曙光：全面分析服务器节能现状和未来趋势(2)

    服务器节能技术发展趋势

    当前全球最快性能Top500超级计算机其每瓦Gflops性能都在0.5以下，未来高效能计算机系统，其每瓦Gflops性能应在1.0GFlopsperwatt以上，当前混合异构体系结构、自主节能管理、应用加速、系统级节能等技术的发展正推动这一目标的逐步实现。

    体系结构促动节能技术的发展

    虽然尚存在软件的可用性、任务调度、编程模式等诸多问题，基于标量处理器、FPGA、向量及多线程处理器、图形处理器等来构建混合异构的高性能计算机系统已成为解决能耗的主要途径之一，其中可重构计算结构能以较低的硬件复杂度实现指令、数据及线程级并行，并且具有较大的性能/功耗、性能/价格优势，已广泛应用于科学计算等诸多领域，以实现应用加速。采用混合异构的高性能计算机系统包括IBM代号为"Roadrunner"的千万亿次超级计算机，其采用混合异构刀片机群来构建，每个机箱包括3个计算节点，每个节点包括4个刀片，2个QS22Cell刀片，1个扩展连接刀片，另外一个是LS21双核AMDOpteron刀片。全系统采用6562颗AMD双核OpteronCPU和12240颗八核Cell处理器芯片，其中，Opteron处理器负责一般的计算进程、文件IO和通讯，Cell负责那些复杂的、重复的、大量消耗机器资源的计算过程，同时Roadrunner还采用先进的"混合编程（HybridProgramming）"软件，以实现异构计算。该款机器以437.43MFLOPS/watt的能效成绩排在Green500中第三名。

    节能趋向全方位发展

    芯片级、基础架构级以及系统级节能确实能够节约部分功耗，但并不能提高机房的冷却效率，高性能计算机系统中节能和散热冷却是紧密结合在一起的，基于服务器能耗监控和制冷设备的联动可以提升冷却系统的效率，实现精确制冷。服务器能耗监控和制冷设备的联动基于完整的机房散热模型，评估机房的散热效率，并根据散热模型计算相应制冷量，调整空调的风压和风速、液冷机柜的温度、流速、机柜风扇转速以实现精确制冷的需求。

    可以说，未来服务器系统的节能必将向芯片、基础架构、系统、机房制冷联动全方位发展，包括芯片级节能技术、低功耗专用芯片、芯片级冷却、应用加速、液体冷却、CPU频率动态调整、功耗限制、实施部分节点或部件的休眠、根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整、基于能效的作业调度策略、基于散热模型的机房制冷联动等诸多方面。

    自主节能管理浮出水面

    未来节能管理和服务器监控管理融合的趋势将进一步增强，包括自动监控各类资源部件的能耗，对能耗监控历史数据深度挖掘、关联推理并实施系统动态功耗预测，通过其自配置、自恢复、自优化等特性自主地采取措施、减少人工干预，实施和作业调度、虚拟计算环境、机房制冷的联动，可根据应用的能耗特征构造虚拟计算环境，并提供保证服务质量的综合手段以及分析、诊断应用系统的工具，减少人工干预，以实现智能功耗管理。自主节能管理可以有效缓解高性能计算机系统管理的复杂性和功耗壁垒双重压力。

    服务器能效评价技术现状

    服务器系统的发展离不开基准程序测试。按照应用类型，基准测试程序可分为科学计算、商业应用、信息服务等。按照测试关注的对象，包括宏观基准测试程序和微观基准测试程序两类。宏观基准测试程序测量服务器系统的总体性能，如NPB包括5个核心程序和3个CFD应用程序，用来测试大规模计算机系统性能；PARKBENCH基于Fortran90和HPF来测试共享或分布共享计算机结构的性能；PMB是由Pallas研究开发的一套综合的MPI基准测试程序集；PmaC是一套测试大规模计算机系统基本性能的正交基准测试程序集；HPCC综合考虑了计算、访存、通信与输入输出性能指标，试图取代传统的LinpackBenchmark成为TOP500排序的依据。微观基准程序测量服务器系统某个特定方面的性能，如CPU速度、存储器速度、I/O速度、操作系统性能和网络性能等，如Linpack侧重于系统浮点峰值运算能力的测试。目前已提出和正在使用的基准程序组已超过100多个。

    当前在服务器能效评价标准及技术方面，主要有如下几种评价方式：SPECpower_ssj2008

    国际标准性能评估机构（SPEC）发布了SPECpower_ssj2008,这是业界第一项用于评测系统级别服务器的与运算性能相关的功耗基准测试工具，其测试模型如下图1所示。SPEC设计的SPECpower_ssj2008不仅可以作为一项指标来比较不同服务器之间能耗和性能，还可作为提高服务器效率的工具集来使用。SPECpower_ssj2008可以评估服务器系统在10%负载的待机模式到100%满负载状况下的功耗数据，测试的负载为典型的服务器端的JAVA商业应用程序。负载可扩展，多线程，可以在不同的操作环境间移植。

     运行在SUT（System Under Test）上的负载SSJ（Server Side Java）是一个模拟标准三层客户-服务器架构的java实现。SSJ包含JVM  Instance和JVM Director,JVM Instance包含三层：Threads(tier1)，Business Logic(tier2)和Ware houses(tier3)。JVM Director和实际负载同时运行，它的主要作用是控制负载上的JVM实例；与CCS通信，接受和分发来自CCS的命令；收集负载数据并向CCS报告。

• 第1页：节能技术现状
• 第2页：节能技术发展趋势

• 第3页：世界节能标准与中国能效评价标准展望

（编辑：ASP站长网）