プロセッサの消費電力測定と低消費電力プロセッサによるクラスタの検討

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  • プロセッサ ノ ショウヒ デンリョク ソクテイ ト テイショウヒ デンリョク プロセッサ ニ ヨル クラスタ ノ ケントウ
  • Measurement of Microprocessor's Power Consumption and Prototyping Low Power Cluster with Low Power Processors

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抄録

近年，マイクロプロセッサの消費電力の上昇は著しいものがあり，クラスタなどにおいて高密度な実装が困難になっている．一方，PDAやノートPCに使用されている低消費電力プロセッサの性能が大きく向上している．我々は，低消費電力プロセッサを用いた高密度なクラスタが高性能と低消費電力であることを期待している．本論文では，Pentium4，XScale，Crusoe，Pentium-Mの消費電力特性を明らかにし，その結果を基に，低消費電力化手法を示した後，実際に低消費電力クラスタを構築し，評価する．消費電力特性を調べるために我々はホール素子を用いた電力測定環境を構築した．その結果，キャッシュの有効利用が電力量を削減するために非常に有効であることが分かった．Crusoeにおいては，動作周波数を固定することにより，大きな性能低下なしに電力量を削減できることが分かった．また，Crusoeからなる低消費電力クラスタのプロトタイプで性能と電力効率を調べた．その結果，単一のPentimu4のような高性能プロセッサを用いるよりも電力的に効率が良くかつ高性能に計算が行えることが分かった．

Recently, the power consumption of high performance processors is rapidly increasing, so that it makes high-density packaging difficult when building compact clusters. On the other hand, the performance of low power processors used for PDA or PC is being improved, rapidly. It is expected that high-density clusters will be realized by using the low power processors for power-aware computing. In this paper, we firstly examine the characteristics of power consumption of Pentium4, XScale, Crusoe and Pentium-M. To measure the actual power consumption, we have built environment by Hall device. We found that the total power consumption can be reduce by optimizing memory access. In Crusoe, while it has DVS facility to control voltage dynamically for power reduction, we found that by controlling clock frequency manually, have a possible to the total power consumption can be reduced without performance loss. And we have built prototyping low power clusters with Transmeta Crusoe TM-5800. We have measured the performance and the power efficiency of this low-power cluster using some parallel benchmarks. The result shows that a low power cluster can achieve a good power efficiency than a single high performance processor such as Pentium4.

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