的運行頻率，從而對部件的運行狀態(tài)進行控制，可使超 級計算機各部件能在完成應用任務的情況下，盡可能降低部件的運行頻率，則 能有效降低超級計算機的能耗，同時最大化超級計算機的效能。


圖1是一個實施例中降低超級計算機能耗的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出了一個實施例中降低超級計算機能耗的方法流程，具體過程如下 在步驟S101中，根據(jù)應用任務對部件的能力要求計算得到運行所述應用任
務的部件在最高利用率下的運行頻率。
在步驟S102中，根據(jù)應用任務對部件的能力要求及所述運行頻率控制部件
的運行狀態(tài)。
在一個實施方式中，上述應用任務對部件的能力要求是指部件運行應用任 務所需要的能力。不同的應用任務對部件的能力要求是不同的，例如，對于計 算密集型的應用任務，則對中央處理器的處理能力要求高，對于存儲密集型的 應用任務，則對內存容量要求高。上述部件是指超級計算機中各計算節(jié)點中的 硬件部分，例如中央處理器、內存、硬盤及網(wǎng)絡等。
在一個實施例中，可采用控制函數(shù)y-g (x)計算運行應用任務的部件在最 高利用率下的運行頻率，其中，x是部件在用戶要求的時間內完成的任務量，g 是控制函數(shù)，y是部件在最高利用率下的運行頻率。所謂部件在最高利用率下的 運行頻率，是指各部件在滿負荷運轉下的運行頻率。在獲取應用任務對部件的 能力要求后，可對部件的開啟狀態(tài)進行控制，并按照計算得到的運行頻率調整 各部件的運行頻率，使得在能完成應用任務的情況下，盡可能使用更少的部件， 且在使用更少部件的前提下，盡可能減低部件的運行頻率。由于在能完成應用 任務的情況下，使用的部件少，且運行頻率低，使超級計算機的能耗降低，同 時也使超級計算機的效能最大化。
下面結合實施例詳細闡述計算應用任務的部件在最高利用率下的運行效率 的過程。假設有n個應用任務Tl、 T2......Tn,其中，第i個任務所需計算頻率(即單位時間內進行的浮點運算次數(shù))為CPU (Ti),所需的內存帶寬(即單位 時間內與內存交換的字節(jié)數(shù))為MEMIO (Ti)，所需的網(wǎng)絡帶寬(即單位時間 內與網(wǎng)絡交換的字節(jié)數(shù))為NETIO (Ti)，所需的外存帶寬(即單位時間內與外 存交換的字節(jié)數(shù))為DISKIO (Ti),所需的內存容量(即單位時間內在內存中 存儲的字節(jié)數(shù))為MEM (Ti),所需的外存容量(即單位時間內在外存中存儲 的字節(jié)數(shù))為DISK (Ti)。
該實施例中，任務Tl、 T2.......Tn被調度到由超級計算機上的資源集合
CPU!, CPU2， ......， CPUml; MEMIO,, MEMI02, ......, MEMIOm2; NETIO,，
NETI02,......NETIOm3; DISKIO,,DISKI02,......DISKIO", MEM!,MEM2，......，
MEMm5; DISK,、 DISK2.......DISK^執(zhí)行，則計算在該資源集合下需要運行的
應用任務所需的計算頻率(單位時間進行的浮點運算次數(shù))為CPU(T1)+CPU
(T2) +...+CPU(Tn),所需的內存帶寬(單位時間內與內存交換的字節(jié)數(shù))為 MEMIO (Tl) +MEMIO (T2) +...+MEMIO (Tn)，所需的網(wǎng)絡帶寬(單位時間 內與網(wǎng)絡交換的字節(jié)數(shù))為NETIO (Tl) +NETIO (T2) +...+NETIO (Tn),所 需的外存帶寬(單位時間內與外存交換的字節(jié)數(shù))為DISKIO(Tl )+DISKIO(T2) +...+DISKIO (Tn),所需的內存容量(單位時間內在內存中存儲的字節(jié)數(shù))為 MEM (Tl) +MEM (T2) +..+MEM (Tn)，所需的外存容量(單位時間內在外 存中存儲的字節(jié)數(shù))為DISK(Tl)+DISK(T2)+.,.+DISK(Tn)。
該實施例中，資源集合CPU的最高利用率為a%,內存帶寬的最高利用率 為b。/。，網(wǎng)絡帶寬的最高利用率為c。/。，外存帶寬的最高利用率為d。/。，內存容量 的最高利用率為e°/o，外存最高利用率為f%，則實際資源可用的最大限量分別 為a%* (CPUp CPU2, ......, CPUml); b%* (MEMIOi， MEMI02，……，
MEMOm2); c%* (NETIO!, NETI02 ， ......NETIOm3 ); d%* ( D脂Ch ，
DISKI02,……DISKIOm4); eO/,(MEM" MEM2,……，MEMm5); P/o承(DISK!、
DISK2.......DISKm6)，表示各最大利用率對相應的部件適用。該實施例中，假
設任務T1、 T2……Tn被調度到由超級計算機的資源集合CPU!， CPU2,......，
CPUml; MEMIO!, MEMI02，……，MEMOm2; NE戰(zhàn)，NETI02, ......NETIOm3;
DISKIO, ， DISKI02.......DISKIO" MEM" MEM2.......， MEMm5; DISK!、
DISK2.......DISKm6執(zhí)行，可從&%* (CPU!, CPU2，……，CPUml)中選出若
千個CPU使得頻率總和剛好大于CPU (Tl) +CPU (T2) +……+CPU (Tn)。例如，假設CPU (Tl ) +CPU (T2) +......+CPU (Tn)的運行頻率的總和為25G，
且aO/^CPUi為10G， a%*CPU2為8G， a%*CPU3為10G被選出，貝'J CPU4、
CPU5......CPLU全部關閉，a。/c^CPU2可降頻為5G,或a。/^CPU！可降頻為7G,
或a。/一CPU3可降頻為7G。其它部件的運行頻率處理方式同理，在此則不再贅 述。
在一個實施方式中，可采用控制函數(shù)F=f (y)計算部件的能耗，其中，y 是部件的運行頻率，f是控制函數(shù)，F(xiàn)是部件的能耗。計算得到各部件的能耗， 則能獲取部件運行應用任務所產(chǎn)生的熱量以及整個超級計算機產(chǎn)生的熱量。在 上述實施例中，^f叚設凈皮選擇的部件和頻率分別為C0M1*P1 、 COM2*P2......COMr*Pr，其中，COMi (i=l~r)為被選擇的各部件，Pi(i=l~r)
為部件相應的運行頻率，則各部件功耗為 C0M1*P1*E1 、
COM2*P2*E2......COMr*Pr*Er，其中，Ei是各部件本身的參數(shù)值，該公式即為
某部件(例如CPU、內存或帶寬等)的功耗隨運行頻率的變化關系。
根據(jù)超級計算機產(chǎn)生的熱量則可調節(jié)制冷設備的制冷量，具體包括調節(jié)制 冷設備中流經(jīng)各部件的水的速度、流量和溫度等。在一個實施例中，采用控制 函數(shù)，根據(jù)各部件的能耗計算得到制冷設備流經(jīng)該部件的水的溫度、流量和溫
度等，計算得到的結果用于對制冷設備進行控制。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明 的保護范圍之內。
權利要求
1、一種降低超級計算機能耗的方法，其特征在于，所述方法包括A.根據(jù)應用任務對部件的能力要求計算得到運行所述應用任務的部件在最高利用率下的運行頻率；B.根據(jù)應用任務對部件的能力要求及所述運行頻率控制部件的運行狀態(tài)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的降低超級計算機能耗的方法，其特征在于，所述 步驟B中控制部件的運行狀態(tài)的過程具體是控制部件的開啟狀態(tài)和運行頻率， 使運行應用任務的部件能滿足應用任務對部件的能力要求。
3、 根據(jù)權利要求l所述的降低超級計算機能耗的方法，其特征在于，所述 方法還包括C. 根據(jù)所述運行頻率計算得到部件的能耗；D. 根據(jù)所述能耗計算部件運行時產(chǎn)生的熱量，以及根據(jù)所述計算得到的熱 量調節(jié)制冷設備的制冷量。
4、 根據(jù)權利要求3所述的降低超級計算機能耗的方法，其特征在于，所述 步驟D中調節(jié)制冷i殳備的制冷量的過程包括調節(jié)制冷設備中流經(jīng)部件的水的 速度、流量和溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種降低超級計算機能耗的方法。所述方法包括A.根據(jù)應用任務對部件的能力要求計算得到運行所述應用任務的部件在最高利用率下的運行頻率；B.根據(jù)應用任務對部件的能力要求及所述運行頻率控制部件的運行狀態(tài)。采用本發(fā)明提供的降低超級計算機能耗的方法，能在降低能耗的同時最大化超級計算機的效能。
文檔編號G06F1/32GK101625589SQ200910109088
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權日2009年8月3日
發(fā)明者朱定局 申請人:深圳先進技術研究院