Encontrado o Melhor Desempenho Por Watt para o Folding@Home

Introdução

Nós ficamos tão empolgados em participar do http://folding.stanford.edu/ que montamos alguns micros de alto desempenho para rodar tanto clientes SMP quanto GPU. Nós estávamos muito felizes com os resultados até que a conta de luz do laboratório chegou: nosso consumo de energia mais do que dobrou – e os computadores nem estavam funcionando 24 horas por dia durante todos os dias do mês! Como queríamos contribuir com o projeto Folding@Home, nós começamos a questionar se haveria uma maneira de obter uma alta pontuação no Folding@Home e, ao mesmo tempo, não irmos à falência por causa da conta de luz. Nós testamos todas as placas de vídeo disponíveis em nosso laboratório para ver qual delas oferece a melhor relação desempenho/consumo. Confira.

Se você não conhece o projeto Folding@Home, saiba que ele é patrocinado pela Universidade de Stanford para a utilização de computadores pelo mundo para fazer simulações de enovelamento de proteínas com o objetivo de descobrir a cura de várias doenças. Você pode colaborar com o projeto instalando um cliente do programa em seu computador e, quando o mesmo ficar ocioso, o programa cliente automaticamente faz o download, calcula e envia os resultados de volta para a Universidade de Stanford. Desta forma eles podem ter o maior supercomputador do mundo (feito com a colaboração de todos os participantes no projeto) sem gastar um tostão.

Se você quiser colaborar mais, você pode instalar e rodar programas clientes de alto desempenho, como o cliente SMP (que reconhece mais de um processador ou mais de um núcleo de processador; a versão padrão do programa cliente reconhece apenas um núcleo de processamento) e o cliente GPU (que usa o chip gráfico da placa de vídeo para fazer os cálculos, uma técnica chamada GPGPU, ou General Purpose Graphics Processing Unit ou Unidade de Processamento Gráfico de Uso Geral). Esses programas clientes completarão os cálculos mais rapidamente, mas em contrapartida, o consumo de energia será maior, resultando em um aumento em sua conta de luz. Encontrar o equilíbrio “perfeito” entre desempenho e consumo de energia é o objetivo deste artigo.

Para cada trabalho concluído que você envia para a universidade você recebe determinada pontuação. A quantidade de pontos dependerá do tipo de programa cliente que você tem instalado (padrão, SMP, GPU, etc) e o tipo de trabalho que você está processando. A quantidade de pontos que você recebe será nossa métrica para o desempenho, já que a maioria das pessoas que participa do Folding@Home em times (como o nosso) está interessada em obter a maior pontuação possível.

Agora vamos mostrar a você os sistemas que montamos para colaborar com o projeto, seus desempenhos (ou seja, a quantidade de pontos que eles obtiveram) e seus consumos de energia. Com esses dados você pode ter uma ideia do quanto estamos gastando para mantê-los ligados 24 horas por dia, 30 dias por mês. Nós investigaremos como reduzir o consumo e, ao mesmo tempo, manter uma boa pontuação.

Mas antes de apresentarmos os números, você precisa entender mais sobre o consumo de energia. Nós medimos o consumo com um wattímetro digital, que apresenta os resultados em watts. Com este instrumento nós medimos o consumo CA de nosso micro, que não é o quanto o micro estava extraindo da fonte de alimentação, já que a fonte em si consome e desperdiça energia. A relação entre a energia que o micro está consumindo da fonte de alimentação e a energia que a fonte está na verdade extraindo da rede elétrica é chamada eficiência.

Quanto maior a eficiência, melhor, já que você gastará menos energia. Por exemplo, se um determinado micro está consumindo 200 W da rede elétrica, isto significa que o micro todo está consumindo 200 W (e sua conta de luz será calculada com base neste valor), mas os componentes que estão conectados na fonte de alimentação estarão consumindo menos do que este valor. Se pegarmos uma fonte de alimentação com eficiência típica de 80%, os componentes estariam consumindo 160 W.

Suponha que você troque sua fonte com eficiência de 80% por outra com eficiência de 88%. Seu micro ainda estará consumindo 160 W da fonte de alimentação, mas sua nova fonte estará extraindo menos da rede elétrica: 182 W.

Portando logo de cara uma das maneiras de economizar na conta de energia é substituir sua ponte por outra com eficiência maior. Uma maneira de descobrir a eficiência da sua fonte é ler o gráfico da eficiência fornecido pelo fabricante. Outra maneira é ler nossos testes, onde medimos isto.

Watt (W) é a potência que o micro está consumindo, porém as concessionárias de energia elétrica cobram por energia consumida, que é dada em kWh (kilowatt-hora), não em W (watts). Energia é potência multiplicada por tempo. Portanto 1 kWh equivale a 1 kW (1.000 watts) consumidos durante 1 hora. Como estamos assumindo que cada máquina irá trabalhar 24 horas por dia durante todos os dias do mês, nós multiplicaremos a quantidade de watts por 0,72 (24 horas x 30 dias / 1.000; a divisão por 1.000 é necessária para converter Wh para kWh) para ter uma estimativa do consumo mensal em kWh. Feito isso basta multiplicar este número pelo custo de cada kWh para ter uma ideia do custo mensal de cada máquina trabalhando 24/7. Claro que o custo da eletricidade varia de acordo com a cidade; estamos assumindo o valor de R$ 0,47453 por kWh, que é o custo da energia no Rio de Janeiro/RJ no dia da publicação desse teste.

No que diz respeito ao desempenho, nós medimos a quantidade que cada placa de vídeo ou processador levou para processar 1% do trabalho. Multiplicando este valor por 100, nós encontramos a quantidade de tempo que cada dispositivo levaria para processar uma unidade de trabalho inteira. Dividindo 86.400 (quantidade de segundo em um dia) deste número, nós encontramos o número máximo de unidades de trabalho que o dispositivo pode processar por dia. Como sabemos a quantidade de pontos de cada unidade de trabalho, nós descobrimos a pontuação máxima que você pode esperar do dispositivo multiplicando o número máximo de unidades de trabalho que o dispositivo pode processar por dia pelo número de pontos que cada unidade de trabalho dá. O resultado é a pontuação máxima que este dispositivo pode lhe dar por dia, e este é o número que usaremos.