1. Calculer plus,
Consommer moins d'énergie
(et gagner plus...;-)
J-F. Méhaut (UJF-INRIA, LIG, PILSI)
Plan : Processeurs multi-coeurs, many-coeurs (Terascale, SCC-Single-Chip Cloud Computer),

2. Intelligence logicielle et maîtrise de la
consommation énergétique
• Optimisation des rendements énergétiques des grands
parcs de PC (intranets, data centers, HPC centers)
– PC utilisé 1/3 du temps (8heures par jour)
– Mise en veille et arrêt automatique des machines hors des périodes
d'utilisation interactive
– PC, imprimante, réseau: 53% de la consommation électrique du
système d'information
• Programmation efficace, sûre et écologique des
processeurs multicoeurs
– Multicoeurs: Placer sur un même composant plusieurs coeurs à fréquence
d'horloge « modérée »
– Parallélisme intégré, nouveaux modèles de programmation et
environnements d'exécution adaptés
– Instructions pour contrôler le fonctionnement du processeur et la
consommation énergétique

3. Technology Trends: Microprocessor Capacity
Moore’s Law
2X transistors/Chip Every 1.5 years
Called “Moore’s Law” Gordon Moore (co-founder of Intel)
predicted in 1965 that the
transistor density of
Microprocessors have semiconductor chips would
double roughly every 18 months.
become smaller, denser,
and more powerful.

4. Limit #1: Power density
Scaling clock speed will not work!
10000 Sun’s
Surface
Rocket
Power Density (W/cm )
1000
Nozzle
Nuclear
100
Reactor
8086
Hot Plate
10 4004 P6
2
8008 8085 386 Pentium®
286 486
8080 Source: Patrick
1 Gelsinger, Intel®
1970 1980 1990 2000 2010
Year

5. Pourquoi des processeurs multicores?
Performance
Performance
Performance
Performance
Consommation
1.0x
Fréquence nominale

6. Over-clocking
Performance
Performance
Performance
1.73x
Performance
Consommation
1.13x
1.0x
Over-clocked Fréquence nominale
+20%

7. Under-clocking
Performance
Performance
Performance
Performance
Consommation
1.0x 0.87x
0.50x
Fréquence nominale Under-clocked
-20%

8. Dual-Core
Energy-Efficient Performance
1.73x Performance
Performance
Performance
Performance
Consommation 1.73x
1.13x
1.0x 1.02x
Over-clocked Fréquence nominale Under-clocked
+20% -20%

9. Gordon Moore a toujours raison…

10. Multicores processors
All Large Core
Mixed Large
and
Small Core
Intel Westmere,
AMD Opteron All Small Core
Intel Larabee, IBM CELL Intel Terascale, SCC, GPU
Goal: Energy Efficient Petascale with Multicores processors
10

11. 11

13. Intel Teraflops Research Chip
100 Million Transistors ● 80 Tiles ● 275mm2
First tera-scale programmable silicon:
– Teraflops performance
– Tile design approach
– On-die 2D mesh network
– Novel clocking
– Power-aware capability
– Supports 3D-stacked memory

14. 14
Overview of the chip
• Purpose: High speed floating point calculations (research chip)
• Tile based
• Network-On-Chip: 2D-Mesh
• Low power consumption

15. Intel Terascale: Fine Grain Power Management
21 sleep regions per tile (not all shown)
Data Memory FP
Sleeping: Engine 1
57% less power
Dynamic sleep
Sleeping:
STANDBY: Instruction 90% less
• Memory retains Memory
Sleeping: power
data 56% less power
• 50% less FP
power/tile Engine 2
Router
Router
FULL SLEEP:
•Memories fully Sleeping: Sleeping:
10% less power 90% less
off (stays on to
•80% less pass traffic)
power
power/tile
Scalable power to match workload demands