Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/34039| Назва: | Дослідження продуктивності та енергоефективності комп'ютерних систем побудованих на основі новітніх процесорів Intel |
| Інші назви: | Study of productive efficiency and power saving of computer systems developed on the latest processors Intel |
| Автори: | Сивуля, Віталій Вікторович Syvulia, Vitalii Viktorovych |
| Приналежність: | ТНТУ ім. І. Пулюя, Факультет комп’ютерно-інформаційних систем і програмної інженерії, Кафедра комп’ютерних наук, м.Тернопіль, Україна |
| Бібліографічний опис: | Сивуля В. В. Дослідження продуктивності та енергоефективності комп'ютерних систем побудованих на основі новітніх процесорів Intel : дипломна робота магістра за спеціальністю „122 — комп’ютерні науки“ / В. В. Сивуля. — Тернопіль : ТНТУ, 2020. — 67 с. |
| Дата публікації: | 20-гру-2020 |
| Дата подання: | 22-гру-2020 |
| Дата внесення: | 19-січ-2021 |
| Країна (код): | UA |
| Місце видання, проведення: | ТНТУ ім. І.Пулюя, ФІС, м. Тернопіль, Україна |
| Науковий керівник: | Матійчук, Любомир Павлович |
| Члени комітету: | Коноваленко, Ігор Володимирович |
| УДК: | 004.31 |
| Теми: | 122 комп’ютерні науки мікропроцесор microprocessor інформаційні технології technology information аналіз продуктивності performance analysis моделювання систем system simulation динамічне маштабування напруги dynamic voltage scaling |
| Короткий огляд (реферат): | У цій кваліфікаційній роботі проведено дослідження продуктивності та енергоефективності комп’ютерних систем, побудованих на основі новітніх процесорів Intel.
В першому розділі проведено огляд літературних джерел за тематикою кваліфікаційної роботи. Основну увагу при цьому спрямовано на процесор Intel Skylake. Розглянуто тенденції процесорів та закон Мура.
Під час виконання другого розділу було здійснено огляд енергоефективності процесора Intel та вплив на продуктивність. Розглянуто ефекти апаратно керованих функцій енергоефективності для процесора Intel. Виконано порівняння поколінь процесорів i3, i5 та i7 від Intel.
Результати третього розділу включають в себе: затримки стану C значно збільшились за покоління процесорів Haswell-EP; механізм, який контролює частоту нестандартних частот, має затримку приблизно 10 мс, і неможливо по-справжньому зафіксувати частоту нестандартних частот до певного рівня; неправильне регулювання для робочих навантажень із використанням 512-бітових широких векторів також відбувається на низьких частотах процесора; дані мають значний вплив на споживання енергії процесора, що спричиняє велику помилку в енергетичних моделях, спираючись лише на інструкції. This qualification examines the performance and energy efficiency of computer systems based on new Intel processors. The first section reviews the literature for thematic qualification work. The main focus is on the Intel Skylake processor. Processor tendencies and Moore's law are considered. During the second section, we reviewed the energy efficiency of the Intel processor and the impact on performance. The effects of efficiently controlled energy efficiency functions for Intel processors are considered. The generations of Intel i3, i5 and i7 processors are compared. The results of the third section include: C state delays increased to increase the generation of Haswell-EP processors; the non-standard frequency control mechanism has a delay of about 10 ms, and it is not possible to truly record the non-standard frequency to a certain level; incorrect adjustment for workloads using 512-bit wide vectors is also displayed on low frequency processors; The data have a significant impact on the consumption of energy processes, which causes a large error in energy models, relying only on instructions. |
| Зміст: | ВСТУП ...6 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ТА ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ ...8 1.1 Енергоефективність та закон Мура ...9 1.2 Багатоядерні процесори з вбудованою графікою ...10 1.3 Огляд основних характеристик новітнього процесора Intel Skylake ... 11 1.3.1 Рішення для тканин, кеш-пам’яті та підсистем пам’яті ...12 1.3.2 Управління живленням ...15 1.3.3 Алгоритми технології Intel Speed Shift ...16 1.3.4 Контроль моніторингу та енергоефективності ...18 1.3.5 Основна мікроархітектура ...20 1.4 Постановка задачі ...23 1.5 Висновки до першого розділу ...23 2 ОСОБЛИВОСТІ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСОРА INTEL ТА ВПЛИВ НА ПРОДУКТИВНІСТЬ ...24 2.1 Функції для максимізації енергоефективності та графіка процесора ... 24 2.2 Покращення продуктивності процесора в порівнянні з попередніми поколіннями ...27 2.3 Архітектура та енергоефективність покоління процесорів Intel Skylake-SP ... 34 2.3.1 Мікроархітектура та механізми енергоефективності ...34 2.3.2 Апаратно керовані P-стани (HWP) ...36 2.3.3 Частота AVX-512 ...37 2.4 Висновки до другого розділу ...38 3 ОБГРУНТУВАННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ПОБУДОВАНИХ НА ОСНОВІ НОВІТНІХ ПРОЦЕСОРІВ INTEL ...39 3.1 Налаштування системи тестування новітніх процесорів ...39 3.2 Час очікування переміщення та поставлена поведінка ACPI ...40 3.2.1 Р-стани ефективності (PCP) ...40 3.2.2 C-стани ...41 3.2.3 Регулювання T-станів ...43 3.3 Неосновний частотний масштаб (UFS)...44 3.4 Механізми обмеження потужності ...47 3.5 Вплив випуску переходів частоти AVX ...49 3.6 Висновки до третього розділу ...52 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ ...53 4.1 Охорона праці. Вимоги електробезпеки до приміщень з ЕОМ ...53 4.2 Безпека в надзвичайних ситуаціях. Вплив виробничого середовища на працездатність та здоров’я користувачів комп’ютерів ...56 4.3 Висновки до четвертого розділу ...59 ВИСНОВКИ ...60 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ...61 ДОДАТКИ |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/34039 |
| Власник авторського права: | © Сивуля Віталій Вікторович, 2020 |
| Перелік літератури: | 1. M. Yuffe et al., “A Fully Integrated Multi-CPU, GPU and Memory Controller 32nm Processor,” Proc. IEEE Int’l Solid-State Circuits Conf., 2011; doi:10.1109/ISSCC.2011.5746311. 2. Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual, Intel, 2016. 3. F. McKeen et al., “Innovative Instructions and Software Model for Isolated Execution,” Proc. 2nd Int’l Workshop Hardware and Architectural Support for Security and Privacy, 2013; doi:10.1145/2487726. 2488368. 4. P. Hammarlund et al., “Haswell: The Fourth-Generation Intel Core Processor, IEEE Micro, vol. 34, no. 2, 2014, pp. 6–20. 5. E. Rotem, “Intel Architecture, Code Name Skylake Deep Dive: A New Architecture to Manage Power Performance and Energy Efficiency,” Intel Developer Forum, 2015. 6. E. Rotem et al., “Energy Aware Race to Halt: A Down to EARtH Approach for Platform Energy Management,” IEEE Computer Architecture Letters, vol. 13, no. 1, 2014, pp. 25–28. 7. A. Yasin, “Software Optimizations Become Simple with Top-Down Analysis Methodology on Intel Microarchitecture, Code Name Skylake,” Intel Developer Forum, 2015. 8. A. Yasin, “A Top-Down Method for Performance Analysis and Counters Architecture,” Proc. IEEE Int’l Symp. Performance Analysis of Systems and Software, 2014; doi:10.1109/ISPASS.2014.6844459. 9. “Here’s How Much Energy All US Data Centers Consume,” DataCenter Knowledge, 27-Jun-2016. [Online]. Available:https://tinyurl.com/y96cy9rb. [Accessed: 03-Oct-2018]. 10. “Intel® 64 and IA-32 Architecture’s Software Developer’s Manual:Vol. 3B,” Intel. [Online]. Available: https://tinyurl.com/y9rcq29c.[Accessed: 19-Mar-2018]. 62 11. R. Hebbar Seethur Raviraj, “Spec CPU2017: Performance, Energy and Event Characterization on Modern Processors,” M.S.E., The University of Alabama in Huntsville, United States -- Alabama, 2018. 12. R. Hebbar S R and A. Milenković, “SPEC CPU2017: Performance, Event, and Energy Characterization on the Core i7-8700K,” in 10th ACM/SPEC International Conference on Performance Engineering, Mumbai, India, 2019. 13. J. Bucek, K.-D. Lange, and J. v. Kistowski, “SPEC CPU2017: Next-Generation Compute Benchmark,” in Companion of the 2018 ACM/SPEC International Conference on Performance Engineering -ICPE ’18, Berlin, Germany, 2018, pp. 41–42. 14. “Intel® CoreTM i7-8700K Processor Product Specifications,” Intel® ARK (Product Specs). [Online]. Available: https://tinyurl.com/ybcw5vc8. [Accessed: 24-Mar-2018]. 15. “SPEC CPU® 2017.” [Online]. Available: https://www.spec.org/cpu2017/. [Accessed: 19-Mar-2018]. 16. G. Papadimitriou, M. Kaliorakis, A. Chatzidimitriou, D. Gizopoulos, P. Lawthers, and S. Das, “Harnessing voltage margins for energy efficiency in multicore CPUs,” in Proc. 50th Annu. IEEE/ ACM Int. Symp. Microarchit., 2017, pp. 503–516. 17. A. Tang, S. Sethumadhavan, and S. Stolfo, “CLKSCREW: Exposing the perils of security-oblivious energy management,” in Proc. 26th Secur. Symp., 2017, pp. 1057–1074. 18. T. Singh et al., “Zen: An energy-efficient high-performance 86 core,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 53, no. 1, pp. 102–114, Jan. 2018. 19. G. Papadimitriou, A. Chatzidimitriou, and D. Gizopoulos, “Adaptive voltage/frequency scaling and core allocation for balanced energy and performance on multicore CPUs,” in Proc. IEEE Int. Symp. High Perform. Comput. Archit., 2019, pp. 133–146. 20. M. Kaliorakis, A. Chatzidimitriou, G. Papadimitriou, and D. Gizopoulos, “Statistical analysis of multicore CPUs operation in scaled voltage conditions,” J. IEEE Comput. Archit. Lett., vol. 17, no. 2, pp. 109–112, Jul.-Dec. 2018. 63 21. G. Papadimitriou, M. Kaliorakis, A. Chatzidimitriou, C. Magdalinos, and D. Gizopoulos, “Voltage margins identification on commercial x86–64 multicore microprocessors,” in Proc. 23rd Int. Symp. On-Line Testing Robust Syst. Des., 2017, pp. 51–56. 22. N. Kim, “Resource and core scaling for improving performance of power-constrained multicore processors,” Mar. 28 2017, US Patent 9,606,842. [Online]. Available: https://www.google.com/patents/ US960684 23. D. Hackenberg, R. Schöne, T. Ilsche, D. Molka, J. Schuchart, and R. Geyer, “An Energy Efficiency Feature Survey of the Intel Haswell Processor,” in IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshop (IPDPSW), 2015, DOI: 10.1109/IPDPSW.2015.70. 24. Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3A, 3B, and 3C: System Programming Guide, Intel, Sep2016, order Number: 325384-060US. [Online]. Available: http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/manuals/64-ia-32-architectures-software-developer-system-programming-manual-325384.pdf 25. R. Schöne, D. Molka, and M. Werner, “Wake-up Latencies for Processor Idle States on Current x86 Processors,” Computer Science – Research and Development, 2014, DOI: 10.1007/s00450-014-0270-z. 26. R. Schöne, T. Ilsche, M. Bielert, D. Molka, and D. Hackenberg, “Software Controlled Clock Modulation for Energy Efficiency Optimization on Intel Processors,” in Proceedings of the 4th International Workshop on Energy Efficient Supercomputing (E2SC), 2016, DOI: 10.1109/E2SC.2016.15. 27. B. Rountree, D. H. Ahn, B. R. de Supinski, D. K. Lowenthal, and M. Schulz, “Beyond DVFS: A First Look at Performance under a Hardware-Enforced Power Bound,” in 2012 IEEE 26th International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops PhD Forum, 2012, DOI: 10.1109/IPDPSW.2012.116. 28. K. Lange, “Identifying Shades of Green: The SPECpower Benchmarks,” Computer, 2009, DOI: 10.1109/MC.2009.84. 64 29. J. Bucek, K.-D. Lange, and J. v. Kistowski, “SPEC CPU2017: Next-Generation Compute Benchmark,” in Companion of the 2018 ACM/SPEC International Conference on Performance Engineering, DOI: 10.1145/3185768.3185771. 30. A. Fog, “The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs: An optimization guide for assembly programmers and compiler makers,” online, Technical University of Denmark, Sep 2018. [Online]. Available: http://agner.org/optimize/microarchitecture.pdf 31. N. Kurd, M. Chowdhury, E. Burton, T. Thomas, C. Mozak, B. Boswell, M. Lal et al., “Haswell: A family of IA 22nm processors,” in IEEE International Solid - State Circuits Conference - (ISSCC), 2014, DOI: 10.1109/ISSCC.2014.6757361. 32. B. Bowhill, B. Stackhouse, N. Nassif, Z. Yang, A. Raghavan, C. Morganti et al., “The xeon® processor e5-2600 v3: A 22nm 18-core product family,” in IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC), 2015, DOI: 10.1109/ISSCC.2015.7062934. 33. Intel 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual, Intel, Apr 2018, order Number: 248966-040. [Online]. Available: https://software.intel.com/sites/default/files/managed/9e/bc/ 64-ia-32-architectures-optimization-manual.pdf 34. S. M. Tam, H. Muljono, M. Huang, S. Iyer, K. Royneogi, N. Satti, R. Qureshi et al., “SkyLake-SP: A 14nm 28-Core Xeon Processor,” in IEEE International Solid - State Circuits Conference - (ISSCC), DOI: 110.1109/ISSCC.2018.8310170. 35. “Intel Xeon Processor Scalable Family Technical Overview,” Jul 2017. [Online]. Available: https://software.intel.com/en-us/articles/ intel-xeon-processor-scalable-family-technical-overview 36. A. Mazouz, A. Laurent, B. Pradelle, and W. Jalby, “Evaluation of CPU Frequency Transition Latency,” Computer Science - Research and Development, 2014, DOI: 10.1007/s00450-013-0240-x. 65 37. “Advanced configuration and power interface (acpi) specification, revision 6.3,” Jan. 2018, online at uefi.org (accessed 2019-03-27). 38. T. Ilsche, R. Schöne, P. Joram, M. Bielert, and A. Gocht, “System Monitoring with lo2s: Power and Runtime Impact of C-State Transitions,” in IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops (IPDPSW), 2018, DOI: 10.1109/IPDPSW.2018.00114. 39. Energy Efficient Servers: Blueprints for Data Center Optimization. D. Hackenberg, R. Oldenburg, D. Molka, and R. Schöne, “Introducing FIRESTARTER: A processor stress test utility,” in International Green Computing Conference (IGCC), 2013, DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IGCC.2013.6604507. 40. T. Ilsche, R. Schöne, M. Bielert, A. Gocht, and D. Hackenberg, “lo2s — Multi-core System and Application Performance Analysis for Linux,” in IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER), 2017, DOI: 10.1109/CLUSTER.2017.116. 41. A. Knüpfer, C. Rössel, D. an Mey, S. Biersdorff, K. Diethelm, D. Eschweiler, M. Geimer et al., “Score-P: A Joint Performance Measurement Run-Time Infrastructure for Periscope, Scalasca, TAU, and Vampir,” in Tools for High Performance Computing 2011, 2012, DOI: 10.1007/978-3-642-31476-6_7. 42. Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів [Електронний ресурс] // Міністерство праці та соціально політики України. – 1998. – Режим доступу до ресурсу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0093-98#Text. 43. Вимоги безпеки під час експлуатації обчислювальної техніки – Київ: Національний технічний університет України КПІ, 2013. – 30 с. 44. Охорона праці в галузі [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://tiphaman.top/book_ohorona-praci-v-galuzi_876/. 45. Правила пожежної безпеки в Україні [Електронний ресурс] // Міністерство внутрішніх справ України. – 2015. – Режим доступу до ресурсу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0252-15#Text. 66 46. Основи охорони праці [Електронний ресурс]. – 2003. – Режим доступу до ресурсу: https://library.if.ua/book/86/6031.html. 47. Варивода К.С. Вплив комп'ютера на психофункціональний стан користувача. // Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет імені Григорія Сковороди. – 10 c. 48. Державні санітарні правила і норми влаштування, утримання загальноосвітніх навчальних закладів та організації навчально-виховного процесу [Електронний ресурс]. – 2001. – Режим доступу до ресурсу: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0063588-01#Text. 49. Вимоги щодо безпеки та захисту здоров'я працівників під час роботи з екранними пристроями [Електронний ресурс]. – 2018. – Режим доступу до ресурсу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0508-18#Text. 50. Бедрій Я. Основи охорони праці користувачів персональних комп’ютерів / Ярослав Бедрій. – Київ: Богдан, 2014. – 144 с. 51. Коцур Н. Безпека життєдіяльності школярів під час роботи з комп'ютерною технікою: Медико-психологічні аспекти / Н. Коцур, Ю. Гріненко. – 2014. – 9 с. 52. Маєвський О. В. Будова та експлуатація ПК : Конспект лекцій / Маєвський О.В., Мацюк О.В., Смакула І.З. — Тернопіль : ПМП ”РОМС-К” , 2010 — 368 с. — ISBN 9665670786. 53. Основи програмування. Курс лекцій для студентів першого рівня вищої освіти за спеціальністю No 121 Інженерія програмного забезпечення/ Уклад.: М.Р. Петрик, О.Ю.Петрик - Тернопіль: ТНТУ 2018- 64 с. 54. Іщук В. І. Сетифікація програмного забезпечення на основі моделі якості / В. І. Іщук, І. О. Боднарчук // Збірник тез доповідей Ⅵ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів „Актуальні задачі сучасних технологій“, 16-17 листопада 2017 року. — Т. : ТНТУ, 2017. — Том 2. — С. 73–74. — (Комп’ютерно-інформаційні технології та системи зв’язку). 67 55. Марценко С. В. Математичне моделювання та статистичні методи обробки даних вимірювань в задачах моніторингу електронавантаження / Марценко С.В. — Тернопіль , 2011 — 20 с. 56. Комп’ютерна система аутентифікації осіб / В. А. Марків, Г. М. Осухівська, Ю. З. Лещишин, А. М. Луцків // Матеріали ⅩⅩ наукової конференції ТНТУ ім. І. Пулюя, 17-18 травня 2017 року. — Т. : ТНТУ, 2017. — С. 90–91. — (Інформаційні технології). 57. Назаревич О. Комп'ютерні технології I CAD-програми в навчальному процесі: проблеми і методика / Назаревич О., Назаревич Б. // Вісник Тернопільського державного технічного університету. — том 14. — с.176-178. 58. Луцків А. М. Архітектури комп'ютерних систем опрацювання великих даних / А. Луцків, В. Діденко // Матеріали Ⅵ науково-технічної конференції „Інформаційні моделі, системи та технології“, 12-13 грудня 2018 року. — Т. : ТНТУ, 2018. — С. 75. — (Комп’ютерні системи та мережі). 59. Харченко О. Г. Розробка та керування вимогами до програмного забезпечення на основі моделі якості / Харченко О.Г., Яцишин В.В. // Вісник Тернопільського державного технічного університету. — том 14. — с.201-207 60. Яцишин В. В. Технологія оцінювання якості WEB-застосувань / Яцишин В.В. // Вісник Тернопільського державного технічного університету. — том 14. — с.132-140 61. Холод Д. М. Проблеми захисту комп’ютерних систем / Д. М. Холод, Г. В. Шимчук // Збірник тез доповідей Ⅵ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів „Актуальні задачі сучасних технологій“, 16-17 листопада 2017 року. — Т. : ТНТУ, 2017. — Том 2. — С. 179–180. — (Комп’ютерно-інформаційні технології та системи зв’язку). |
| Тип вмісту: | Master Thesis |
| Розташовується у зібраннях: | 122 — комп’ютерні науки |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Mag_2020_CHм_Syvulia_V_V.pdf | 1,55 MB | Adobe PDF | Переглянути/відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.
Інструменти адміністратора