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Para HPC energéticamente eficiente, menos es más

Hola otra vez. Yo soy Simón Sánchez y hoy te voy a hablar sobre Para HPC energéticamente eficiente, menos es más

El voltaje cercano al umbral, o NTV, tiene el potencial de reducir significativamente los requisitos de energía para el procesamiento de alto rendimiento. Esto se está volviendo particularmente importante para las supercomputadoras más grandes, que ya están en el ámbito de los megavatios múltiples y se espera que alcancen decenas de megavatios en la era de la exaescala.

Intel demostró recientemente sus capacidades NTV en ISSCC 2012, utilizando un microprocesador x86 con solo 2 milivatios de potencia. La compañía ha publicado tres documentos de hallazgos, que han sido analizados y discutidos en un artículo en Real World Technologies de David Kanter.

El voltaje de umbral es el voltaje requerido para generar un mínimo de corriente a través de un transistor. Intel descubrió que el uso más eficiente de energía sería ejecutar un circuito cerca de su voltaje de umbral, que es la cantidad necesaria para encender un transistor.

Hay un par de cosas intrínsecamente complicadas acerca de operar a un voltaje tan bajo. La primera es limitar dI / dt, la extraña forma matemática de expresar el cambio en la corriente a lo largo del tiempo. Los picos o caídas rápidos en la corriente, especialmente aquellos que ocurrirían como resultado de que un transistor en particular cayera accidentalmente por debajo del umbral, pueden crear errores de cálculo.

Idealmente, todos los transistores deberían crearse por igual. Sin embargo, estadísticamente, debido a que a veces hay miles de millones de transistores en un chip determinado, algunos funcionarán peor que otros.

Otro desafío a superar es la pérdida de potencia resultante. La potencia disponible es proporcional al cuadrado de la tensión, de modo que una reducción del 10% en la tensión conduce a una reducción del 19% en la potencia. Si bien este voltaje reducido sería una excelente manera de aumentar la eficiencia, también sería una excelente manera de garantizar que su CPU no tenga el jugo que necesita para ejecutar lo que necesita.

Además, NTV reduce significativamente la frecuencia. «El núcleo Pentium de 32 nm», dijo Kanter sobre un núcleo que ejecuta NTV, «aumentó la eficiencia en aproximadamente 5 veces, funcionando a poco menos de 100 MHz. La frecuencia máxima fue de 915 MHz, por lo que el rendimiento absolutos han disminuido en aproximadamente un orden de magnitud «.

Como señala, NTV no sería práctico para CPU de propósito general, ya que generalmente se usan para aplicaciones que esperan un rendimiento razonable de un solo subproceso. Por lo que requieren los voltajes más altos necesarios para impulsar relojes más rápidos. Por otro lado, HPC y su entorno informático masivamente paralelo podrían beneficiarse enormemente de NTV.

«Según nuestro análisis de estos documentos», escribió Kanter, «las técnicas de cálculo de voltaje cercano al umbral son más aplicables a cargas de trabajo altamente paralelas. En general, NTV es la solución ideal para cargas de trabajo HPC y HPC. funciona muy bien para gráficos, pero no para CPU genéricas «.

Debido a que HPC está altamente paralelizado y requiere mecanismos de respaldo y seguridad durante un cálculo, puede soportar las consecuencias de una sola salida de transistor. Además, no se espera que los cálculos de HPC ocurran ni cerca en tiempo real, lo que hace que la disminución de la frecuencia sea un problema menor. Esto es especialmente cierto en los aceleradores de «rendimiento» como el GPGPU de Intel y el Xeon Phi, que naturalmente tienen una frecuencia limitada debido a su gran cantidad de núcleos.

Existe la sensación de que esta tecnología se desarrolló para favorecer específicamente la HPC en lugar de hacerlo accidentalmente. Esto no solo lo insinúan los propios periódicos de Intel, sino que también lo apoyan indirectamente las personas que financian los periódicos, especialmente el gobierno de Estados Unidos. «Quizás lo más significativo», escribió Kanter, «las subvenciones del gobierno de EE. UU. Generalmente se enfocan en áreas de interés nacional. Los gráficos simplemente no son vitales para el país, mientras que HPC es una herramienta crítica para los departamentos. de Defensa, Energía y cualquier número de agencias de inteligencia «.

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