高美測儀LMG600系列SPECpower Benchmark數據中心服務(wù)器功耗和能效測量

數據中?的功率性能?業(yè)基準測試——通過(guò)可靠的功率測量實(shí)現

在當今注重能源的世界中，優(yōu)化數據中心的能效已成為IT基礎設施的重點(diǎn)。隨著(zhù)對數據處理需求的增長(cháng)，數據中心消耗了更多的能源，使服務(wù)器運行的能效成為評估現代技術(shù)環(huán)境中服務(wù)器性能的關(guān)鍵因素。因此，有效測量和基準化功耗以?xún)?yōu)化服務(wù)器能效的需求比以往任何時(shí)候都更加迫切。

主題

• 什么是 SPECpower benchmark 和 PTDeamon？

• 服務(wù)器性能和服務(wù)器功率有何不同？

• 功率分析儀如何促進(jìn)SPECpower benchmark測試？

• 有哪些數據中心規劃措施需要考慮？

• 服務(wù)器制造商需要遵守哪些標準？

• 有哪些benchmark基準測量將被執行，如何執行？

• Benchmark基準測試的結果是什么？

挑戰

對于IT經(jīng)理和數據中?運營(yíng)商：

? 低能耗下的高性能（性能/功率比）

? 適當的能力規劃和資源管理

? 基礎設施的低成本和空間要求

? 遵守行業(yè)標準和法規

對于服務(wù)器級的計算機設備制造商：

? 高能效（每瓦運行）

? 產(chǎn)品差異化與市場(chǎng)競爭力

? 設備尺寸小和低噪音

? 低產(chǎn)品成本

? 遵守行業(yè)標準和法規

可以采取各種措施來(lái)提高數據中心基礎設施的每瓦運行。從單個(gè)器件的制造商開(kāi)始，最終延伸到他們的交互和數據中心運營(yíng)中的其他設施。

解決?案

對于IT經(jīng)理和數據中?運營(yíng)商：

? 使用虛擬化技術(shù)和工作負荷整合

? 使用高度優(yōu)化和節能的硬件

? 具有功率上限的能源管理軟件解決方案的操作

對于服務(wù)器級的計算機設備制造商：

? 改進(jìn)的微架構（每個(gè)時(shí)鐘周期的任務(wù)）

? 動(dòng)態(tài)電壓頻率調整（DVFS）

? 電源門(mén)控和時(shí)鐘門(mén)控

? 微調熱效率多核設計

? 優(yōu)化緩存利用率

? 以及更多

如何專(zhuān)業(yè)地提供和驗證這些措施，以克服挑戰？

為了解決上述問(wèn)題，標準性能評估組織（SPEC）開(kāi)發(fā)了SPECpower benchmark等工具，提供了測量服務(wù)器功耗的標準化方法，以提高能源效率。SPECpower benchmark測試及其接口PTDaemon（功率/溫度程序或PTD）通過(guò)了解服務(wù)器在不同負載下的功耗性能以及其他選擇標準，幫助IT經(jīng)理、數據中心運營(yíng)商和設備制造商做出更明智的決策。

概述了如何在SPECpower benchmarking基準測試中使用功率分析儀，特別是我們的LMG600系列，重點(diǎn)介紹確保準確可靠的功率和能量測量的關(guān)鍵功能。

知識點(diǎn)

優(yōu)化能源效率對數據中心和服務(wù)器制造商至關(guān)重要。IT經(jīng)理和數據中心運營(yíng)商專(zhuān)注于虛擬化和節能硬件，而這里使用的設備和裝置的制造商則優(yōu)先考慮高效設計和降低成本。SPECpower  benchmark基準有助于衡量能耗，并支持明智的決策以提高效率。為了做到這一點(diǎn)并提供可靠和準確的基準結果，使用適當的測量?jì)x器（如我們的LMG600功率分析儀系列）進(jìn)行精確的功率測量是其中的一部分。

SPECpower benchmark基準-設置和測量

SPECpower benchmark（第一個(gè)發(fā)布的名為SPECpower_ssj2008）的基本開(kāi)發(fā)目的是規范各種工作負載中服務(wù)器能效的評估。它通過(guò)提供一種結構化的方法來(lái)測量能耗和性能，從而簡(jiǎn)化了比較。

相應的測試平臺設置由四個(gè)主要硬件組件組成：

• SPECpower委員會(huì )批準認可的功率分析儀

• 溫度傳感器

• 作為工作負載的被測系統SUT (System Under Test as workload)

• 相應的控制器

關(guān)鍵的部分是集成精確的功率測量工具，如ZES ZIMMER高美測儀的LMG系列功率分析儀，這些儀器得到了SPECpower功率委員會(huì )的正式支持和認可，是精確功率測量的受批準認可的儀器。我們的功率分析儀在服務(wù)器運行期間提供精確測量的有功功率和能量數據，使數據中心運營(yíng)商和協(xié)會(huì )能夠 更好地了解其服務(wù)器的性能和能源使用情況，最終幫助他們優(yōu)化系統的效率。

圖1.顯示了包含我們的LMG671功率分析儀的典型SPECpower測試設置。

圖1：LMG671功率分析儀與SPECpower benchmark基準測試環(huán)境的集成

在benchmarking基準測試期間，每個(gè)設備都由SPEC的PTDaemon的專(zhuān)用實(shí)例管理。該軟件處理與連接的功率分析儀和傳感器的通信，使被測系統（SUT）能夠專(zhuān)注于運行工作負載任務(wù)。通過(guò)將功率測量加載到 PTDaemon，SUT不會(huì )負擔過(guò)重，從而確保了準確的能耗讀數和可靠的性能數據。

圖2: SERT 2.0.1軟件PTDaemon設置向導的截圖

在SERT Suite的PTDaemon配置中，可以選擇以下幾個(gè)經(jīng)過(guò)認可和測試的ZES ZIMMER高美測儀LMG系列功率分析儀：

LMG671使用專(zhuān)用協(xié)議或串口（RS-232）通過(guò)TCP與PTDaemon通信并交換數據，從而實(shí)現精確控制和數據收集。SPECpower的方法是測量不同負載區域段下的能效，以評估從滿(mǎn)載到空載的各種條件下的服務(wù)器性能。

在每個(gè)階段，都會(huì )采集功耗數據，提供有關(guān)服務(wù)器效率如何隨不同工作負載變化的詳細信息。在SUT上完成的工作稱(chēng)為worklet，可以將多個(gè)worklet分組到一個(gè)工作負載中。SPEC服務(wù)器效率評級工具（SERT）等軟件將多個(gè)worklet集分組到工作負載中?；鶞实?1個(gè)階段將目標負載從100%降低到0%（idle），以考慮空載功率下的能耗。如圖3所示，目標負載利用率的順序以10%的增量從100%降低到0%。

圖 3: 負載利用率區域段, (Su, et al., 2022)

按遞減順序測量這些點(diǎn)，可以將每個(gè)級別的負載變化限制在10%以?xún)?，從而?shí)現更穩定的功率測量。使用遞增順序會(huì )導致從最終校準間隔到第一個(gè)目標負載從100%躍降到10%，并在運行結束時(shí)從100%躍降至空載。

知識點(diǎn)

SPECpower benchmark基準使用結構化方法對跨工作負載的服務(wù)器能效評估進(jìn)行了標準化。

該設置包括功率分析儀、溫度傳感器、被測系統（SUT）和控制器。準確的功率測量是關(guān)鍵，ZES ZIMMER高美測儀的LMG系列功率分析儀等工具可提供精確的測量數據。

PTDaemon管理與功率分析儀的通信，確保SUT處理工作負載時(shí)讀數準確。在不同負載區域段

測量服務(wù)器的功耗，以確定其不同的效率。

工作負載調度、結果采集和測試執行由位于SUT中的Chauffeur框架管理，工作負載在SUT中執行?？刂破骱椭鳈C之間的通信通過(guò)用于同步和數據采集的網(wǎng)絡(luò )接口進(jìn)行。PTDaemon客戶(hù)端API Java模塊，可集成到benchmark基準測試中，以簡(jiǎn)化PTDaemo與benchmark基準測試代碼之間的通信。

在控制器上，控制器組件與SUT上運行的主機通信。每個(gè)邏輯CPU由主機分配一個(gè)客戶(hù)端，通過(guò)關(guān)聯(lián)提供器綁定到CPU。工作負載在客戶(hù)端上按順序運行，通過(guò)運行多個(gè)客戶(hù)端或使用多線(xiàn)程實(shí)現并行性。功率分析儀測量SUT的總功耗，而溫度傳感器則確保環(huán)境條件的一致性，減少溫度波動(dòng)帶來(lái)的不準確。

基準benchmark的操作階段

基準過(guò)程benchmark的測試序列包括三個(gè)主要的操作階段，如圖4所示：

• 預熱: 在預熱階段（W），沒(méi)有記錄功率數據，需要系統穩定，避免瞬態(tài)效應。

• 校準: 校準 (Cal. n, n = 校準迭代)通過(guò)以最大速率生成交易來(lái)確定系統的最大吞吐量

• 測量: 測量階段采集實(shí)際性能（工作負載為每秒操作數-“ssj_ops"）功率測量數據

每個(gè)階段都包括間隔，包括中間測量期、測量前后（PR、PO），以穩定功率和性能指標。

默認測量在校準工作負載的不同級別（即100%、75%、…、25%）進(jìn)行，并保持120秒的持續時(shí)間，但可以根據工作負載進(jìn)行調整。在此期間，每秒采集一次功率和溫度數據，并使用校準結果和目標負載水平計算交易率。

為睡眠（S）階段的負載水平之間存在延遲，這有助于運行后的可視化分析。

在整個(gè)測試過(guò)程中，LMG671功率分析儀不斷測量和記錄功耗，提供詳細的能量使用情況。然而，對于benchmark基準報告，使用了測量期間的平均功耗。所有這些間隔都足夠長(cháng)，可以為一致的功率和性能測量提供足夠的穩定時(shí)間。最終，這根據負載提供了一個(gè)有意義的性能-功率曲線(xiàn)。

圖4: SPECpower benchmark基準的功率測量階段和間隔示例

作為整體工作的輸出，計算平均性能功率比，反映最終benchmark基準的結果。計算包括單個(gè)性能功率比。示例結果列于表2中。計算過(guò)程如下：

表2: SPECpower_ssj2008結果表單示例

可以看出，在單一性能功率比下，SUT的效率從空閑狀態(tài)提高到100%的目標負載，在80%的工作負載下分別達到其最佳比值效率。因此，可以說(shuō)：

SUT每瓦功率產(chǎn)生的ssj_ops越多，SPECpower_ssj2008得分就越高，

因此SUT的效率也就越高！

知識點(diǎn)

SPECpower benchmark基準使用結構化方法對跨工作負載的服務(wù)器能效評估進(jìn)行了標準化。該設置包括功率分析儀、溫度傳感器、被測系統（SUT）和控制器。準確的功率測量是關(guān)鍵，ZES ZIMMER高美測儀的LMG系列功率分析儀等工具可提供精確的測量數據。

PTDaemon管理與功率分析儀的通信，確保SUT處理工作負載時(shí)讀數準確。在不同負載區域段測量服務(wù)器的功耗，以確定其不同的效率。對于每個(gè)目標負載，確定的性能（操作次數）與功率比被平均為最終得分，這指明了SUT的效率。

行業(yè)標準

EN 303 470 標準專(zhuān)為服務(wù)器制造商、測試機構和監管機構而設計，對數據中心運營(yíng)商、IT買(mǎi)家和顧問(wèn)也很有價(jià)值。該標準有助于確保歐盟市場(chǎng)上的產(chǎn)品符合法規（EU）2019/424中規定的生態(tài)設計要求。LMG671在SPECpower基準中提供的測量精度支持EN 303 470的目標，幫助用戶(hù)根據可靠、可測量的能效數據做出明智的決策。

結語(yǔ)

總之，將ZES ZIMMER高美測儀LMG600系列功率分析儀（如LMG671）集成到SPECpower benchmarking基準框架中，為精確評估服務(wù)器能效提供了解決方案。最終，用戶(hù)可以實(shí)現一個(gè)極其重要的結果，相當于將光照射向黑暗，發(fā)現在這個(gè)負載下，SUT達到了很高的效率（性能與功率比），以確保在大多數高效負載下運行。

憑借實(shí)時(shí)數據記錄和靈活的通信接口等先進(jìn)功能，它確保了準確的測量，使其成為專(zhuān)注于優(yōu)化能源使用的數據中心和服務(wù)器制造商的重要工具。通過(guò)使用LMG600系列，用戶(hù)不僅可以滿(mǎn)足EN 303 470等能效標準， 還可以推進(jìn)更廣泛的可持續發(fā)展目標。這將帶來(lái)更好的服務(wù)器性能、更低的能耗和更環(huán)保的IT基礎設施 ——這是遵守法規和提高長(cháng)期效率的關(guān)鍵。

推薦產(chǎn)品

ZES ZIMMER?美測儀 LMG600 系列?精度功率分析儀

行業(yè)應?和功率分析儀功能

• 真有效值RMS測量：

在各種負載條件下進(jìn)行精確的功率測量，確保正確記錄計算機服務(wù)器中的功率變化。

• 很高的測量精度：

最高精度為0.015%讀數，符合SPEC的精度要求。

• ?速數據記錄：

可以通過(guò)通信接口每秒記錄和存儲功率數據，以避免偽造的結果。

• 多帶寬信號并?處理：

支持同時(shí)測量和分析每個(gè)通道的多個(gè)功率頻譜（寬帶寬、窄帶寬、基頻）。

• 符合PTDaemon：

與SPECpower的控制軟件無(wú)縫集成，確保支持最新SPEC PTDaemon版本的benchmarking基準可靠測試。 

• 靈活的通信接?：

為了便于集成到PTDaemon中，支持LAN（千兆以太網(wǎng)）和串口（RS-232）通信，以連接benchmark基準 的控制器系統和LMG功率分析儀。

參考文獻

J. von Kistowski, K.-D. Lange, J. A. Arnold, S. Sharma, J. Pais, and H. Block, "Measuring and Benchmarking Power Consumption and Energy Efficiency," in *ICPE '18: ACM/SPEC International Conference on Performance Engineering Companion*, Berlin, Germany, Apr. 2018, pp. 9. doi: 10.1145/3185768.3185775.