Caracterización de prestaciones y análisis consumo energético en un procesador ARM Thunder X2

Abstract

[ES] En la actualidad, la eficiencia energética es de gran importancia en todo tipo de dispositivos, desde servidores hasta supercomputadores, pasando por ordenadores de escritorio. En este contexto, en los últimos años, los sistemas basados en la arquitectura ARM, tradicionalmente relegados a sistemas móviles y empotrados, han ganado una mayor cuota de mercado en nichos copados por procesadores basados en la arquitectura x86. Esta irrupción se debe a que los procesadores ARM de altas prestaciones ofrecen una mayor eficiencia energética que la competencia.

El presente trabajo persigue caracterizar comportamientos típicos de las aplicaciones y analizar las correlaciones entre diversas métricas de prestaciones y consumo energético, con el objetivo de servir de ayuda en el diseño de nuevas propuestas de planificación centradas en procesadores ARM.

La principal conclusión del análisis de los resultados indica que la eficiencia energética, en términos de prestaciones por vatio, y la escalabilidad de las aplicaciones están altamente ligadas a las prestaciones de los núcleos. Así, las aplicaciones que sufren una menor degradación de prestaciones debido a la contención por los recursos compartidos son también las que alcanzan una mayor eficiencia en el consumo energético, además de una mayor escalabilidad. Los resultados también ponen de manifiesto la importancia de elegir qué tipos de aplicaciones se ejecutan simultáneamente, pues las mejores prestaciones se obtienen combinando aplicaciones con distinto grado de escalabilidad. Sin embargo, si se prioriza el consumo de energía y el compromiso entre el consumo de energía y el tiempo de finalización de las aplicaciones, combinar aplicaciones con una escalabilidad similar es la mejor opción.

[EN] Nowadays, energy efficiency is of great importance in all types of devices, from servers to supercomputers, including desktop computers. In this context, in recent years, systems based on the ARM architecture, traditionally relegated to mobile and embedded systems, have gained a greater market share in niches dominated by processors based on the x86 architecture. This breakthrough is due to the fact that high-performance ARM processors offer greater energy efficiency than the competition.

The present work aims to characterize typical behaviors of applications and analyze the correlations between various performance metrics and energy consumption in order to provide assistance in the design of new scheduling proposals focused on ARM processors.

The main conclusion of the analysis of the results indicates that the energy efficiency, in terms of performance per watt, and the scalability of the applications are highly related to the performance of the cores. Thus, the applications that suffer less performance degradation due to contention by shared resources are also those that achieve greater efficiency in energy consumption, as well as greater scalability. The results also show the importance of choosing which types of applications run simultaneously, since the best performance is obtained by combining applications with different degrees of scalability. However, if power consumption and the trade-off between power consumption and application completion time are prioritized, then combining applications with similar scalability is the best option.

[CA] En l’actualitat, l’eficiència energètica és de gran importància en tot tipus de dispositius, des de servidors fins a supercomputadors, passant per ordinadors d’escriptori. En aquest context, en els últims anys, els sistemes basats en l’arquitectura ARM, tradicionalment relegats a sistemes mòbils i integrats, han guanyat una major quota de mercat en nínxols ocupats per processadors basats en l’arquitectura x86. Aquesta irrupció es deu al fet que els processadors ARM d’alt rendiment ofereixen una major eficiència energètica que la competència. El present treball persegueix caracteritzar comportaments típics de les aplicacions i analitzar les correlacions entre diverses mètriques de rendiment i consum energètic per a servir d’ajuda en el disseny de noves propostes de planificació centrades en processadors ARM. La principal conclusió de l’anàlisi dels resultats indica que l’eficiència energètica, en termes de prestacions per watt, i l’escalabilitat de les aplicacions estan altament lligades a les prestacions dels nuclis. Així, les aplicacions que pateixen una menor degradació de prestacions a causa de la contenció pels recursos compartits són també les que aconsegueixen una major eficiència en el consum energètic, a més d’una major escalabilitat. Els resultats també posen de manifest la importància de triar quins tipus d’aplicacions s’executen simultàniament, perquè les millors prestacions s’obtenen combinant aplicacions amb diferent grau d’escalabilitat. No obstant això, si es prioritza el consum d’energia i el compromís entre el consum d’energia i el temps de finalització de les aplicacions, combinar aplicacions amb una escalabilitat similar és la millor opció.