现代多核 CPU 并非能量成比例：性能与能耗双目标优化的机遇
分布式、并行与集群计算
2019-10-16 v1 硬件体系结构
性能
系统与控制
系统与控制
摘要
能量成比例是现代多核 CPU 架构师遵循的关键设计目标。其含义之一是，针对性能优化应用同时也会优化其能耗。本工作中，我们表明能量成比例对多核 CPU 并不成立。该发现为应用性能与能耗的双目标优化创造了机遇。我们提出并研究了首个针对多线程数据并行应用的性能与能耗双目标优化的应用层方法。该方法使用两个决策变量：执行应用的相同多线程核（线程组）数量与每个线程组中的线程数，工作负载始终在线程组间均等划分。我们使用四个高度优化的多线程数据并行应用（基于 FFTW 与 Intel MKL 的二维快速傅里叶变换，以及使用 OpenBLAS 与 Intel MKL 的稠密矩阵-矩阵乘法）实验验证了方法效率。实验采用四款现代多核 CPU。实验显示，仅优化性能会使动态能耗增加至多 89%，而仅优化动态能耗会使性能下降至多 49%。通过求解双目标优化问题，该方法确定了至多 11 个全局帕累托最优解。最后，我们提出一个以性能监控计数器为参数的定性动态能耗模型，用以解释所发现的能量非成比例性及方法确定的帕累托最优解。模型表明，此处的能量非成比例性源于数据转换检测缓冲区 (dTLB) 的活动，其能耗 disproportionately 高昂。
引用
@article{arxiv.1910.06674,
title = {Modern Multicore CPUs are not Energy Proportional: Opportunity for Bi-objective Optimization for Performance and Energy},
author = {Semyon Khokhriakov and Ravi Reddy Manumachu and Alexey Lastovetsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.06674},
year = {2019}
}