1、绿色IT与高性能计算：优化与节能之道

绿色IT与高性能计算：优化与节能之道

1 引言

在当今数字化时代，计算机技术的发展日新月异，高性能计算（HPC）已经成为科学研究和工业应用的重要工具。然而，随着计算能力的提升，能源消耗问题也日益凸显。为了应对这一挑战，绿色IT高性能计算应运而生，旨在通过优化计算机系统和应用程序，减少能源消耗，提高能源效率。

1.1 书籍的基本目标

绿色IT高性能计算的目标是探索如何在不影响性能的前提下，最大限度地降低计算机系统的能源消耗。这包括根据应用需求调整计算机配置、将应用程序提交到最适合的机器，或通过优化应用程序本身来实现显著的能源节约。例如，通过优化代码结构和数据访问模式，可以显著减少主内存访问次数，进而降低能耗。

1.2 如今一瓦特能获得什么？

近年来，计算机技术的进步带来了更高效的电路，但个人计算机（PC）的能耗在过去十年中大致保持不变，约为200瓦特，而笔记本电脑则为50瓦特。每一步向更密集的VLSI（超大规模集成电路）发展都进一步降低了给定电路的能耗。例如，从45纳米技术到32纳米技术的演进，使得每个节点的能耗显著下降。然而，多核架构的普及在一定程度上抵消了这些节能效果。

1.3 主内存瓶颈

主内存的发展及其对计算机性能的影响不容忽视。从2000年到2010年，每个节点的内存大小从0.5 GB增加到16 GB，但主内存带宽的增长速度不如内存大小的增长。主内存访问在许多应用程序中成为瓶颈，尤其是对于需要高主内存带宽的操作，如稀疏矩阵乘以向量。例如，迭代矩阵求解器基于稀疏矩阵乘以向量（BLAS2）操作，需要每操作一次大约一个操作数的高主内存带宽。

1.4 优化资源使用 <