موضوع مقاله: عملکرد به ازای توان مصرفی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # عملکرد به ازای توان مصرفی | مقدمه: به بیاناین معیار نشان می‌دهد یک کامپیوتر به ازای هر وات توان مصرفی میزان پردازش آن چه مقدار است. | ## بخش 1: عملکرد به ازای توان مصرفی | این معیار، معمولا با استفاده از بنچمارک LINPACK اندازه‌گیری می‌شود تا امکان مقایسه سیستم‌های محاسباتی فراهم باشد. در نتیجه نسبت سرعت پردازش به توان الکتریکی مورد نیاز، مفیدتر از سرعت پردازش خام است.D. برای اندازه‌گیری عملکرد، معمولا از واحدهایی مثل FLOPS یا MIPS استفاده می‌شود و یا از امتیاز یک بنچمارک مشخص کمک می‌گیرند. برای توان مصرفی هم روش‌های مختلفی وجود دارد؛ بعضی توان الکتریکی ورودی به دستگاه را در نظر می‌گیرند، و بعضی دیگر کل توان لازم برای کارکرد سیستم مثل تجهیزات جانبی را هم حساب می‌کنند. معمولاً مقدار توان به‌صورت میانگین توان مصرفی هنگام اجرای یک بنچمارک گزارش می‌شود، ولی در بعضی موارد از معیارهایی مثل بیشترین توان مصرفی یا توان در حالت بیکار هم استفاده می‌شود. در سال‌های ابتدایی عصر کامپیوترها، توان مصرفی در مقایسه با کاری که انجام می‌دادند بسیار پایین بود. برای نمونه، رایانه قدیمی UNIVAC I تنها حدود ۰٫۰۱۵ کار را در هر وات‌ثانیه انجام می‌داد؛ این در حالی بود که تقریباً ۱۹۰۰ عمل در ثانیه پردازش می‌کرد اما نزدیک به ۱۲۵ کیلووات برق لازم داشت. در مقابل، پردازنده‌های جدید مثل تراشهٔ چند‌هسته‌ای Fujitsu FR-V که در حدود سال ۲۰۰۵ معرفی شد، با تنها ۳ وات توان، چیزی در حد ده ها میلیارد عمل در ثانیه انجام می‌دهد. بنابراین سیستمی که برای یک کار مقدار وات کمتری لازم داشته باشد، برای خنک‌ماندن هم احتیاج کمتری به خنک‌کننده ها خواهد داشت. مصرف انرژی پایین‌ترتأثیرات منفی زیست‌محیطی را هم کمتر می‌کند (نگاه کنید به محاسبات سبز). در محیط‌هایی که کنترل دما محدود است، رایانه‌های کم‌مصرف معمولا در دمای پایین‌تری کار می‌کنند و این موضوع باعث افزایش پایداری می‌شود. در محیط‌هایی که دما کنترل‌شده است، همچنین کم‌شدن مصرف مستقیم انرژی می‌تواند هزینه خنک‌سازی را هم کاهش دهد. | ## بخش 2: عملکرد به ازای توان مصرفی | از آنجایی که یک وات در واقع یک ژول در هر ثانیه است، می‌توان این نسبت را به صورت تعداد عملیات به‌ازای هر ژول انرژی هم بیان کرد. به عبارتی، این معیار نشان می‌دهد با یک واحد انرژی، یک سیستم چه مقدار کار واقعی انجام می‌دهد. FLOPS به ازای هر وات یکی از رایج‌ترین معیارها برای سنجش توان در سیستم‌های محاسباتی است. معمولا در حوزه‌ی محاسبات علمی و شبیه‌سازی‌هایی استفاده می‌شود که حجم زیادی محاسبات عددی انجام می‌دهند. هر دو سیستم در مرکز RIKEN قرار داشتند و بیش از ۶۶۷۳ مگافلاپس به ازای هر وات عملکرد ارائه می‌دادند. در پروژهٔ تحقیقاتی Tera-Scale اینتل، یک پردازندهٔ ۸۰ هسته‌ای آزمایشی تولید شد که بازدهی آن به ۱۶ هزار مگافلاپس بر وات می‌رسید. بازده در GPU پردازنده‌های گرافیکی در سال‌های اخیر مصرف انرژی‌شان بیشتر شده، به‌همین خاطر باید از روش‌های هوشمند برای کنترل مصرف انرژی آن‌ها استفاده شود. معیارهایی مثل امتیاز 3DMark2006 به ازای هر وات می‌تواند برای مقایسه‌ی بازده برخی GPUها مفید باشد، اما لزوماً نشان‌دهنده مصرف واقعی در استفاده‌های معمولی نیست. در GPUهای جدید، میزان انرژی مصرفی یکی از محدودیت‌های اصلی برای رسیدن به قدرت پردازشی بالاتر است. معماری GPU معمولاً مقیاس‌پذیر طراحی می‌شود تا بتوان چند تراشه را روی یک کارت یا حتی چند کارت را در کنار هم به‌کار گرفت. در نهایت توان مصرفی و گرمای تولیدشده تعیین می‌کند که سیستم تا چه حد می‌تواند به عملکرد اوج برسد. از آن‌جا که GPUها برای پردازش‌های عمومی هم به‌کار می‌روند، عملکرد آن‌ها را هم مانند CPU می‌توان با معیارهایی مثل FLOPS به ازای هر وات سنجید. | ## بخش 3: عملکرد به ازای توان مصرفی | چالش ها با این که توان پردازشی بر واحد وات معیار مهمی برای سنجیدن بهره‌وری سیستم‌هاست، اما همیشه تصویر کامل را نشان نمی‌دهد. بعضی وقت‌ها تولیدکننده‌ها با تکیه روی این شاخص، افزایش واقعی مصرف انرژی را پنهان می‌کنند. مثلا ممکن است نسل جدید یک GPU از نظر نسبت عملکرد به توان بهتر شده باشد، اما چون خودِ توان مصرفی همچنان بالا می‌رود، در عمل باز هم دستگاه انرژی زیادی می‌بلعد. از طرف دیگه، تست‌هایی که مصرف انرژی را در شرایط پرفشار اندازه می‌گیرند، همیشه شبیه استفاده معمول کاربران نیستند. خیلی از کامپیوترها بیشتر زمانشان را در حالت بی‌کار، کارهای سبک یا نمایش ساده‌ی تصویر می‌گذرانند. به همین دلیل، راندمان سیستم در حالت‌های سبک هم به اندازه‌ی حالت‌های سنگین اهمیت دارد. بعضی بخش‌ها مثل رگولاتورهای ولتاژ، پاور یا برخی کارت‌های گرافیک وقتی گرم‌تر می‌شوند، بازدهی‌شان پایین می‌آید و همین باعث بالاتر رفتن مصرف انرژی می‌شود. همچنین باید توجه کرد که این معیار تنها مصرف لحظه‌ای دستگاه را می‌سنجد و به هزینه‌های چرخه‌ی عمر آن توجهی ندارد. تولید و از رده خارج شدن سخت‌افزارهای کامپیوتری انرژی‌بر است و بخش قابل توجهی از اثرات محیط‌زیستی همین‌جا اتفاق می‌افتد. حتی انرژی لازم برای خنک‌کردن محیطی که دستگاه در آن کار می‌کند معمولاً در این محاسبات دیده نمی‌شود، در حالی که می‌تواند قابل توجه باشد. این معیار هم‌زمان سه عامل فضا، توان مصرفی و کارایی سیستم را در نظر می‌گیرد و در ساده‌ترین حالت به‌صورت نسبت «عملکرد» به «قدرت مصرف‌شده × فضای اشغال‌شده» تعریف می‌شود. | ## جمع‌بندی | در اینجا عملکرد معمولاً با یک بنچمارک استاندارد سنجیده می‌شود و «فضا» هم ابعاد فیزیکی یا حجم سخت‌افزار است.