CPU 24/7 Unternehmensmagazin

Dabei gilt es aber zu beachten, dass die Rechenperformance
und Kundenprozesse nicht beeinträchtigt
werden dürfen. Auf der Hardware-Seite testen wir
verschiedene Komponenten sowie dessen Kombinationen
auf das Verhältnis von Energieeffizienz
und Performance. Eine entsprechende Aufrüstung
neuer effizienterer Hardwarekomponenten ist dann
der nächste Schritt. Damit einher geht die Verbesserung
der Cluster-Performance durch Einsatz
innovativer Hardware wie z.B. durch Intel ® Xeon
Phi Co-Prozessoren. Das bedeutet, Berechnungen
können schneller durchgeführt werden und die
Zeiten hoher Last werden minimiert, was auch im
Sinne unserer Kunden ist. Die Effizienz-Kontrolle
solcher neuer Techniken geschieht durch regelmäßige
Energiemessungen in Kombination mit Performance-Benchmarks
wie HPCC oder NPB.
Ist die Umsetzung in naher Zukunft realisierbar?
Die theoretischen Grundlagen zum Thema Green-
IT im HPC-Bereich sind vorhanden und können in
praktische Lösungen umgesetzt und ggf. optimiert
und weiterentwickelt werden. Mit der Implementierung
können wir also sofort beginnen.
Was sind Trends für die Zukunft? In welche Richtung
entwickelt sich Green-IT?
Die gängigen DPM-Lösungen werden sich stetig
weiterentwickeln und verbessern. Dazu kommt
die Entwicklung weiterer energieeffizienter Hardwarekomponenten,
wie bspw. bei Intel ® . Die Cluster-Performance
wird sich durch den Einsatz von
Techniken und Architekturen wie GPGPU oder
Intel ® Xeon Phi erhöhen. Ein weiterer Trend ist die
Nutzung von Abwärme von Clustern zur Erzeugung
von Heizenergie und Warmwasser für Büroräume
o.ä..
„Innerhalb der Computergemeinschaft
lebt man nach der
Grundregel, die Gegenwart
sei ein Programmfehler, der
in der nächsten Ausgabe
behoben sein wird.
“
— Clifford Stoll
Senkung des Energieverbrauchs und/oder Minimierung
der Laufzeit von Anwendungen
Ansätze und Lösungen speziell für den HPC-Bereich
werden in der Literatur bereits stark diskutiert. Dabei
kann die Energieeffizienz auf zwei Wegen verbessert werden:
einerseits durch die Senkung des Energieverbrauchs
sowie andererseits durch die Minimierung der Laufzeit von
Anwendungen. Durch den effektiveren Einsatz von Hardware
und Technik kommt es zu einer Verbesserung der
Performance.
„Es können bspw. innovative höchstparallele Hardwarekomponenten
wie GPUs oder Co-Prozessoren eingesetzt werden.
Network-Bottlenecks können während des HPC-Betriebs
z.B. durch den Einsatz von InfiniBand vermieden werden. Ein
verbessertes Mapping bzw. Scheduling von Anwendungen auf
Cluster-Elementen trägt ebenfalls dazu bei, die Performance
zu erhöhen.“
Static und Dynamic Power Management
Zwei Ansätze sind das Static Power Management (SPM)
und das Dynamic Power Management (DPM). Bei SPM
geht es um den Einsatz energieeffizienterer Hardware,
dem gegenüber stehen aber oft sehr hohe Investitionskosten.
DPM bezeichnet hingegen die Steuerung eines
Clusters in Abhängigkeit von seinen gerade benötigten
Ressourcen. Dazu zählen Ansätze des DVFS (Dynamic
voltage and frequency scaling) und des Load Balancings.
DVFS wird eingesetzt, um den Energieverbrauch zur Laufzeit
von Nutzeranwendungen dynamisch zu regulieren. Die
Konzentration liegt dabei vorwiegend auf Komponenten,
die sehr viel Strom verbrauchen, also vor allem auf CPUs
und Speicherelementen. DVFS hat allerdings den Nachteil,
dass Einsparungen beim Energieverbrauch oftmals auf
Kosten der Performance gehen. Dies bedeutet, dass sich
die Laufzeit der Anwendungen erhöht. Load Balancing wird
hingegen eingesetzt, um die Verteilung von Workloads und
Jobs auf die Cluster-Knoten zu regeln. Dadurch verbessert
sich die Ressourcen-Ausnutzung im Cluster.
„Weiterhin wird darauf geachtet, dass die Überlastung einzelner
Elemente vermieden wird, wenn gleichzeitig andere
Elemente nur wenig oder gar nicht ausgelastet sind. Bei
einem geringen Workload können einzelne Knoten in
den Stand-by-Modus gesetzt oder komplett abgeschaltet
werden“, so Unger.
Weitere Vorteile durch verbesserte Energieeffizienz
Die Erhöhung der Energieeffizienz in IT-Unternehmen hat
noch einen weiteren positiven Nebeneffekt. Die Zuverlässigkeit
der Systemkomponenten verbessert sich, wodurch zur
Verbesserung der Energieeffizienz einer hohen Wärmeentwicklung
in Clustern vorgebeugt werden kann. Fakt ist, Berechnungen
bei hohen Temperaturen sind fehleranfälliger.
Ein Wärmeanstieg von 10 Grad Celsius hat eine Verdopplung
der Fehleranfälligkeit zur Folge. Daher sollten Berechnungen
stets bei geringeren Temperaturen durchgeführt
werden. Durch die geringere Wärmeentwicklung im Cluster
kann wiederum auch Energie bei der Kühlung der Komponenten
gespart werden. Systemlüfter können mit geringeren
Drehzahlen laufen und verbrauchen so weniger Strom.
Klimaanlagen können ggf. herunter reguliert werden.
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