와트 성능

Performance per watt

컴퓨팅에서 와트 성능이란 특정 컴퓨터 아키텍처 또는 컴퓨터 하드웨어의 에너지 효율을 측정하는 것입니다.말 그대로 소비전력 1와트당 컴퓨터가 공급할 수 있는 연산속도를 측정합니다.이 비율은 보통 컴퓨팅 시스템 간의 비교를 시도할 때 LINPACK 벤치마크의 퍼포먼스로 측정됩니다.이를 사용하는 예는 슈퍼컴퓨터의 Green500 목록입니다.와트당 퍼포먼스는 [1]무어의 법칙보다 더 지속 가능한 컴퓨팅 지표로 제시되어 왔습니다.

구글의 하드웨어와 같은 병렬 컴퓨터를 구축하는 시스템 설계자들은 CPU의 전력 공급 비용이 CPU [2]자체의 비용보다 크기 때문에 와트당 성능을 기준으로 CPU를 선택합니다.

우주 비행 컴퓨터에는 사용 가능한 최대 전력에 대한 엄격한 제한이 있으며 최소 실시간 성능에 대한 엄격한 요구 사항도 있습니다.처리속도와 [3]소요전력의 비율은 가공속도보다 유용하다.

정의.

사용되는 퍼포먼스 및 소비전력 지표는 정의에 따라 달라집니다.합리적인 퍼포먼스 지표는 FLOPS, MIPS 또는 퍼포먼스 벤치마크 점수입니다.메트릭의 목적에 따라 몇 가지 전력 소비 측정이 사용될 수 있습니다.예를 들어 메트릭은 기계에 직접 공급되는 전력만을 고려하는 반면 냉각 및 모니터링 시스템 등 컴퓨터 실행에 필요한 모든 전력을 포함하는 경우가 있습니다.전력 측정은 벤치마크 실행 중 사용되는 평균 전력이지만 다른 전력 사용량 측정(피크 전력, 아이돌 전력 등)을 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 초기 UNIVAC I 컴퓨터는 와트당 약 0.015개의 작업을 수행했습니다(OPS(Operations Per Second) 125kW를 소비하면서 1,905개의 작업을 수행).2005년에 출시된 4개의 FR550 코어 바리안트 칩을 탑재한 Fujitsu FR-V VLIW/벡터 프로세서 시스템은 51 Giga-OPS를 실행하고 소비전력은 3와트입니다.그 결과 [4][5]와트당 170억회의 동작이 실현됩니다.이것은 54년 만에 1조 배 이상 증가한 것이다.

컴퓨터가 사용하는 전력의 대부분은 열로 변환되기 때문에 작업에 필요한 와트 수가 적은 시스템에서는 소정의 동작 온도를 유지하기 위해 냉각이 적게 필요합니다.냉각 수요가 감소하면 컴퓨터의 저소음이 쉬워집니다.또, 소비 전력을 삭감하는 것으로, 가동 코스트를 삭감해, 컴퓨터의 전력 공급에 의한 환경에의 영향을 저감 할 수 있습니다(그린 컴퓨팅 참조).실내 온도 조절 기능이 제한된 곳에 설치하면 저전력 컴퓨터가 저온에서 작동하므로 신뢰성이 향상될 수 있습니다.실내 온도 조절 환경에서 직접 전력 사용을 줄이면 실내 온도 조절 에너지도 절약할 수 있습니다.

컴퓨팅 에너지 소비량은 EEMBC EnergyBench 등의 특정 벤치마크 실행에 필요한 에너지를 보고함으로써 측정되기도 합니다.표준 워크로드의 에너지 소비 수치를 통해 에너지 효율 개선 효과를 쉽게 판단할 수 있습니다.

와트당 성능(작업/초)은 1와트 = 1줄/초이므로 작업/초 또는 작업/줄로 쓸 수도 있습니다.

와트당 FLOPS

Green500 리스트의 데이터를 기반으로 한 와트당 슈퍼컴퓨터의 퍼포먼스가 비약적으로 향상.빨간색 십자가는 가장 전력 효율이 높은 컴퓨터를 나타내며 파란색 십자가는 #500에 랭크된 컴퓨터를 나타냅니다.

와트당 FLOPS는 일반적인 측정치입니다.기초가 되는 FLOPS(Floating Point Operations Per Second) 메트릭과 마찬가지로 메트릭은 일반적으로 많은 부동 소수점 계산을 수반하는 과학적 컴퓨팅 및 시뮬레이션에 적용됩니다.

예

6월 2016[업데이트], 그 Green500 목록율이 가장 효율적인 슈퍼 컴퓨터 최고 –들 둘 모두 같은 manycore 가속기 PEZY-SCnp 일본 기술에 인텔 제온 프로세서 외에 기초한 이화학 연구소, 상위 16673.8 MFLOPS/watt에서 그 둘 다로 3위를 기록은 Chinese-technology Sunway TaihuLight – 많은 bigge.rmachine는 TOP500에서 2위이며, 그 외는 이 리스트에 없습니다).6051.3 MFLOPS/W입니다.[6]

2012년 6월, Green500 리스트는 BlueGene/Q, Power BQC 16C를 [7]와트당 FLOPS로 동작하는 TOP500 중 가장 효율적인 슈퍼컴퓨터로 평가했습니다.

2010년 11월 IBM 기계 Blue Gene/Q는 [8][9]와트당 1,684 MFLOPS를 달성했습니다.

2008년 6월 9일 CNN은 IBM의 Roadrunner 슈퍼컴퓨터가 376 MFLOPS/[10][11]W를 달성했다고 보도했다.

인텔의 테라 스케일 조사 프로젝트의 일환으로 팀은 와트당 [12][13]16,000 MFLOPS 이상을 달성할 수 있는 80코어 CPU를 생산했습니다.그 CPU의 미래는 확실하지 않다.

마이크로울프는 4대의 듀얼 코어 Athlon 64 X2 3800+ 컴퓨터로 구성된 저비용 데스크톱 Beowulf 클러스터로 58 MFLOPS/[14]W로 작동합니다.

칼레이는 256코어 VLIW CPU를 개발해 와트당 2만5000메가플롭스(MFLOPS)를 구현했다.차세대 제품은 [15]와트당 75,000 MFLOPS를 달성할 것으로 예상됩니다.그러나 2019년에는 임베디드용 최신 칩이 80코어로 20W에서 [16]최대 4TFLOPS를 자랑한다.

Adapteva는 1024코어 64비트 RISC 프로세서인 Epiphany V를 발표했는데,[17][18] Epiphany V는 와트당 75GFLOPS를 실현하는 것을 목표로 하고 있습니다.또, Epiphany V가 상용 제품으로 발매되는 것은, 「매우」라고 나중에 발표했습니다.

미국 특허 10,020,436, 2018년 7월, 100, 300 및 600 GFLOPS/W의 세 가지 간격을 주장하고 있습니다.

GPU 효율

그래픽스 처리 장치(GPU)의 에너지 사용량은 계속 증가하고 있습니다.또, CPU 설계자는 최근 와트당 퍼포먼스 향상에 주력하고 있습니다.고성능 GPU는 대량의 전력을 소비하기 때문에 GPU의 소비전력을 관리하기 위해서는 인텔리전트한 기술이 필요합니다.3D Mark 2006 Score/W 등의 척도로 보다 효율적인 GPU를 [19]식별할 수 있습니다.단, 부하가 낮은 [20]작업에 많은 시간을 소비하는 일반적인 사용에는 효율이 적절히 반영되지 않을 수 있습니다.

최신 GPU에서는 전력 사용량이 최대 계산 능력을 달성하는 데 중요한 제약이 됩니다.GPU 설계는 일반적으로 확장성이 뛰어나 제조업체는 동일한 비디오 카드에 여러 개의 칩을 장착하거나 병렬로 작동하는 여러 개의 비디오 카드를 사용할 수 있습니다.모든 시스템의 피크 성능은 기본적으로 시스템이 소비할 수 있는 전력량과 방산할 수 있는 열의 양에 의해 제한됩니다.따라서 GPU 설계의 와트당 퍼포먼스는 해당 설계를 사용하는 시스템의 피크 퍼포먼스로 직결됩니다.

GPU는 일반적인 계산에도 사용될 수 있기 때문에 그 성능은 와트당 FLOPS와 같은 CPU에도 적용될 수 있습니다.

과제들

와트 성능도 유용하지만 절대 전력 요건도 중요합니다.와트당 성능이 향상되었다는 주장은 증가하는 전력 수요를 감추기 위해 사용될 수 있습니다.예를 들어, 새로운 세대의 GPU 아키텍처는 와트당 퍼포먼스를 향상시킬 수 있지만, 퍼포먼스가 계속 향상되면 효율의 향상이 무효가 되어 GPU는 계속 대량의 [22]전력을 소비합니다.

고부하 시 전력을 측정하는 벤치마크는 일반적인 효율을 적절하게 반영하지 못할 수 있습니다.예를 들어, 3D Mark는 GPU의 3D 성능을 강조하지만, 많은 컴퓨터는 대부분의 시간을 덜 부하가 높은 디스플레이 작업(아이돌, 2D 작업, 비디오 표시)에 소비합니다.따라서 그래픽스 시스템의 2D 또는 아이돌 효율은 전체적인 에너지 효율에 있어 최소한 큰 영향을 미칠 수 있습니다.마찬가지로 대부분의 시간을 스탠바이 또는 소프트오프 상태로 보내는 시스템은 부하가 걸린 상태에서의 효율성만으로는 충분하지 않습니다.SPEC power와 같은 일부 벤치마크에서는 이 문제를 해결하기 위해 일련의 부하 [23]수준에서 측정을 포함합니다.

전압 레귤레이터 등 일부 전기 컴포넌트의 효율은 온도가 올라가면 저하되므로 온도에 따라 소비전력이 증가할 수 있습니다.전원장치, 메인보드 및 일부 비디오카드는 이 영향을 받는 서브시스템입니다.따라서 전력 소비량은 온도에 따라 달라질 수 있으며,[24][25] 측정 시 온도 또는 온도의 의존성에 유의해야 합니다.

와트당 퍼포먼스에는 통상 라이프 사이클 비용 전체가 포함되지 않습니다.컴퓨터 제조는 에너지 집약적이고 컴퓨터의 수명은 비교적 짧기 때문에 생산, 유통, 폐기 및 재활용에 관련된 에너지와 자재가 비용, 에너지 사용 및 환경에 미치는 [26][27]영향의 대부분을 차지합니다.

컴퓨터 주변의 온도 조절에 필요한 에너지는 와트 수 계산에 포함되지 않는 경우가 많습니다만,[28] 중요한 경우가 있습니다.

기타 에너지 효율 측정

SWaP(공간, 와트 수, 퍼포먼스)는 Sun Microsystems의 데이터센터 측정 지표로 전력과 공간을 통합합니다.

퍼포먼스는 적절한 벤치마크에 의해 측정되며 공간은 컴퓨터의 크기입니다.[29]

동력, 질량 및 부피의 감소는 또한 우주 비행 [3]컴퓨터에 중요합니다.

「 」를 참조해 주세요.

에너지 효율 벤치마크
  • Average CPU Power (ACP; 평균 CPU 전력)– 여러 표준 벤치마크 실행 시 소비 전력 측정값
  • EEMBC – EnergyBench
  • SPEC power – Java (Server Side Java Operations per Joule)를 실행하는 웹 서버의 벤치마크
다른.

주 및 참고 자료

  1. ^ Aitken, Rob; Fellow; Technology, Director of; Arm (12 July 2021). "Performance per Watt Is the New Moore's Law". Arm Blueprint. Retrieved 16 July 2021.
  2. ^ 구글의 경고에 따르면 전력 비용은 서버보다 높을 수 있습니다, 씨넷, 2006
  3. ^ a b D. J. 셜리, 그리고 M. K. 맥렐랜드."차세대 SC-7 RISC 우주 비행 컴퓨터." 페이지 1, 2
  4. ^ "Fujitsu Develops Multi-core Processor for High-Performance Digital Consumer Products" (Press release). Fujitsu. 7 February 2020. Archived from the original on 25 March 2019. Retrieved 8 August 2020.
  5. ^ FR-V 싱글칩 멀티코어 프로세서:FR1000 2015-04-02 Wayback Machine Fujitsu에서 아카이브 완료
  6. ^ "Green500 List for June 2016".
  7. ^ "The Green500 List". Green500. Archived from the original on 3 July 2012.
  8. ^ "Top500 Supercomputing List Reveals Computing Trends". 20 July 2010. IBM... BlueGene/Q system .. setting a record in power efficiency with a value of 1,680 Mflops/watt, more than twice that of the next best system.
  9. ^ "IBM Research A Clear Winner in Green 500". 18 November 2010.
  10. ^ "Government unveils world's fastest computer". CNN. Archived from the original on 10 June 2008. performing 376 million calculations for every watt of electricity used.
  11. ^ "IBM Roadrunner Takes the Gold in the Petaflop Race". Archived from the original on 13 June 2008.
  12. ^ "Intel squeezes 1.8 TFlops out of one processor". TG Daily. Archived from the original on 3 December 2007.
  13. ^ "Teraflops Research Chip". Intel Technology and Research.
  14. ^ Joel Adams. "Microwulf: Power Efficiency". Microwulf: A Personal, Portable Beowulf Cluster.
  15. ^ "MPPA MANYCORE - Many-core processors - KALRAY - Agile Performance".
  16. ^ "Kalray announces the Tape-Out of Coolidge on TSMC 16NM process technology". Kalray. 31 July 2019. Retrieved 12 August 2019.
  17. ^ Olofsson, Andreas. "Epiphany-V: A 1024-core 64-bit RISC processor". Retrieved 6 October 2016.
  18. ^ Olofsson, Andreas. "Epiphany-V: A 1024 processor 64-bit RISC System-On-Chip" (PDF). Retrieved 6 October 2016.
  19. ^ Atwood, Jeff (18 August 2006). "Video Card Power Consumption".
  20. ^ "Video card power consumption". Xbit Labs. Archived from the original on 4 September 2011.
  21. ^ "PSA: Performance Doesn't Scale Linearly with Wattage (Aka testing M1 versus a Zen 3 5600X at the same Power Draw)". 29 November 2020.
  22. ^ Tim Smalley. "Performance per What?". Bit Tech. Retrieved 21 April 2008.
  23. ^ "SPEC launches standardized energy efficiency benchmark". ZDNet.
  24. ^ Mike Chin. "Asus EN9600GT Silent Edition Graphics Card". Silent PC Review. p. 5. Retrieved 21 April 2008.
  25. ^ Mike Chin (19 March 2008). "80 Plus expands podium for Bronze, Silver & Gold". Silent PC Review. Retrieved 21 April 2008.
  26. ^ Mike Chin. "Life Cycle Analysis and Eco PC Review". Eco PC Review. Archived from the original on 4 March 2008.
  27. ^ Eric Williams (2004). "Energy intensity of computer manufacturing: hybrid assessment combining process and economic input-output methods". Environ. Sci. Technol. 38 (22): 6166–74. Bibcode:2004EnST...38.6166W. doi:10.1021/es035152j. PMID 15573621.
  28. ^ Wu-chun Feng (2005). "The Importance of Being Low Power in High Performance Computing". CT Watch Quarterly. 1 (5).
  29. ^ Greenhill, David. "SWaP Space Watts and Power" (PDF). US EPA Energystar. Retrieved 14 November 2013.

추가 정보

외부 링크