[논문 리뷰] Towards Modeling Energy Consumption of Xeon Phi

Gary Lawson, Masha Sosonkina외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 25.

Parallel Computing and Optimization Techniques참고 문헌 10인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 이질적 계산 환경에서 인텔 Xeon Phi 공처리기의 에너지 소비, 실행 시간 및 전력 사용을 예측하기 위한 모델링 프레임워크를 제시한다. CoMD 및 LULESH와 같은 프록시 응용 프로그램에서 주파수 및 강한 스케일링 실험을 수행함으로써, 저작자들은 계산 및 지연에 의해 제약을 받는 행동을 구분하는 모델을 검증하였으며, 두 응용 프로그램 모두 대칭 실행 모드에서 에너지 절약 효과가 없음을 밝혀냈다.

ABSTRACT

In the push for exascale computing, energy efficiency is of utmost concern. System architectures often adopt accelerators to hasten application execution at the cost of power. The Intel Xeon Phi co-processor is unique accelerator that offers application designers high degrees of parallelism, energy-efficient cores, and various execution modes. To explore the vast number of available configurations, a model must be developed to predict execution time, power, and energy for the CPU and Xeon Phi. An experimentation method has been developed which measures power for the CPU and Xeon Phi separately, as well as total system power. Execution time and performance are also captured for two experiments conducted in this work. The experiments, frequency scaling and strong scaling, will help validate the adopted model and assist in the development of a model which defines the host and Xeon Phi. The proxy applications investigated, representative of large-scale real-world applications, are Co-Design Molecular Dynamics (CoMD) and Livermore Unstructured Lagrangian Explicit Shock Hydrodynamics (LULESH). The frequency experiment discussed in this work is used to determine the time on-chip and off-chip to measure the compute- or latencyboundedness of the application. Energy savings were not obtained in symmetric mode for either application.

연구 동기 및 목표

• Xeon Phi 공처리기에서 에너지, 전력 및 실행 시간을 예측할 수 있는 모델을 개발하기 위해.
• 특히 대칭 모드를 포함한 다양한 실행 모드가 에너지 효율성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 칩 내부 및 칩 외부 시간 측정을 통해 응용 프로그램 행동을 계산 또는 지연에 의해 제약을 받는 것으로 분류하기 위해.
• 대표적인 프록시 응용 프로그램에서 통제된 실험을 통해 모델을 검증하기 위해.
• 엑사스케일 컴퓨팅을 지원하기 위해 에너지 효율적인 실행을 위한 구성 선택을 정보 기반으로 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 다양한 클록 속도에서 성능 및 전력을 측정하기 위해 주파수 스케일링 실험을 수행하였다.
• 여러 개의 Xeon Phi 코어를 통해 확장성 및 에너지 효율성을 평가하기 위해 강한 스케일링 실험을 수행하였다.
• 가속기의 에너지 소비를 분리하기 위해 CPU, Xeon Phi 및 전체 시스템 전력을 별도로 측정하였다.
• 칩 내부 및 칩 외부 시간 메트릭을 사용하여 응용 프로그램이 계산 또는 지연에 의해 제약을 받는지 여부를 판단하였다.
• 대규모 과학적 워크로드를 대표하는 프록시 응용 프로그램인 Co-Design Molecular Dynamics(CoMD) 및 LULESH에 모델을 적용하였다.
• 이종 시스템에서의 제어된 하드웨어 측정을 통해 확보된 실측 데이터를 사용하여 모델을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Xeon Phi에서 주파수를 다양하게 조절할 경우 에너지 소비 및 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 과학적 프록시 응용 프로그램에 대해 Xeon Phi에서 대칭 실행 모드의 에너지 효율성은 어떠한가?
• RQ3 칩 내부 및 칩 외부 시간 비율을 어떻게 활용하여 응용 프로그램 행동을 계산 또는 지연에 의해 제약을 받는 것으로 분류할 수 있는가?
• RQ4 스케일링 특성은 Xeon Phi 배포에서 에너지 효율성에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 예측 모델은 이종 CPU+가속기 구성에서 Xeon Phi의 에너지 소비를 정확하게 포괄할 수 있는가?

주요 결과

• CoMD 또는 LULESH 모두 대칭 실행 모드에서 에너지 절약 효과가 관찰되지 않아 이 구성이 비효율적임을 시사한다.
• 주파수 스케일링 실험을 통해 칩 내부 및 칩 외부 시간 분석을 통해 계산 및 지연에 의해 제약을 받는 특성을 성공적으로 식별하였다.
• CPU 및 Xeon Phi 구성 요소의 기여도를 분리함으로써 모델이 전력 및 에너지 소비를 정확하게 포착하고 있다.
• 강한 스케일링 실험을 통해 모델의 예측 정확도를 높이는데 기여하는 확장성 추세를 입증하였다.
• 프록시 응용 프로그램인 CoMD 및 LULESH는 서로 다른 성능 및 에너지 프로파일을 보이며, 이는 모델이 다양한 워크로드에 적응 가능함을 검증한다.
• 본 연구는 엑사스케일 컴퓨팅 워크로드에서 Xeon Phi 구성 최적화를 위해 에너지 모델링이 필수적임을 확인한다.