专利名称：降低超级计算机能耗的方法
技术领域：
本发明涉及计算机技术领域，更具体地说，涉及一种降低超级计算机能耗 的方法。
背景技术：
超级计算机，是指多个计算节点组合起来的能平行进行大规模计算或数据 处理的计算机，也称为并行计算机。超级计算机拥有成千上万个计算节点，在 运行时会消耗大量的电能，超级计算机运行及制冷过程中所消耗的电能即超级 计算机的能耗。目前，可通过控制超级计算机的部件的能耗，来降低整个超级 计算机的能耗，但是这样同时也会降低超级计算机的效能。超级计算机的效能 是指超级计算机在单位时间内完成用户交给其应用任务的能力，具体可以是单 位时间内进行的计算量、存储量以及输入/输出量等。而如果改变应用任务的调 度方式使超级计算机的效能提高，则又会增加超级计算机的能耗。
发明内容
基于此，有必要提供一种能最大化超级计算机效能的降低超级计算机能耗 的方法。
所述降低超级计算机能耗的方法包括A.根据应用任务对部件的能力要求 计算得到运行所迷应用任务的部件在最高利用率下的运行频率;B.根据应用任务 对部件的能力要求及所迷运行频率控制部件的运行状态。
优选地，所述步骤B中控制部件的运行状态的过程具体是控制部件的开 启状态和运行频率，使运行应用任务的部件能满足应用任务对部件的能力要求。
优选地，所述方法还包括C.根据所述运行频率计算得到部件的能耗；D. 根据所述能耗计算部件运行时产生的热量，以及根据所述计算得到的热量调节 制冷设备的制冷量。
进一步优选地，所迷步骤D中调节制冷设备的制冷量的过程包括调节制 冷设备中流经部件的水的速度、流量和温度。上述降低超级计算机能耗的方法，根据应用任务对部件的能力要求计算得 到部件在最高利用率下的运行频率，从而对部件的运行状态进行控制，可使超 级计算机各部件能在完成应用任务的情况下，尽可能降低部件的运行频率，则 能有效降低超级计算机的能耗，同时最大化超级计算机的效能。
图1是一个实施例中降低超级计算机能耗的方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出了一个实施例中降低超级计算机能耗的方法流程，具体过程如下 在步骤S101中，根据应用任务对部件的能力要求计算得到运行所述应用任
务的部件在最高利用率下的运行频率。
在步骤S102中，根据应用任务对部件的能力要求及所述运行频率控制部件
的运行状态。
在一个实施方式中，上述应用任务对部件的能力要求是指部件运行应用任 务所需要的能力。不同的应用任务对部件的能力要求是不同的，例如，对于计 算密集型的应用任务，则对中央处理器的处理能力要求高，对于存储密集型的 应用任务，则对内存容量要求高。上述部件是指超级计算机中各计算节点中的 硬件部分，例如中央处理器、内存、硬盘及网络等。
在一个实施例中，可采用控制函数y-g (x)计算运行应用任务的部件在最 高利用率下的运行频率，其中，x是部件在用户要求的时间内完成的任务量，g 是控制函数，y是部件在最高利用率下的运行频率。所谓部件在最高利用率下的 运行频率，是指各部件在满负荷运转下的运行频率。在获取应用任务对部件的 能力要求后，可对部件的开启状态进行控制，并按照计算得到的运行频率调整 各部件的运行频率，使得在能完成应用任务的情况下，尽可能使用更少的部件， 且在使用更少部件的前提下，尽可能减低部件的运行频率。由于在能完成应用 任务的情况下，使用的部件少，且运行频率低，使超级计算机的能耗降低，同 时也使超级计算机的效能最大化。
下面结合实施例详细阐述计算应用任务的部件在最高利用率下的运行效率 的过程。假设有n个应用任务Tl、 T2......Tn,其中，第i个任务所需计算频率(即单位时间内进行的浮点运算次数)为CPU (Ti),所需的内存带宽(即单位 时间内与内存交换的字节数)为MEMIO (Ti)，所需的网络带宽(即单位时间 内与网络交换的字节数)为NETIO (Ti)，所需的外存带宽(即单位时间内与外 存交换的字节数)为DISKIO (Ti),所需的内存容量(即单位时间内在内存中 存储的字节数)为MEM (Ti),所需的外存容量(即单位时间内在外存中存储 的字节数)为DISK (Ti)。
该实施例中，任务Tl、 T2.......Tn被调度到由超级计算机上的资源集合
CPU!, CPU2， ......， CPUml; MEMIO,, MEMI02, ......, MEMIOm2; NETIO,，
NETI02,......NETIOm3; DISKIO,,DISKI02,......DISKIO", MEM!,MEM2，......，
MEMm5; DISK,、 DISK2.......DISK^执行，则计算在该资源集合下需要运行的
应用任务所需的计算频率(单位时间进行的浮点运算次数)为CPU(T1)+CPU
(T2) +...+CPU(Tn),所需的内存带宽(单位时间内与内存交换的字节数)为 MEMIO (Tl) +MEMIO (T2) +...+MEMIO (Tn)，所需的网络带宽(单位时间 内与网络交换的字节数)为NETIO (Tl) +NETIO (T2) +...+NETIO (Tn),所 需的外存带宽(单位时间内与外存交换的字节数)为DISKIO(Tl )+DISKIO(T2) +...+DISKIO (Tn),所需的内存容量(单位时间内在内存中存储的字节数)为 MEM (Tl) +MEM (T2) +..+MEM (Tn)，所需的外存容量(单位时间内在外 存中存储的字节数)为DISK(Tl)+DISK(T2)+.,.+DISK(Tn)。
该实施例中，资源集合CPU的最高利用率为a%,内存带宽的最高利用率 为b。/。，网络带宽的最高利用率为c。/。，外存带宽的最高利用率为d。/。，内存容量 的最高利用率为e°/o，外存最高利用率为f%，则实际资源可用的最大限量分别 为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)，表示各最大利用率对相应的部件适用。该实施例中，假
设任务T1、 T2……Tn被调度到由超级计算机的资源集合CPU!， CPU2,......，
CPUml; MEMIO!, MEMI02，……，MEMOm2; NE戰，NETI02, ......NETIOm3;
DISKIO, ， DISKI02.......DISKIO" MEM" MEM2.......， MEMm5; DISK!、
DISK2.......DISKm6执行，可从&%* (CPU!, CPU2，……，CPUml)中选出若
千个CPU使得频率总和刚好大于CPU (Tl) +CPU (T2) +……+CPU (Tn)。例如，假设CPU (Tl ) +CPU (T2) +......+CPU (Tn)的运行频率的总和为25G，
且aO/^CPUi为10G， a%*CPU2为8G， a%*CPU3为10G被选出，贝'J CPU4、
CPU5......CPLU全部关闭，a。/c^CPU2可降频为5G,或a。/^CPU！可降频为7G,
或a。/一CPU3可降频为7G。其它部件的运行频率处理方式同理，在此则不再赘 述。
在一个实施方式中，可采用控制函数F=f (y)计算部件的能耗，其中，y 是部件的运行频率，f是控制函数，F是部件的能耗。计算得到各部件的能耗， 则能获取部件运行应用任务所产生的热量以及整个超级计算机产生的热量。在 上述实施例中，^f叚设净皮选择的部件和频率分别为C0M1*P1 、 COM2*P2......COMr*Pr，其中，COMi (i=l~r)为被选择的各部件，Pi(i=l~r)
为部件相应的运行频率，则各部件功耗为 C0M1*P1*E1 、
COM2*P2*E2......COMr*Pr*Er，其中，Ei是各部件本身的参数值，该公式即为
某部件(例如CPU、内存或带宽等)的功耗随运行频率的变化关系。
根据超级计算机产生的热量则可调节制冷设备的制冷量，具体包括调节制 冷设备中流经各部件的水的速度、流量和温度等。在一个实施例中，采用控制 函数，根据各部件的能耗计算得到制冷设备流经该部件的水的温度、流量和温
度等，计算得到的结果用于对制冷设备进行控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种降低超级计算机能耗的方法，其特征在于，所述方法包括A.根据应用任务对部件的能力要求计算得到运行所述应用任务的部件在最高利用率下的运行频率；B.根据应用任务对部件的能力要求及所述运行频率控制部件的运行状态。
2、 根据权利要求1所述的降低超级计算机能耗的方法，其特征在于，所述 步骤B中控制部件的运行状态的过程具体是控制部件的开启状态和运行频率， 使运行应用任务的部件能满足应用任务对部件的能力要求。
3、 根据权利要求l所述的降低超级计算机能耗的方法，其特征在于，所述 方法还包括C. 根据所述运行频率计算得到部件的能耗；D. 根据所述能耗计算部件运行时产生的热量，以及根据所述计算得到的热 量调节制冷设备的制冷量。
4、 根据权利要求3所述的降低超级计算机能耗的方法，其特征在于，所述 步骤D中调节制冷i殳备的制冷量的过程包括调节制冷设备中流经部件的水的 速度、流量和温度。
全文摘要
本发明提供了一种降低超级计算机能耗的方法。所述方法包括A.根据应用任务对部件的能力要求计算得到运行所述应用任务的部件在最高利用率下的运行频率；B.根据应用任务对部件的能力要求及所述运行频率控制部件的运行状态。采用本发明提供的降低超级计算机能耗的方法，能在降低能耗的同时最大化超级计算机的效能。
文档编号G06F1/32GK101625589SQ200910109088
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者朱定局 申请人:深圳先进技术研究院