Energooszczędne rozwiązania do systemów obliczeniowych o wysokiej wydajności

Wraz z niesłabnącym rozwojem gospodarki cyfrowej i coraz szerszym wykorzystywaniem danych przez społeczeństwo, zużycie energii i łagodzenie poważnego oddziaływania na środowisko stały się jednymi z kluczowych wyzwań współczesnej techniki komputerowej, zarówno jeżeli chodzi o bezprzewodowe, wbudowane urządzenia klienckie, jak i centra obliczeniowe o wysokiej wydajności (HPC).

Wypełnianie luki

Partnerzy trzyletniego projektu EXCESS, którego realizację zaplanowano do końca sierpnia 2016 r., podjęli wyzwanie z zamiarem uporania się – jak informują – z brakiem holistycznych, zintegrowanych podejść obejmujących wszystkie warstwy systemu, od sprzętu po oprogramowanie użytkownika, a także z ograniczeniami, jakie w ten sposób powstają w wykorzystywaniu istniejących rozwiązań i ich energooszczędności. Zespół rozpoczął prace od przeanalizowania miejsc utraty efektywności energetycznej. Uzbrojeni w tę wiedzę naukowcy opracowali szkielet, który powinien umożliwić szybki rozwój energooszczędnego oprogramowania.

„Kiedy rozpoczynaliśmy ten program badawczy brakowało bez wątpienia narzędzi i modeli matematycznych, które wspomagałyby inżynierów w programowaniu w sposób energooszczędny, a także w abstrakcyjnym rozumowaniu na temat mocy oprogramowania i jego funkcjonowania pod względem energii” – zauważył Philippas Tsigas, profesor inżynierii komputerowej z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers i koordynator projektu EXCESS. „Holistyczne podejście projektu opiera się łącznie na komponentach sprzętowych i programistycznych, co umożliwia programiście podejmowanie na wczesnym etapie decyzji dotyczących architektury z uwzględnieniem kwestii energetycznych. Tego typu podejścia pozwalają poczynić większe oszczędności energii niż te poprzednie, w których optymalizacja zużycia energii przez oprogramowanie często była kolejnym krokiem, już po napisaniu aplikacji”.

Partnerzy projektu podjęli istotne działania na rzecz wyposażenia programistów i projektantów systemów w zestaw narzędzi i modeli do programowania w energooszczędny sposób. W zestawie narzędzi znalazły się całkowicie nowe, energooszczędne komponenty sprzętowe, takie jak platforma Movidius Myriad oraz zaawansowane, efektywne biblioteki i algorytmy.

Testy przeprowadzone na agregacji dużych strumieni danych – operacja wykorzystywana powszechnie w analityce danych w czasie rzeczywistym – przyniosły imponujące wyniki. Korzystając ze szkieletu EXCESS, programista jest w stanie zapewnić 54 razy bardziej energooszczędne rozwiązanie w porównaniu do standardowego wdrożenia na wysokiej klasy procesorze PC. Holistyczne podejście EXCESS prezentuje najpierw korzyści sprzętowe, wykorzystując wbudowany procesor, a następnie pokazuje najlepszy sposób na rozdzielenie obliczeń wewnątrz procesora, aby jeszcze bardziej podnieść wydajność.

Energooszczędne wbudowywanie na potrzeby HPC

Movidius, partner projektu EXCESS, i projektanci procesorów wizji z platformy Myriad włączyli technologię i metodologię opracowane w ramach projektu do swojej standardowej oferty zestawu do opracowywania sprzętu i oprogramowania. Jeżeli chodzi o wbudowane procesory, to następuje stopniowa migracja cech klasy HPC do platform wbudowanych.

Szybki rozwój autonomicznych pojazdów, takich jak samochody i drony, systemów wspomagania jazdy, a także ogólny rozwój robotyki na potrzeby gospodarstw domowych (na przykład odkurzacze i kosiarki do trawy) zaowocował przeniesieniem różnych algorytmów widzenia komputerowego na platformy wbudowane. Tradycyjnie algorytmy te były opracowywane na wysoko wydajnych komputerach stacjonarnych i systemach HPC, co utrudniało ich ponowne wdrożenie w systemach wbudowanych.

Kolejny problem polegał na tym, że algorytmy nie były opracowywane z uwzględnieniem energooszczędności. Partnerom projektu EXCESS udało się jednak stworzyć i ukierunkować metody opracowywania narzędzi i oprogramowania, tak aby wspomagać przenoszenie aplikacji HPC do środowiska wbudowanego w energooszczędny sposób.

Więcej informacji:
witryna projektu