Green Data Analytics of Supercomputing from Massive Sensor Networks: Does Workload Distribution Matter?

计算机科学 工作量 超级计算机 高效能源利用 能源消耗 分布式计算 Petascale计算 操作系统 生态学 生物 电气工程 工程类
作者
Zhiling Guo,Jin Li,Ram Ramesh
出处
期刊:Information Systems Research [Institute for Operations Research and the Management Sciences]
卷期号:34 (4): 1664-1685 被引量:2
标识
DOI:10.1287/isre.2023.1208
摘要

Energy costs represent a significant share of the total cost of ownership in high-performance computing systems. Using a unique data set collected by massive sensor networks in a petascale national supercomputing center, we first present an explanatory model to identify key factors affecting energy consumption in supercomputing. Our analytic results show that workload distribution among the nodes has significant effects and could effectively be leveraged to improve energy efficiency. We then establish the high model performance using in-sample and out-of-sample analyses and develop prescriptive models for energy-optimal runtime workload management. We present four dynamic resource management methodologies (packing, load balancing, threshold-based switching, and energy optimization), model their application at two levels (within-rack and cross-rack resource allocation), and explore runtime resource redistribution policies for jobs under the computational steering and comparatively evaluate strategies that use computational steering with those that do not. Our experimental results lead to a threshold strategy that yields near-optimal energy efficiency under all workload conditions. We further calibrate the energy-optimal resource allocations over the full range of workloads and present a bi-criteria evaluation to consider energy consumption and job performance tradeoffs. We conclude with implementation guidelines and policy insights into energy-efficient computing resource management in large supercomputing centers.

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