عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی مصرف توان در برنامه های کاربردی
- رشته تحصیلی
- مهندسی کامپیوتر-معماری کامپیوتر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3060;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77919;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3060;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77919
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- ادریس نصیحت کن
- استاد راهنما
- سعید صفری
- چکیده
- بهینه‌سازی مصرف توان و انرژی مصرفی در سیستم‌های محاسباتی کارایی بالا به دلیل اهمیت پارامتر کارایی بر وات (Performance per watt) از اهمیت بسزایی برخوردار است. مقیاس‌گری پویای ولتاژ و فرکانس (DVFS) امکان کاهش مصرف انرژی و توان به کمک روش‌های نرم‌افزاری و مدیریت توان در سطح سیستم‌عامل را فراهم می‌آورد. در این پژوهش، روش مدیریتی مبتنی‌بر DVFS برای مدیریت توان پردازنده در سطح نرم‌افزار ارائه شده است. برای این امر، دستورات مدیریت توان در کد نرم‌افزار به کمک کامپایلر اضافه شده است که موجب تعیین ولتاژ و فرکانس برای هر بخش از کد می‌گردد. علاوه‌بر این، ما بر محدودیت‌های حفاظتی جاکم برای مدیریت DVFS در سطح کاربر درون سیستم‌عامل آن غلبه کرده‌ایم و چالش‌های سربار آن را نیز رفع نموده‌ایم. باتوجه به اینکه این پیاده‌سازی‌ها در سیستم واقعی انجام شده است، از فناوری Intel Turbo Boost 2.0 به عنوان فناوری DVFS مورد استفاده قرار گرفته است. از این‌رو، روش ارائه شده به تمامی سیستم‌هایی که از فناوری Intel Turbo Boost 2.0 پشتیبانی می‌کنند قابل تعمیم است و می تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای تحلیل کد و اضافه کردن دستورات مدیریت DVFS در کد نرم‌افزار کامپایلر LLVM به خدمت گرفته شده است. همچنین برای ارزیابی روش ارائه شده، 19 برنامه محک از مجموعه‌های Spec2000 و Parsec 3.0 انتخاب شده است. این برنامه‌ها به شکل تکنخی و چندنخی اجرا شده است. این ارزیابی‌ها به کمک اندازه‌گیری پارامترهای زمان اجرا، تعداد دستورات اجرا شده، مصرف توان و انرژی مصرفی پردازنده محقق گشته است. نتایج گویای مؤثر بودن روش ارائه برای بهینه‌سازی توان و انرژی مصرفی است. چنان‌که آزمایش‌ها نشان می‌دهند توان و انرژی مصرفی به ترتیب تا 15% و 12% کاهش یافته‌اند. تنها هزینه این بهبود نیز افزایش متوسط زمان اجرا حدود 3% است. همچنین زمان کامپایل نیز به طور متوسط 13% افزایش یافته است. این نتایج گویای بهینه‌سازی انرژی و توان مصرفی با حداقل هزینه است که نشان از کارایی روش پیشنهادی دارد.
- Abstract
- Power and energy consumption should be optimized to reach reasonable performance per watt for high-performance super-computers. Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) enables us to reduce the energy and power consumed in the processor using software techniques. In this research, a DVFS-based management method at application level has been proposed. We added power management instructions in application source code and determined voltage and frequency for different sections of the code. Moreover, we overcame Operating System (OS) protection challenge of managing DVFS in user mode applications and eliminated its overhead. In order to implement this method on a real system, Intel Turbo Boost 2.0 technology is utilized. Therefore this approach is applicable for all systems with processors supporting Intel Turbo Boost 2.0. LLVM compiler is used to analyze and insert the DVFS management instructions into the software. To evaluate the proposed method, we used 19 benchmarks from Spec2000 and Parsec 3.0 running in both single thread and multi-thread modes. Execution time, number of executed instructions, average power consumption of processor and total energy consumed by CPU are measured for each instance. The results depict the efficacy of the proposed approach. Average power and energy consumption are reduced up to 15% and 12%, respectively with an average of 3% penalty in execution time. Furthermore, compilation time is increased by 13% in average case. This results exposed that energy and power being more optimized with minimum cost. Keywords: DVFS, LLVM, Energy Reduction, Intel Turbo Boost
