GB/T 41779-2022 高性能計算機系統(tǒng)能效測試方法（正式版）

ICSCCS35.020高性能計算機系統(tǒng)能效測試方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T41779—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國信息技術標準化技術委員會(SAC/TC28)提出并歸口。本文件起草單位：曙光信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司、曙光數(shù)據(jù)基礎設施創(chuàng)新技術(北京)股份有限公能中心、北京亦莊智能城市協(xié)同創(chuàng)新研究院有限公司、國家電網(wǎng)公司信息通信分公司、阿里云計算有限改革委員會能源研究所、中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院、中科賽能(北京)科技有限公國石油天然氣股份有限公司吉林石化數(shù)據(jù)中心分公司、中國建設銀行股份有限公司、北京納源豐科技發(fā)展有限公司、聯(lián)想(北京)信息技術有限公司、曙光數(shù)創(chuàng)電子設備科技發(fā)展(青島)有限公司、北京通和實益電信科學技術研究所有限公司、建信金融科技公司、山東正云信息科技有限公司、北京林業(yè)大學。1GB/T41779—2022高性能計算機系統(tǒng)能效測試方法算機系統(tǒng)能效水平的參數(shù)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T32910.3—2016數(shù)據(jù)中心資源利用第3部分：電能能效要求和測量方法3術語和定義3.13.23.3管理節(jié)點managementnode負責管理軟件運算的基礎計算單元。3.4計算節(jié)點computingnode負責浮點數(shù)值運算的基礎計算單元。3.53.63.7冷卻子系統(tǒng)coolingsubsystem高性能計算機系統(tǒng)(3.1)中負責提供計算機工作環(huán)境制冷的子系統(tǒng)。2GB/T41779—20223.8FLOPS每秒所執(zhí)行的浮點運算次數(shù)。注：用于評價高性能計算機系統(tǒng)計算能力。3.9tion維持高性能計算機系統(tǒng)(3.1)正常運行所消耗的所有電能總和。3.10高性能計算機系統(tǒng)能效HPCEE高性能計算機系統(tǒng)(3.1)的實測每秒浮點運算次數(shù)(3.8)與同一時段內系統(tǒng)相應總電能消耗量之比。3.11LU分解LUfactorization在線性代數(shù)中矩陣分解的一種，將一個矩陣A分解為一個單位下三角矩陣L和一個上三角矩陣U下列縮略語適用于本文件。GPU:圖形處理器(GraphicsProcessingUnit)MIC:多重整合核心架構(ManyIntegratedCore)5HPCEE統(tǒng)一般由管理節(jié)點、計算節(jié)點組成。計算節(jié)點包括普通計算節(jié)點(如刀片式服務器)和加速計算節(jié)點(如含GPU、MIC等的服務器)。高性能計算機節(jié)點數(shù)應大于或等于10個節(jié)點，宜在50個節(jié)點以上，節(jié)點高性能計算機系統(tǒng)能效測試應包括該系統(tǒng)的計算能力測試和相應系統(tǒng)耗電量測試兩部分。高性能計算機系統(tǒng)計算能力通過FLOPS來衡量。計算能力應選取適當?shù)能浖y試程序對高性能計算機系統(tǒng)的整體浮點運算性能進行測試。高性能計算機系統(tǒng)能效通過HPCEE來衡量，HPCEE為系統(tǒng)計算能力與相應耗電量之比，其計算公式見公式(1):HPCEE=R/P……(1)式中：R——實測每秒浮點運算次數(shù)的值；HPCEE——高性能計算機系統(tǒng)能效。36測試環(huán)境高性能計算機系統(tǒng)在進行能效測試時，應滿足如下環(huán)境條件：a)溫度：18℃~40℃;b)相對濕度：35%～80%(不應結露);7計算能力測試框架7.1測試方案設計高性能計算機系統(tǒng)的計算能力應通過采用高斯消元法求解一元N次稠密線性代數(shù)方程組的方法進行測試。應選取適當?shù)能浖y試程序對高性能計算機系統(tǒng)的整體浮點運算性能進行測試。軟件測試程序應通過采用高斯消元法求解一元N次稠密線性代數(shù)方程組以評估整體浮點運算性能。具體測試方案如下：a)使用隨機數(shù)初始化得到一元N次稠密線性代數(shù)方程組Ax=b;b)指定方程組按公式(2)計算得出求解方程組總浮點運算次數(shù)； (2)式中：N—元N次稠密線性代數(shù)方程組的次數(shù)；M——該方程組的總浮點運算次數(shù)。c)按照7.2的架構設計要求編寫程序對方程組求解，并記錄總求解時間t;d)用總浮點運算次數(shù)M除以總求解時間t,即可得到系統(tǒng)的FLOPS。7.2求解程序架構設計高性能計算機系統(tǒng)計算能力測試程序可按照此框架設計要求自行編寫。測試程序應包含如卜內容：a)初始化測試程序應使用隨機數(shù)初始化得到一元N次稠密線性代數(shù)方程組Ax=b,依據(jù)公式(2)計算得到總浮點運算次數(shù)M并記錄。b)方程組求解測試程序應采用高斯消元法，求解初始化后的一元N次稠密線性代數(shù)方程組Ax=b。求解過程應分為兩個步驟，分別是：將維度為N的矩陣A進行LU分解和求解三角系統(tǒng)。1)LU分解應分為以下步驟：●將矩陣A分解如公式(3):…(3)NB),L1和L?為下三角矩陣，U1和U?2為上三角矩陣?！駥⒐?3)進行分解計算得：4GB/T41779—2022 ●將公式(5)變換得到：…………(8)●將公式(6)變換得到： ●將公式(7)變換得到：A?2—L?1×U?2=L?2×U?2 注：測試程序設計可將矩陣A進行適當分塊，并分布至高性能計算機系統(tǒng)的不同的計算節(jié)點，進行分布式LU2)求解三角系統(tǒng)應分為以下步驟：LUx=b (11)Ly=b…………(12)●求解三角系統(tǒng)公式(12),得到線性代數(shù)方程組的解x,即完成一元N次稠密線性代數(shù)方程組Ax=b的整體求解過程。c)測試時間記錄與FLOPS結果輸出測試程序應記錄高性能計算機系統(tǒng)對方程組求解的總時間t,用總浮點運算次數(shù)M除以總求解時間t計算得到系統(tǒng)的FLOPS并輸出。測試運行要求如下：a)進行高性能計算機系統(tǒng)能效測試應采用雙精度浮點進行計算；b)計算能力測試應連續(xù)進行5輪，每輪測試結果及相關信息應按照8.2c)一元N次稠密線性代數(shù)方程組計算規(guī)模N應使得每輪測試實際求解計算時間≥30min。注：高性能計算機系統(tǒng)計算能力測試程序亦可選用TOP500高性能計算機排名所使用的線性系統(tǒng)軟件包(Lin-pack)。8.1概述高性能計算機系統(tǒng)能效測試是在系統(tǒng)運行計算能力測試程序的同時，使用電能計量儀表對高性能計算機系統(tǒng)的能耗進行同步測量和記錄。5GB/T41779—2022測試設備要求如下：a)電能測試儀表精度要求應符合GB/T32910.3—2016中7.2的要求；b)溫度計的測試精度不大于0.5℃,測試范圍為一50℃~100℃;c)濕度計的測試精度不大于2%,測試范圍為0%～100%。高性能計算機系統(tǒng)總電能消耗測試點應位于圖1中測試點高性能計算機系統(tǒng)總電能消耗測試點應位于圖1中測試點A。市電網(wǎng)絡子系統(tǒng)存儲子系統(tǒng)切換開關管理子系統(tǒng)冷卻子系統(tǒng)其他輔功設備備用發(fā)電機配電系統(tǒng)計算子系統(tǒng)高性能計算機系統(tǒng)電能消耗測試過程如下。度。判斷測試環(huán)境是否滿足測試條件。按照9.1的要求記錄空載能耗。b)計算能力測試：設定求解計算過程所需的方程組規(guī)模N并記錄，執(zhí)行計算能力測試程序對高性能計算機系統(tǒng)FLOPS進行測量，記錄測試開始及結束時間以及該時段內系統(tǒng)所消耗的c)重復進行步驟b)計算能力測試5次，記錄每輪相應測試結果。在HPCEE測試過程中，記錄系統(tǒng)進行計算能力測試的計算時長和相應系統(tǒng)電能消耗。記錄的示例見表A.1。高性能計算機系統(tǒng)的公式(1)中參數(shù)R應為計算能力測試程序輸出結果。通過表B.1中平均功率P和實測值R,按照公式(1)計算可得HPCEE數(shù)值。9披露要求6行一次時長為30min的系統(tǒng)空載能耗測試，空載功率記錄表參照附錄A進行記錄。9.2測試效率Rmax=芯片主頻×單指令周期浮點操作數(shù)×核心數(shù) 7GB/T41779—2022(資料性)測試記錄表格示例表A.1HPCEE測試記錄表測試次序測試程序計算規(guī)模N開始時間點結束時間點計算時長s實測電能消耗kW·h平均功率PWFLOPS實測值RHPCEER/P第1次第2次第3次第4次第5次注：計算時長為結束時間點與開始時間點的時間差。平均功率為系統(tǒng)電能消耗與計算時長之比。狀態(tài)開始時間點結束時間點空載時長S系統(tǒng)能耗系統(tǒng)功率W測試