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Multi-aspect full-system server model and optimization concept as a simulation-based approach (MFSMOS)
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2018
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 13.04.2018
Anhang Seite I-XCV
ger: Das größte Potenzial zur Energieeinsparung im Rechenzentrum wird derzeit dem IT-Equipment sowie dessen Kühlung zugesprochen. Wir haben ein ganzheitliches Systemmodell zur Optimierung der Energieeffizienz von Rack-Servern entwickelt. Wir entwickelten ein allgemeingültiges, flexibles und skalierbares Model, um verschiedene Server zu simulieren und optimieren. Das hierarchische und abstrahierte Servermodell unterstützt die Berechnung der konkurrierenden Aspekte: Energieverbrauch, Temperaturentwicklung und Performance. Die prototypische Implementierung zeigt die Machbarkeit und Vorteile unseres Ansatzes. In der Evaluation unseres simulationsbasierten Systemmodells verwenden wir synthetische Lastszenarien zur besseren Nachvollziehbarkeit, wobei wir auch realistische benutzerspezifische Lastszenarien unterstützen. Der Anwender definiert die prozentuale Auslastung der Komponenten als Lastszenario, welches wir zur Berechnung der maximalen Leistungsaufnahme und des Energieverbrauchs verwenden. Wir präsentieren die relevanten statischen und dynamischen Merkmale, um unterschiedliche Serversysteme und Komponenten aus verschiedenen Generationen abzubilden. Wir berechnen den Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme und die daraus resultierenden Temperaturen hinreichend genau, welches die oftmals erhebliche Überschätzung des tatsächlichen Energieverbrauchs von Servern reduziert. Unser Ansatz ermöglicht die Prognose der maximalen Leistungsaufnahme von zukünftigen Systemen und Komponenten. Unser Ansatz unterstützt, im Gegensatz zu den bisherigen akademischen Ansätzen, eine Vielzahl an Server und deren unterschiedliche Komponenten. Mithilfe unseres simulationsbasierten Ansatzes können wir die Energieeffizienz von Servern bei jeglichen anwenderspezifischen Szenarien optimieren.
eng: The exponential growth of the information technology results in increasing energy consumption, which may be one of the main causes of climate changes. Power and cooling are the key challenges to reducing the emission of greenhouse gas. With our full-system model, we contribute towards improving the energy efficiency on specific server systems and, consequently, optimize the efficiency of data center infrastructures. We develop a generic, flexible, and scalable model to simulate and optimize a complete server system for the multiple, potentially conflicting aspects: power, temperature, and performance. We develop a hierarchical and abstract model of a rack-mounted server system, which builds the base of our mathematical methods to calculate the multi-aspects of each component. We demonstrate the feasibility and advantages of our concept through a prototypical implementation, in which we empirically validate our model using a variety of artificial workloads to ensure the reproducibility at any time. Our simulation-based, full-system server model supports customer-specific workload scenarios to simulate the suitable power of server systems. We address the significant static as well as dynamic characteristics and configurations to cover a variety of server systems and components. We precisely calculate the power consumption that reduces the over-provisioning of the server system. We demonstrate that we can forecast future generations of high-performance systems and components by assuming the predecessor or a similar generation. This thesis provides new research contributions that explicitly cover the heterogeneous characteristics of the hardware and software variations, such as supporting diverse server families or generations. ...