Le document traite de l'optimisation de la consommation énergétique des systèmes informatiques, en se concentrant sur l'utilisation de processeurs multi et many-coeurs pour améliorer l'efficacité énergétique. Il aborde également les tendances technologiques, notamment la loi de Moore et les défis liés à la densité de puissance des puces. Enfin, il souligne l'importance de la programmation et de la gestion de l'énergie pour maximiser les performances tout en minimisant la consommation d'énergie.

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