【摘要】：隨著高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展,如何降低功耗、提高計(jì)算機(jī)的效能,越來越受到人們的關(guān)注。針對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的效能問題,采用可重構(gòu)思想,提出一種基于主動(dòng)認(rèn)知決策的高效能模型。該模型不斷感知應(yīng)用任務(wù)的實(shí)時(shí)狀態(tài),并對(duì)應(yīng)用狀態(tài)和當(dāng)前應(yīng)用結(jié)構(gòu)做出評(píng)估決策,通過主動(dòng)重構(gòu)應(yīng)用結(jié)構(gòu)來達(dá)到降低系統(tǒng)能耗和提高效能的目的。為了驗(yàn)證模型的有效性,搭建了原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了視頻拷貝檢測(cè)和口令恢復(fù)兩個(gè)應(yīng)用,并采用真實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)流量統(tǒng)計(jì)曲線模擬負(fù)荷。結(jié)果表明,基于該模型構(gòu)建的應(yīng)用能夠提高系統(tǒng)的效能,在上述環(huán)境下,與傳統(tǒng)方法相比,效能提高了58%。
【圖文】：

ＣＰＵ和非ＣＰＵ處理單元的比例可以自由調(diào)整。理論上，當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)ＣＰＵ個(gè)數(shù)或ＲＰＵ個(gè)數(shù)的其中一個(gè)為０時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將退化為一致的；當(dāng)ＣＰＵ個(gè)數(shù)和ＲＰＵ個(gè)數(shù)都不為０時(shí)，該節(jié)點(diǎn)為非一致的。在系統(tǒng)層面，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)組成恰好相同時(shí)，系統(tǒng)將退化為一致的；反之，系統(tǒng)是非一致的。因此，從這個(gè)角度上說，ＵＮＮＳ和ＮＮＵＳ只是３ＮＳ的特殊情況。需要指出的是，盡管圖１和本文實(shí)驗(yàn)平臺(tái)僅使用了可重構(gòu)ＦＰＧＡ作為異構(gòu)設(shè)備，但實(shí)際上３ＮＳ也可以包含其它類型的異構(gòu)設(shè)備。圖２給出了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體架構(gòu)。原型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中一共包含了１５個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們又被分為２類：１０個(gè)通用處理節(jié)點(diǎn)（ＣＰＮ）和５個(gè)混合可重構(gòu)處理節(jié)點(diǎn)（ＨＲＰＮ）。使用ＩＢＭ的Ｘ３６５０Ｍ３商用服務(wù)器作為ＣＰＮ，每臺(tái)機(jī)器包含一個(gè)ＸｅｏｎＸ５６５０２．６６ＧＨｚ的６核處理器，２＊４ＧＢ的內(nèi)存，并配備２個(gè)Ｉｎｔｅｌ的４端口以太網(wǎng)千兆網(wǎng)卡Ｉ３５０－Ｔ４和一個(gè)Ｉｎｔｅｌ萬兆網(wǎng)卡８２５９９ＥＢ。在ＨＲＰＮ中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含１個(gè)Ａｔｏｍ處理器、４個(gè)ＸｉｌｉｎｘＶｉｒｔｅｘ－６ＸＣ６ＶＬＸ５５０ＴＦＰＧＡ芯片。Ａｔｏｍ處理器配備２ＧＢ內(nèi)存。每個(gè)ＦＰＧＡ配備了獨(dú)立的３＊８ＧＢ的內(nèi)存、１個(gè)Ｉｎｔｅｌ萬兆網(wǎng)卡８２５９９ＥＢ。節(jié)點(diǎn)內(nèi)ＦＰＧＡ通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的ＧＴＸ＊４進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)間處理單元采用ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)千兆以太網(wǎng)進(jìn)行管理控制。Ａｔｏｍ處理器與ＦＰＧＡ通過Ｊｔａｇ菊花鏈的方式連接。圖２原型平臺(tái)架構(gòu)３高效能

６０３３６００３１０．１５１５００．２０７ＨＲＰＮ＼字典８７４６４１９３６００６１３２０．２３２３０２６．６６ＨＲＰＮ＼窮舉２８８３６１３７３６００８０１００．１９１９０４２．１５４．３集群平均性能和效能為了測(cè)試在不同系統(tǒng)規(guī)模下，高效能模型對(duì)兩種應(yīng)用任務(wù)性能和效能的影響，設(shè)計(jì)了視頻拷貝檢測(cè)、口令恢復(fù)字典模式和口令恢復(fù)窮舉模式分別在ＣＰＮ節(jié)點(diǎn)規(guī)模為２、４、６、８、１０和ＨＲＰＮ節(jié)點(diǎn)規(guī)模為１、２、３、４、５時(shí)的３０種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。測(cè)試結(jié)果分別如圖４、圖５所示�？梢钥闯�，，ＣＰＮ集群的性能并不是單個(gè)節(jié)點(diǎn)最大性能的倍數(shù)，與最大性能的倍數(shù)相差較多，這主要是由ＣＰＮ節(jié)點(diǎn)重構(gòu)時(shí)間較長(zhǎng)和處理速度較慢造成的。ＨＲＰＮ集群的少量性能損失主要是因?yàn)樨?fù)荷發(fā)送模型導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)在某段時(shí)間處于“饑渴”狀態(tài)，沒有發(fā)揮出最大性能。對(duì)比表２、圖４和圖５還可得出：（１）當(dāng)處理單元重構(gòu)時(shí)間較短、處理速度較快時(shí)，認(rèn)知決策和系統(tǒng)重構(gòu)取得的效果較好；（２）認(rèn)知決策和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重構(gòu)并沒有損失系統(tǒng)的額外性能；（３）當(dāng)集群規(guī)模達(dá)到一定程度時(shí)，系統(tǒng)性能可以達(dá)到或接近系統(tǒng)的最大性能；（４）認(rèn)知決策和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重構(gòu)對(duì)效能提升明顯，尤其是對(duì)處理節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多的大規(guī)模系統(tǒng)。（ａ）ＣＰＮ節(jié)點(diǎn)性能和效能（ｂ）ＨＲＰＮ節(jié)點(diǎn)性能和效能圖４視頻拷貝檢測(cè)系統(tǒng)的平均性能和效能（ａ）ＣＰＮ節(jié)點(diǎn)性能和效能（ｂ）ＨＲＰＮ節(jié)點(diǎn)性能和效能圖５口令恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)的平均性能和效能４．４動(dòng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)效能對(duì)比主動(dòng)認(rèn)知決策和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重構(gòu)是高效能模型的核心，對(duì)提高系統(tǒng)效能起著關(guān)鍵作用。它們

【參考文獻(xiàn)】

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1 洪學(xué)海;詹劍鋒;樊建平;張志宏;;應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究與發(fā)展[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2007年10期

2 袁博;汪斌強(qiáng);;一種基于構(gòu)件重構(gòu)的路由器能耗細(xì)粒度調(diào)整方法[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2013年07期

3 Hui Dong;Le-Tian Huang;Jun-Shi Wang;Terrence Mak;;Combining Task Scheduling in Power Adaptive Dynamic Reconfigurable System[J];Journal of Electronic Science and Technology;2012年04期

【共引文獻(xiàn)】

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1 呂存璞;葉明;姚志遠(yuǎn);;基于Nios Ⅱ的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路[J];電子設(shè)計(jì)工程;2014年02期

2 段林濤;郭兵;古沐松;蘇長(zhǎng)明;汪海鷹;;基于動(dòng)態(tài)電源管理的智能移動(dòng)終端低功耗方法[J];成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年01期

3 王鵬;孟丹;詹劍鋒;涂碧波;;數(shù)據(jù)密集型計(jì)算編程模型研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2010年11期

4 王之元;楊學(xué)軍;;并行計(jì)算系統(tǒng)度量指標(biāo)綜述[J];計(jì)算機(jī)工程與科學(xué);2010年10期

5 董小社;劉超;王恩東;劉袁;張興軍;;面向GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)的多任務(wù)流編程模型[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2014年07期

6 王彩霞;;基于IEEE802.3az的園區(qū)高效節(jié)能以太網(wǎng)的性能優(yōu)化[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2014年03期

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1 王之元;并行計(jì)算可擴(kuò)展性分析與優(yōu)化[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 史文明;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向取證的安全方法研究[D];武漢大學(xué);2013年

3 顧濤;集群MapReduce環(huán)境中任務(wù)和作業(yè)調(diào)度若干關(guān)鍵問題的研究[D];南開大學(xué);2014年

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1 周佳佳;基于云計(jì)算和免疫計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究[D];東華大學(xué);2012年

2 殷小龍;云計(jì)算環(huán)境下的虛擬機(jī)調(diào)度策略研究[D];南京郵電大學(xué);2014年

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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1 袁博;汪斌強(qiáng);張博;;綠色網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例——可重構(gòu)柔性網(wǎng)絡(luò)[J];電信科學(xué);2011年S1期

2 林闖;田源;姚敏;;綠色網(wǎng)絡(luò)和綠色評(píng)價(jià):節(jié)能機(jī)制、模型和評(píng)價(jià)[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2011年04期

3 徐恪;朱敏;林闖;;互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2012年10期

4 劉嘯濱;郭兵;沈艷;熊冰;王繼禾;伍元?jiǎng)?劉云本;;嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)級(jí)能耗建模方法[J];軟件學(xué)報(bào);2012年02期

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1 ;計(jì)算機(jī)如何做到高效能低能耗[J];硅谷;2012年20期

2 徐金茍;;低能耗藍(lán)牙4.0協(xié)議原理與實(shí)現(xiàn)方法[J];微型電腦應(yīng)用;2012年10期

3 武毅,孫熙琳;清華大學(xué)超低能耗示范樓的能源系統(tǒng)及智能化系統(tǒng)[J];電氣應(yīng)用;2005年05期

4 武毅,孫熙琳;清華大學(xué)超低能耗示范樓的能源系統(tǒng)及智能化系統(tǒng)[J];低壓電器;2005年05期

5 曉慧;;不給空調(diào)添麻煩——低能耗臺(tái)式機(jī)導(dǎo)購[J];電腦知識(shí)與技術(shù)(經(jīng)驗(yàn)技巧);2011年08期

6 黃家祺;盧家賓;;家庭便攜監(jiān)護(hù)設(shè)備的低能耗設(shè)計(jì)[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2012年21期

7 李偉;李文杰;皮立華;;低能耗通信解決方案研究[J];移動(dòng)通信;2012年11期

8 ;歐盟科技人員取得超低能耗技術(shù)突破[J];延邊大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

9 田一鳴;黃友銳;凌六一;;基于低能耗和高數(shù)據(jù)量服務(wù)的WSN節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2008年09期

10 張賓;;淺談綠色化智能建筑的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)[J];工程與建設(shè);2010年04期

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1 薛志峰;;清華大學(xué)超低能耗樓綜合介紹[A];首屆中國制冷空調(diào)工程節(jié)能應(yīng)用新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

2 ;被動(dòng)低能耗房屋(Passive House)[A];住宅建設(shè)的創(chuàng)新/發(fā)展（六）[C];2010年

3 宋志生;;面向?qū)嵤┑牡吞忌鷳B(tài)詳細(xì)規(guī)劃——以低能耗青島信息谷綠色建筑示范園區(qū)專項(xiàng)規(guī)劃為例[A];城市時(shí)代，協(xié)同規(guī)劃——2013中國城市規(guī)劃年會(huì)論文集（14-園區(qū)規(guī)劃）[C];2013年

4 楊巍巍;付林;李輝;耿克成;張世鋼;孫作亮;;清華大學(xué)超低能耗示范樓BCHP系統(tǒng)介紹[A];全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

5 林威;曾劍龍;朱穎心;;超低能耗示范樓新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)試及研究[A];全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

6 胡建東;陳瑾;張建忠;;南京工程學(xué)院低能耗圖書信息中心空調(diào)設(shè)計(jì)[A];全國暖通空調(diào)制冷2008年學(xué)術(shù)年會(huì)資料集[C];2008年

7 Terri Maclachlan;Mark Gammage;Jessica Martin;;低能耗工藝設(shè)計(jì)之低能量乳化技術(shù)[A];2004年中國化妝品學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2004年

8 李敏姝;王海鵬;;基于手持設(shè)備的低能耗人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];第六屆和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議（HHME2010)、第19屆全國多媒體學(xué)術(shù)會(huì)議（NCMT2010）、第6屆全國人機(jī)交互學(xué)術(shù)會(huì)議（CHCI2010）、第5屆全國普適計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議（PCC2010）論文集[C];2010年

9 ;綠色辦公健康更節(jié)能[A];北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

10 龍志陽;;低能耗深井鑿井新裝備[A];煤炭科學(xué)與技術(shù)研究論文集[C];2010年

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1 記者 張莞昀;超低能耗樓：節(jié)能新理念的匯集[N];新清華;2006年

2 宗煥平 王軍;專家建議——北京應(yīng)盡快實(shí)施高舒適低能耗戰(zhàn)略[N];中華建筑報(bào);2002年

3 趙鳳華;我首座超低能耗示范樓在清華落成[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

4 駐山東記者 張運(yùn)科;山東推進(jìn)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑項(xiàng)目建設(shè)[N];中國建材報(bào);2014年

5 本報(bào)記者 姚海棠;低能耗藍(lán)色LED進(jìn)入千家萬戶[N];中國能源報(bào);2014年

6 本報(bào)記者 劉敬彩;以更低能耗創(chuàng)造更高價(jià)值[N];中國化工報(bào);2013年

7 魯汶;山東推廣舒適型低能耗住宅[N];中國環(huán)境報(bào);2006年

8 中國房地產(chǎn)及住宅研究會(huì)人居環(huán)境委員會(huì)副主任 專家組組長(zhǎng) 開彥;高舒適度 低能耗住宅 不是富人專利[N];中國房地產(chǎn)報(bào);2007年

9 王楠;低能耗生態(tài)環(huán)保材料生產(chǎn)基地落戶蕪湖[N];中國建材報(bào);2007年

10 本報(bào)記者　馮永鋒　王慶環(huán);走進(jìn)我國首座超低能耗示范樓[N];光明日?qǐng)?bào);2005年

本文編號(hào)：2554089