[論文レビュー] Towards Energy-Proportional Computing Using Subsystem-Level Power Management

Balaji Subramaniam, Wu-chun Feng|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2015

Cloud Computing and Resource Management参考文献 16被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、IntelのRAPLインタフェースを用いてサブシステムレベルの電力管理を可能にするエントレプライズサーバワークロードにおけるエネルギー比例計算の検討を行う。SPECpower_ssj2008およびSPECweb2009ベンチマークを分析することで、コアレベルでの電力制限が、特にエネルギー比例性の低いUncore部品に焦点を当てた場合、最大15％のエネルギー節約とエネルギー比例性の向上を達成できることを示している。

ABSTRACT

Massive data centers housing thousands of computing nodes have become commonplace in enterprise computing, and the power consumption of such data centers is growing at an unprecedented rate. Adding to the problem is the inability of the servers to exhibit energy proportionality, i.e., provide energy-efficient execution under all levels of utilization, which diminishes the overall energy efficiency of the data center. It is imperative that we realize effective strategies to control the power consumption of the server and improve the energy efficiency of data centers. With the advent of Intel Sandy Bridge processors, we have the ability to specify a limit on power consumption during runtime, which creates opportunities to design new power-management techniques for enterprise workloads and make the systems that they run on more energy-proportional. In this paper, we investigate whether it is possible to achieve energy proportionality for enterprise-class server workloads, namely SPECpower_ssj2008 and SPECweb2009 benchmarks, by using Intel's Running Average Power Limit (RAPL) interfaces. First, we analyze the average power consumption of the full system as well as the subsystems and describe the energy proportionality of these components. We then characterize the instantaneous power profile of these benchmarks within different subsystems using the on-chip energy meters exposed via the RAPL interfaces. Finally, we present the effects of power limiting on the energy proportionality, performance, power and energy efficiency of enterprise-class server workloads. Our observations and results shed light on the efficacy of the RAPL interfaces and provide guidance for designing power-management techniques for enterprise-class workloads.

研究の動機と目的

• IntelのRAPL電力制限インタフェースを用いて、エントレプライズクラスのサーバワークロードでエネルギー比例性を達成可能かどうかを評価すること。
• さまざまな利用度レベルにおける個々のサブシステム（コア、Uncore、パッケージ、DRAM）の電力消費プロファイルを分析すること。
• RAPLベースの電力制限がパフォーマンス、エネルギー効率、および瞬時の電力行動に与える影響を評価すること。
• データセンタワークロードにおけるエネルギー比例性を向上させるための最適な電力管理戦略を同定すること。

提案手法

• Intelのランニング平均電力制限（RAPL）インタフェースを用いて、コア、パッケージ、DRAMサブシステムレベルでの電力消費の監視および制御を実施した。
• 複数の負荷レベルでSPECpower_ssj2008およびSPECweb2009ベンチマークを実行し、平均および瞬時の電力プロファイルを測定した。
• 入力パラメータ（例：SPECpowerにおけるバッチサイズ）をキャリブレーションし、電力消費に与える影響を評価した。
• RAPLを介したオンチップエネルギーメータを用いて、高分解能（約1 ms）の電力追跡と決定論的な電力制限を実現した。
• さまざまなRAPL電力制限下でのパフォーマンス、電力、エネルギー効率を測定し、トレードオフを評価した。
• SPECwebのネットワーク帯域幅の累積分布関数（CDF）を分析し、ワークロード強度を特徴づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RAPLベースの電力制限は、SPECpower_ssj2008およびSPECweb2009のようなエントレプライズサーバワークロードにおけるエネルギー比例性を向上させることができるか？
• RQ2 ワークロード利用度に応じて、個々のサブシステム（コア、Uncore、DRAM、パッケージ）の電力消費プロファイルはどのように変化するか？
• RQ3 電力制限がエントレプライズベンチマークのパフォーマンス、平均電力、エネルギー効率に与える影響は何か？
• RQ4 どのサブシステムが最もおよび最もエネルギー比例性が高く、電力節約の潜在的余地が最も大きいか？
• RQ5 SPECpowerにおけるバッチサイズは電力消費に顕著な影響を及ぼすか？また、電力管理に活用可能か？

主な発見

• コアサブシステムは最もエネルギー比例性が高く、Uncoreサブシステムは最もエネルギー比例性が低く、より優れた電力管理メカニズムが求められる。
• コアレベルでの電力制限が、エネルギー効率の向上およびエネルギー比例性の実現において最も効果的な戦略である。
• Uncoreサブシステムは利用度に関係なく一定の電力を消費するため、エネルギー比例性の向上の主なターゲットとなる。
• RAPLベースの電力制限により、顕著なパフォーマンス劣化を伴わずに、エントレプライズワークロードで最大15％のエネルギー節約が達成された。
• SPECpowerにおけるバッチサイズは電力消費にほとんど影響を及ぼさないため、バッチ処理のみではエネルギー節約が達成できないことが示された。
• SPECwebは13,000 SUSでネットワーク集約的であり、ピーク帯域幅の80％以上を80％の時間にわたって消費しており、この負荷レベルを超えるスケーラビリティは制限されている。