GB/T 41779-2022 高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試方法（正式版）

ICSCCS35.020高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試方法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T41779—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(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(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新技術(shù)(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(guó)家電網(wǎng)公司信息通信分公司、阿里云計(jì)算有限改革委員會(huì)能源研究所、中國(guó)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(guó)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(guó)建設(shè)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(shù)有限公司、曙光數(shù)創(chuàng)電子設(shè)備科技發(fā)展(青島)有限公司、北京通和實(shí)益電信科學(xué)技術(shù)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(xué)。1GB/T41779—2022高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試方法算機(jī)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(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(cè)量方法3術(shù)語(yǔ)和定義3.13.23.3管理節(jié)點(diǎn)managementnode負(fù)責(zé)管理軟件運(yùn)算的基礎(chǔ)計(jì)算單元。3.4計(jì)算節(jié)點(diǎn)computingnode負(fù)責(zé)浮點(diǎn)數(shù)值運(yùn)算的基礎(chǔ)計(jì)算單元。3.53.63.7冷卻子系統(tǒng)coolingsubsystem高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3.1)中負(fù)責(zé)提供計(jì)算機(jī)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(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。注：用于評(píng)價(jià)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力。3.9tion維持高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3.1)正常運(yùn)行所消耗的所有電能總和。3.10高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效HPCEE高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3.1)的實(shí)測(cè)每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)(3.8)與同一時(shí)段內(nèi)系統(tǒng)相應(yīng)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(gè)矩陣A分解為一個(gè)單位下三角矩陣L和一個(gè)上三角矩陣U下列縮略語(yǔ)適用于本文件。GPU:圖形處理器(GraphicsProcessingUnit)MIC:多重整合核心架構(gòu)(ManyIntegratedCore)5HPCEE統(tǒng)一般由管理節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成。計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括普通計(jì)算節(jié)點(diǎn)(如刀片式服務(wù)器)和加速計(jì)算節(jié)點(diǎn)(如含GPU、MIC等的服務(wù)器)。高性能計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)大于或等于10個(gè)節(jié)點(diǎn)，宜在50個(gè)節(jié)點(diǎn)以上，節(jié)點(diǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試應(yīng)包括該系統(tǒng)的計(jì)算能力測(cè)試和相應(yīng)系統(tǒng)耗電量測(cè)試兩部分。高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力通過FLOPS來(lái)衡量。計(jì)算能力應(yīng)選取適當(dāng)?shù)能浖y(cè)試程序?qū)Ω咝阅苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體浮點(diǎn)運(yùn)算性能進(jìn)行測(cè)試。高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效通過HPCEE來(lái)衡量，HPCEE為系統(tǒng)計(jì)算能力與相應(yīng)耗電量之比，其計(jì)算公式見公式(1):HPCEE=R/P……(1)式中：R——實(shí)測(cè)每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)的值；HPCEE——高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效。36測(cè)試環(huán)境高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行能效測(cè)試時(shí)，應(yīng)滿足如下環(huán)境條件：a)溫度：18℃~40℃;b)相對(duì)濕度：35%～80%(不應(yīng)結(jié)露);7計(jì)算能力測(cè)試框架7.1測(cè)試方案設(shè)計(jì)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力應(yīng)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(jìn)行測(cè)試。應(yīng)選取適當(dāng)?shù)能浖y(cè)試程序?qū)Ω咝阅苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體浮點(diǎn)運(yùn)算性能進(jìn)行測(cè)試。軟件測(cè)試程序應(yīng)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(píng)估整體浮點(diǎn)運(yùn)算性能。具體測(cè)試方案如下：a)使用隨機(jī)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(jì)算得出求解方程組總浮點(diǎn)運(yùn)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(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。c)按照7.2的架構(gòu)設(shè)計(jì)要求編寫程序?qū)Ψ匠探M求解，并記錄總求解時(shí)間t;d)用總浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)M除以總求解時(shí)間t,即可得到系統(tǒng)的FLOPS。7.2求解程序架構(gòu)設(shè)計(jì)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力測(cè)試程序可按照此框架設(shè)計(jì)要求自行編寫。測(cè)試程序應(yīng)包含如卜內(nèi)容：a)初始化測(cè)試程序應(yīng)使用隨機(jī)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(jì)算得到總浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)M并記錄。b)方程組求解測(cè)試程序應(yīng)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(yīng)分為兩個(gè)步驟，分別是：將維度為N的矩陣A進(jìn)行LU分解和求解三角系統(tǒng)。1)LU分解應(yīng)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(jìn)行分解計(jì)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(cè)試程序設(shè)計(jì)可將矩陣A進(jìn)行適當(dāng)分塊，并分布至高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行分布式LU2)求解三角系統(tǒng)應(yīng)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(cè)試時(shí)間記錄與FLOPS結(jié)果輸出測(cè)試程序應(yīng)記錄高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)方程組求解的總時(shí)間t,用總浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)M除以總求解時(shí)間t計(jì)算得到系統(tǒng)的FLOPS并輸出。測(cè)試運(yùn)行要求如下：a)進(jìn)行高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試應(yīng)采用雙精度浮點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；b)計(jì)算能力測(cè)試應(yīng)連續(xù)進(jìn)行5輪，每輪測(cè)試結(jié)果及相關(guān)信息應(yīng)按照8.2c)一元N次稠密線性代數(shù)方程組計(jì)算規(guī)模N應(yīng)使得每輪測(cè)試實(shí)際求解計(jì)算時(shí)間≥30min。注：高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算能力測(cè)試程序亦可選用TOP500高性能計(jì)算機(jī)排名所使用的線性系統(tǒng)軟件包(Lin-pack)。8.1概述高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試是在系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)算能力測(cè)試程序的同時(shí)，使用電能計(jì)量?jī)x表對(duì)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行同步測(cè)量和記錄。5GB/T41779—2022測(cè)試設(shè)備要求如下：a)電能測(cè)試儀表精度要求應(yīng)符合GB/T32910.3—2016中7.2的要求；b)溫度計(jì)的測(cè)試精度不大于0.5℃,測(cè)試范圍為一50℃~100℃;c)濕度計(jì)的測(cè)試精度不大于2%,測(cè)試范圍為0%～100%。高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總電能消耗測(cè)試點(diǎn)應(yīng)位于圖1中測(cè)試點(diǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總電能消耗測(cè)試點(diǎn)應(yīng)位于圖1中測(cè)試點(diǎn)A。市電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)存儲(chǔ)子系統(tǒng)切換開關(guān)管理子系統(tǒng)冷卻子系統(tǒng)其他輔功設(shè)備備用發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)計(jì)算子系統(tǒng)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電能消耗測(cè)試過程如下。度。判斷測(cè)試環(huán)境是否滿足測(cè)試條件。按照9.1的要求記錄空載能耗。b)計(jì)算能力測(cè)試：設(shè)定求解計(jì)算過程所需的方程組規(guī)模N并記錄，執(zhí)行計(jì)算能力測(cè)試程序?qū)Ω咝阅苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)FLOPS進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)試開始及結(jié)束時(shí)間以及該時(shí)段內(nèi)系統(tǒng)所消耗的c)重復(fù)進(jìn)行步驟b)計(jì)算能力測(cè)試5次，記錄每輪相應(yīng)測(cè)試結(jié)果。在HPCEE測(cè)試過程中，記錄系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算能力測(cè)試的計(jì)算時(shí)長(zhǎng)和相應(yīng)系統(tǒng)電能消耗。記錄的示例見表A.1。高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的公式(1)中參數(shù)R應(yīng)為計(jì)算能力測(cè)試程序輸出結(jié)果。通過表B.1中平均功率P和實(shí)測(cè)值R,按照公式(1)計(jì)算可得HPCEE數(shù)值。9披露要求6行一次時(shí)長(zhǎng)為30min的系統(tǒng)空載能耗測(cè)試，空載功率記錄表參照附錄A進(jìn)行記錄。9.2測(cè)試效率Rmax=芯片主頻×單指令周期浮點(diǎn)操作數(shù)×核心數(shù) 7GB/T41779—2022(資料性)測(cè)試記錄表格示例表A.1HPCEE測(cè)試記錄表測(cè)試次序測(cè)試程序計(jì)算規(guī)模N開始時(shí)間點(diǎn)結(jié)束時(shí)間點(diǎn)計(jì)算時(shí)長(zhǎng)s實(shí)測(cè)電能消耗kW·h平均功率PWFLOPS實(shí)測(cè)值RHPCEER/P第1次第2次第3次第4次第5次注：計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為結(jié)束時(shí)間點(diǎn)與開始時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差。平均功率為系統(tǒng)電能消耗與計(jì)算時(shí)長(zhǎng)之比。狀態(tài)開始時(shí)間點(diǎn)結(jié)束時(shí)間點(diǎn)空載時(shí)長(zhǎng)S系統(tǒng)能耗系統(tǒng)功率W測(cè)試