Nehalemの評価

ハイパースレッディング (HT) の効果を確認 (09.5.12)

はじめに

　現在のHPCの高速化はCPUの並列化により実現されています。これに対してハイパースレッディングの方向性は、1個のCPUコアを仮想的に2個のCPUコアとして機能させ、処理速度は半減しますが、並行処理スループット効率をより高くする技術です。これはHPCでの並列化とは逆方向です。ですからSPEC CFP2006 baseの実施ではハイパースレッドをオフに設定した測定が望まれます。ところが実際のSPEC CFP2006 baseの測定はハイパースレッドをオンにしての実施が趨勢となっています。その理由は、ハイパースレッドをオンにして測定する方がSPECのスコア値が高く計算されるからです。

　幸いにもSGI社が公開している測定結果には、2CPU 8コア機を用いてハイパースレッドをオフにした8ジョブ処理と、ハイパースレッドをオンにした16ジョブ処理のテストの双方が掲載されていました。そのSPEC値を比較すると、ハイパースレッドをオフにした8ジョブ処理よりハイパースレッドをオンにした16ジョブ処理の方が約7%も高いスループット値を示していました。これがSGI社以外のベンターがハイパースレッドをオンに設定した値のみを公開している理由のようです。しかしハイパースレッドをオフにした値にこそ大きな価値がありますから残念なことです。それにしてもSGI社のベンチマーク担当者の見識の高さは光っています。

ハイパースレッディングの効果の検討

　しかし、本当にハイパースレッドをオンに設定した方がHPC計算にとって価値があるのでしょうか。そこで計算機の性能を正確に把握するため、同じ2CPU 8コア機で、1ジョブ処理、8ジョブ処理、16ジョブ処理でのアプリケーション別の処理効率比較を行いました。

「メモリ性能律速型アプリケーション」はハイパースレッドの効果は皆無

　青線の「メモリ性能律速型アプリケーション」は、メモリ性能がスループット量を決定しているため、ハイパースレッドの効果は皆無のようです。

「CPU性能依存型アプリ」や「メモリ/CPU性能依存型アプリ」では10%以上の性能向上

　赤線の「CPU性能律速型アプリケーション」や灰色の「メモリ性能CPU性能律速型アプリケーション」では10%から20%ものスループット量の向上が確認できるアプリケーションがありました。もちろん並列計算を行う場合は、並列化オーバヘッドが増大するため、ハイパースレッドの価値は低下します。

ハイパースレッドのHPC用途は限定的

　ハイパースレッドが力を発揮する用途は、基本的には対話型の共同利用環境を構成する場合で、かつ利用するアプリケーションがハイパースレッドに適していることがポイントとなります。

SPEC CFP2006より引用した基データ

	SPEC CFP2006 Rates (並行処理性能)		SPEC CFP2006 Base (単体コア性能)
製品	8200EX	8200EX	8200EX
CPU	Xeon	Xeon	Xeon
製造プロセス	45nm	45nm	45nm
CPU番号	X5570	X5570	X5570
CPU クロック (GHz)	2.93	2.93	2.93
チップセット	5520	5520	5520
DDR3 メモリ (MHz)	1066 48GB	1066 48GB	1066 48GB
OS	Linux	Linux	Linux
コンパイラ	Intel11	Intel11	Intel11
CPU 数	2	2	2
コア数/CPU	4	4	4
総コア数	8	8	8
投入ジョブ数	16	8	1
SPEC値経過時間(秒)	181	169	37.0
bwaves	1268	617	165
gamess	1566	771	801
milc	937	507	243
zeusmp	712	400	276
gromacs	581	317	302
cactusADM	855	502	66.8
leslie3d	1232	613	323
namd	699	432	407
dealII	641	384	328
soplex	1001	496	278
povray	319	189	181
calculix	567	301	290
GemsFDTD	1568	789	268
tonto	773	412	374
lbm	2107	1018	289
wrf	858	428	274
sphinx3	1611	864	451

SPEC CFP2006で利用されている浮動小数点演算アプリケーションの一覧。
(公開されているSPEC CFP2006より転記しています。)
bwaves (Fortran) : Computational Fluid Dynamics
gamess (Fortran) : Quantum chemical computations
milc (C) : Physics/Quantum Chromodynamics
zeusmp (Fortran) : Physics/Magnetohydrodynamics
gromacs (Fortran and C) : Chemistry/Molecular Dynamics
cactusADM (Fortran and C) : Physics/General Relativity
leslie3d (Fortran) : Computational Fluid Dynamics
namd (C++) : Classical Molecular Dynamics Simulation
dealII (C++) : Adaptive Finite Element Method
soplex (C++) : Simplex Linear Program (LP) Solver
povray (C++) : Computer Visualization
calculix (Fortran and C) : Structural Mechanics
GemsFDTD (Fortran) : Computational Electromagnetics
tonto (Fortran) : Quantum Crystallography
lbm (C) : Computational Fluid Dynmaics
wrf (Fortran and C) : Weather Forecasting
sphinx3 (C) : Speech Recognition
資料
利用されているアプリケーションの詳細説明へリンク
 All SPEC CFP2006 Results Published by SPEC
All SPEC CFP2006 Rates Results Published by SPEC
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【SPEC CPU2006の公開データを資料として引用】

SPEC, SPECint and SPECfp are resistered trademarks of the Standard Performance Evaluation Corporation. For more information on this SPEC benchmarks see www.spe.org. SPEC and the benchmark name SPEC CPU2006 are registered trademarks of the Standard Performance Evaluation Corporation. Competitive benchmark results stated above reflect results published on www.spec.org as of April 03, 2009. The comparison presented above is based on the best performing 2-cpu servers currently shipping by SGI. For the latest SPEC CPU2006 benchmark results, visit http://www.spec.org/cpu2006/