[发明专利]异构并行计算结点的峰值功耗控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域结点峰值功耗控制方法，具体涉及一种协处理器（Co-processor）异构并行计算（Heterogeneous Parallel Computing）结点的峰值功耗控制方法。

背景技术

大规模并行计算系统功耗巨大，导致供电开销、散热、可靠性、环境污染等一系列问题。这些计算系统由数以万计的计算结点组成，结点功耗控制是实现系统功耗控制的基础。因此，需要对计算结点的功耗加以控制，即将计算结点的运行功耗控制在某一阈值之内。

计算结点内异构并行体系结构是当前高性能计算领域的重要方向，2013年6月发布的全球计算系统性能排行榜（Top500）前10名中即有4个系统采用协处理器加速的结点内异构并行体系结构。

在协处理器异构并行体系结构中，如图1所示，计算结点包含处理器和协处理器两类执行设备，处理器与协处理器的峰值功耗约占整个结点峰值功耗的90%，是峰值功耗控制的主要目标设备。

当前，异构并行计算结点的典型配置是协处理器计算性能比处理器计算性能高1个量级（10倍左右），协处理器能效也比处理器高5倍左右。因此，异构并行计算结点中，协处理器的性能和能效都比处理器高，是异构并行计算任务的执行主体，功耗控制系统应该优先保障协处理器的功耗需求。

目前的功耗控制方法按设备功耗阈值的确定方式进行划分，分为静态阈值和动态阈值两种：静态阈值方法静态确定目标设备的功耗阈值，动态阈值方法则在结点运行过程中动态调节目标设备的功耗阈值。异构并行计算结点中，以处理器为功耗控制的目标设备，如果采用静态阈值方法，则当协处理器运行负载较轻、结点实时功耗低于预算，而处理器处于繁忙状态且是整个结点的性能瓶颈时，静态设置的处理器功耗阈值会导致处理器无法工作在最高性能状态，进而导致不必要的结点性能损失。目前的动态阈值方法都基于设备自身的运行行为来动态调节其功耗阈值。在异构并行计算结点中，处理器和协处理器都是重要的功耗设备，只基于处理器自身的运行行为无法判断协处理器的实时功耗，从而无法准确判断处理器的可用功耗额，也就无法准确调节处理器的功耗阈值。因此，目前的动态阈值方法不适用于异构并行计算结点的功耗控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何动态控制异构并行结点的峰值功耗，在确保结点运行功耗不超过结点功耗预算的前提下，尽可能地减少功耗控制对结点执行性能的影响。

本发明异构并行计算结点的峰值功耗控制方法的基本思想是：协处理器的性能和能效都比处理器高。当结点功耗预算无法同时满足处理器和协处理器的功耗需求时，首先保障协处理器的功耗需求，剩余功耗再分配给处理器。即当协处理器负载超过阈值、导致结点功耗需要被控制时，相应地设置处理器功耗阈值，限制处理器的运行功耗；而当协处理器负载低于阈值、结点功耗小于预算时，对处理器功耗不加限制，减少峰值功耗控制对处理器执行性能的影响。

本发明的技术方案为：根据用户设定的结点功耗预算，确定触发结点功耗控制所对应的协处理器负载阈值。实时查询协处理器的运行负载。如果协处理器负载超过阈值，则基于协处理器的当前负载计算协处理器的功耗需求，进而确定处理器的可用功耗配额，并以此配额作为处理器的功耗阈值；如果协处理器运行负载低于阈值，则取消对处理器功耗的控制。

具体技术方案包括如下步骤：

第一步，构建异构并行计算结点峰值功耗控制系统，该系统由结点功耗描述文件、结点功耗预算设置子系统、协处理器负载监控子系统、处理器功耗设置子系统组成。

结点功耗描述文件保存结点的相关功耗参数，共包含6项，分别为处理器最大功耗值（P_MAX_CPU）、协处理器最大功耗值（P_MAX_CO）、协处理器空闲功耗值(P_IDLE_CO)、结点内除处理器和协处理器之外其它所有设备的功耗最大值（P_MAX_OTHER）、结点空闲功耗值（P_IDLE_NODE）、结点最大功耗值（P_MAX_NODE）。

结点功耗预算设置子系统接收用户输入的结点功耗预算值P_budget，读取保存在结点功耗描述文件中的相关功耗参数，计算触发功耗控制所对应的协处理器负载阈值W_co-th，并将P_budget和W_co-th传递给协处理器负载监控子系统。