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Xeon(R) (Nehalem Microarchitecture) の基本性能調査をSPEC CFP2006を用いて実施

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SPEC CFP2006を参考にしてXeon(R) (Nehalem)の特性を把握 (09.4.9)

　新しいXeon(R) (Nehalem) の構成の検討では、アプリケーションの特性、CPUクロック速度、メモリ容量、メモリクロック速度について総合的に判断する必要があります。本来はお客様が利用されるアプリケーションについて網羅的なベンチマークテストを行えれば良いのですが、これは容易ではありません。そこで公開されているSPEC CFP2006の結果を用いて計算機の特性を詳しく把握しておけば、個々に確認すべき事柄をピンポイントに絞りこむことができ便利です。このSPEC CFP2006というベンチマークテストは傾向の異なる科学技術計算用のアプリケーションを用い、広範な計算機上でテストした結果が詳細に公開されており、その結果を分析することで多くの情報を得ることができます。

　科学技術計算を目的とするユーザがSPEC CFP2006から得られる情報としては、各アプリケーション別の、CPUクロック別、メモリクロック別でのシングルジョブ性能があります。さらに、最大投入可能ジョブ数でのスループット性能もあります。そこでこれらの情報を直感的に理解していただけるようデータをグラフ化しています。

グラフの作成方法

　公開されている1ジョブ処理のアプリケーション別経過時間と、最大投入可能ジョブ数でのアプリケーション別の経過時間を用いて、2.26GHz CPU 1066MHzメモリを搭載する計算機での値を基準とし、各計算機の上昇率を求め、それを散布図にプロットすることで、アプリケーション別のCPU速度とメモリ速度の効果を一目瞭然に理解できるように作図しました。

CPU性能理想値とメモリ性能理想値

　グラフの中でCPU性能理想値とメモリ性能理想値を補助線として太線で表示しています。以下の「CPU性能律速型アプリケーション」と「メモリ性能律速型アプリケーション」は、この補助線と関係付けるとその特徴が良く判ります。

アプリケーションの特性を色で区分し分布図の理解を助ける

　グラフの中ではアプリケーション別の横線をアプリケーションのメモリ性能への依存傾向別に色分けしており、計算機の特性を俯瞰する際の助けになるようにしています。

(赤色表示)　「CPU性能律速型アプリケーション」
(青色表示)　「メモリ性能律速型アプリケーション」

新Xeon(R) (Nehalem) での計算機選定

　新Xeon(R) (Nehalen) にて、「CPU性能律速型アプリケーション」を利用する場合は、ネットワーク並列計算で利用する場合と、ノード内並列計算で利用する場合について別々に考える必要があります。さらに「メモリ性能律速型アプリケーション」についても考える必要があります。

「CPU性能律速型アプリケーション」かつネットワーク並列計算の場合

　ネットワーク並列計算で利用する場合は、普及型のサーバ用CPUを用い、コア数を増やすし並列計算により絶対性能を追求することをお勧めします。普及型のサーバ用CPUは価格も比較的低い、消費電力も比較的低いなど、並列処理に適した特性を持っています。

「CPU性能律速型アプリケーション」かつノード内並列計算の場合

　ノード内並列計算で利用する場合は、(例えばGaussianなどで利用する場合)、利用できるコア数に制限がありますから、最高クロック速度のCPUを利用することをお勧めします。

「メモリ性能律速型アプリケーション」の場合

　「メモリ性能律速型アプリケーション」を利用する場合は、メモリ性能が支配的なため、最初にメモリクロック速度を決め、次にその範囲内で低めのCPUクロック速度を持つ計算機を選択することで、コストパフォーマンスの良い構成を実現できます。

なお、「メモリ性能律速型アプリケーション」で得られている並列化効率については、「CPU/Core間メモリ競合」を参照してください。このグラフで表記されている図は、各CPU別の複数ジョブ処理の経過時間を、1ジョブ処理の経過時間で割った値で、性能低下率を得ています。この性能低下率はメモリ帯域の不足率と読み替えることができます。すなわち、メモリ帯域が32GB/sの計算機での処理効率が50%の場合は、64GB/sのメモリ帯域が求められていることを示しています。

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	T7500	6026T	6026T	6026T	6026T	6026T	6026T	T7500	6026T	6026T	6026T	6026T	6026T	6026T
CPU	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon	Xeon
製造プロセス	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm	45nm
CPU番号	W5580	X5570	X5560	X5550	X5540	X5530	X5520	W5580	X5570	X5560	X5550	X5540	X5530	X5520
CPU クロック (GHz)	3.20	2.93	2.80	2.66	2.53	2.40	2.26	3.20	2.93	2.80	2.66	2.53	2.40	2.26
チップセット	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520	5520
DDR3 メモリ (MHz)	1333 48GB	1333 24GB	1333 24GB	1333 24GB	1066 24GB	1066 24GB	1066 24GB	1333 48GB	1333 24GB	1333 24GB	1333 24GB	1066 24GB	1066 24GB	1066 24GB
OS	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux	Linux
コンパイラ	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11	Intel11
CPU 数	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
コア数/CPU	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
総コア数	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8
投入 ジョブ数	16	16	16	16	16	16	16	1	1	1	1	1	1	1
経過時間(秒)
bwaves	1165	1181	1188	1188	1359	1361	1364	139	139	140	150	173	174	174
gamess	1462	1555	1643	1702	1835	1929	2072	777	797	831	865	953	1000	1053
milc	821	818	819	821	964	964	968	243	243	247	253	278	286	292
zeusmp	683	704	720	741	817	847	875	282	283	288	297	332	341	352
gromacs	551	579	601	633	667	703	754	292	302	314	327	362	376	396
cactusADM	818	842	855	880	971	1011	1048	64.8	66.3	67.4	70.6	78.2	81.1	84.6
leslie3d	1104	1107	1109	1112	1306	1307	1311	312	284	321	328	365	374	386
namd	662	699	723	765	808	849	910	393	405	424	442	481	506	535
dealII	621	642	658	683	747	774	813	317	325	339	353	387	406	423
soplex	915	940	939	930	1105	1105	1114	273	277	283	291	320	330	340
povray	302	318	331	348	372	388	416	175	181	188	197	216	226	241
calculix	536	567	587	618	661	690	737	280	289	299	311	343	360	378
GemsFDTD	1394	1408	1418	1406	1686	1686	1686	224	225	227	249	259	263	267
tonto	734	751	765	802	895	921	960	365	373	388	405	446	468	492
lbm	1766	1760	1756	1757	2172	2170	2166	253	252	252	252	290	290	290
wrf	792	774	796	799	937	955	949	264	268	275	283	317	327	340
sphinx3	1518	1527	1538	1542	1746	1759	1779	437	453	486	483	540	567	622

 

Nehalem Microarchitectureはメモリ速度については800MHz、1066MHz、1333MHzの３種類の中から選択できるので注意が必要です。

• 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 Dell Inc., Intel Corporation and SGI. For the latest SPEC CPU2006 benchmark results, visit http://www.spec.org/cpu2006/

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