Fujitsu Laboratories Ltd. vient d’annoncer avoir développé une technologie qui permet de calculer précisément l’énergie consommée par les logiciels en cours d’exécution sur les serveurs, pour permettre un suivi et une programmation efficaces de l’énergie consommée. Les serveurs équipés de processeurs Intel comprennent un mécanisme de commande de puissance nommé RAPL (Running Average Power limit) qui permet de mesurer la consommation d’énergie pour le processeur dans son ensemble.

Jusqu’à présent il n’était pas possible de calculer l’énergie nécessaire pour exécuter un logiciel sur une base cœur par coeur, de sorte qu’il a était difficile d’adopter une approche logicielle pour mesurer la consommation d’énergie des logiciels exécutés. Fujitsu Laboratories a développé une technologie qui utilise les informations qui peuvent être suivies au niveau individuel, tels que les cycles d’horloge et les pourcentages de cache-hit, pour estimer la consommation d’énergie en détail, jusqu’au moindre module de programme.

Cela rend la programmation d’un processus plus efficace, contribuant ainsi à la fois la consommation d’énergie globale du serveur et, en utilisant mieux l’énergie disponible, d’améliorer les performances du logiciel. Les détails de cette technologie ont été présentés aux ateliers sur le traitement parallèle, distribuée et coopératif 2015 (SWoPP 2015), à Beppu, préfecture d’Oita, le 4 Août dernier.

Un niveau de consommation énergétique critique

Au fur et à mesure de l’augmentation des volumes d’échelle et de transformation des systèmes tels que les centres de données et des supercalculateurs, leur consommation d’énergie augmente également. Par exemple, dans le cas d’un superordinateur à haute performance, la consommation d’énergie atteint environ 18 mégawatts. Selon un rapport publié par le ministère des Affaires intérieures et des Communications japonais (1), les datacenters japonais consomment une moyenne de 7,72 milliards de kWh par an. Compte tenu de ces niveaux de consommation élevés, il est nécessaire de réduire la consommation globale d’énergie.

Les problèmes à résoudre

Une façon de réduire la consommation d’énergie est l’utilisation de matériel économe en énergie. Une autre est de réduire l’énergie requise pour exécuter des programmes sur les serveurs. Une condition préalable pour programmer cette efficacité énergétique est d’améliorer la compréhension de l’énergie consommée par les logiciels existants. Les serveurs équipés de processeurs Intel comprennent un mécanisme de commande de puissance appelée RAPL (2) qui peut être utilisé pour mesurer la consommation d’énergie pour le CPU dans son ensemble. L’apport des développements de Fujitsu est d’être capable d’analyser la consommation d’énergie au niveau de fonctionnement le plus bas du logiciel, à savoir au sein de chaque cœur du processeur. Cela a jusqu’ici rendu difficile d’obtenir une image détaillée des besoins énergétiques du logiciel.

La technologie en détail

Fujitsu Laboratories a développé une méthode analytique qui peut faire des estimations précises des besoins énergétiques du logiciel (Figure 1). Cette technologie présente les caractéristiques suivantes:

1. Analyse détaillée – elle effectue une analyse détaillée des besoins en énergie du logiciel en utilisant la distribution d’énergie basés sur des indices de performance. Combinant des mesures prises au niveau de chaque cœur de processeur tels que les cycles d’horloge et les pourcentages de cache-hit, l’algorithme mis au point par Fujitsu Laboratories permet d’obtenir des indices de performance avec un haut degré de corrélation avec la consommation d’énergie. En répartissant la consommation totale d’énergie du processeur dans chaque cœur selon les valeurs de l’indice calculé par cœur de processeur, il devient possible d’obtenir une image détaillée de la consommation d’énergie sur une base de module de programme.

2. Calcul de l’information énergétique – Les types de mesures utilisés comme indices de performance pour chaque cœur de processeur permettent la mesure d’informations à la milliseconde près. Le calcul de l’information de l’énergie impose un surcoût d’environ seulement 1% du total, ce qui signifie que la mesure n’a pas d’incidence significative les performances. En outre, l’échantillonnage fin permet d’obtenir une image très précise de l’énergie requise pour exécuter un logiciel donné.

Premiers résultats encourageants

Cette technologie promet d’aider les développeurs de logiciels à affiner leur logiciel pour les besoins énergétiques afin de réduire la consommation globale des serveurs et, en utilisant la puissance de secours et en augmentant le parallélisme, d’améliorer les performances du logiciel.

Après les serveurs, les datacenters

Fujitsu Laboratories procède à des tests de réduction de l’énergie nécessaire pour exécuter les logiciels avec l’objectif d’une mise en œuvre pratique de cette technologie courant 2016. Fujitsu cherche également à appliquer cette technologie dans ses propres datacenters, dans le but d’analyser plus en détail la consommation d’énergie afin d’améliorer l’efficacité énergétique des datacenters.

[1] Rapport du Ministère des affaires et des communications internes Voir «Rapport du Groupe d’étude sur la politique de TIC pour freiner le réchauffement climatique», publié en Avril 2008 par le ministère des Affaires intérieures et des Communications japonais.

[2] RAPL (Running Average Power limit), un mécanisme de contrôle et de mesure de la puissance électrique au sein des processeurs Intel.