Enabling the use of embedded and mobile technologies for high-performance computing

Abstract

In the late 1990s, powerful economic forces led to the adoption of commodity desktop processors in High-Performance Computing(HPC). This transformation has been so effective that the November 2016 TOP500 list is still dominated by x86 architecture. In 2016, the largest commodity market in computing is not PCs or servers, but mobile computing, comprising smartphones andtablets, most of which are built with ARM-based Systems on Chips (SoC). This suggests that once mobile SoCs deliver sufficient performance, mobile SoCs can help reduce the cost of HPC.

This thesis addresses this question in detail.We analyze the trend in mobile SoC performance, comparing it with the similar trend in the 1990s. Through development of real system prototypes and their performance analysis we assess the feasibility of building an HPCsystem based on mobile SoCs. Through simulation of the future mobile SoC, we identify the missing features and suggest improvements that would enable theuse of future mobile SoCs in HPC environment. Thus, we present design guidelines for future generations mobile SoCs, and HPC systems built around them, enabling the newclass of cheap supercomputers.

A finales de la década de los 90, razones económicas llevaron a la adopción de procesadores de uso general en sistemas de Computación de Altas Prestaciones (HPC). Esta transformación ha sido tan efectiva que la lista TOP500 de noviembre de 2016 sigue aun dominada por la arquitectura x86. En 2016, el mayor mercado de productos básicos en computación no son los ordenadores de sobremesa o los servidores, sino la computación móvil, que incluye teléfonos inteligentes y tabletas, la mayoría de los cuales están construidos con sistemas en chip(SoC) de arquitectura ARM. Esto sugiere que una vez que los SoC móviles ofrezcan un rendimiento suficiente, podrán utilizarse para reducir el costo desistemas HPC. Esta tesis aborda esta cuestión en detalle. Analizamos la tendencia del rendimiento de los SoC para móvil, comparándola con la tendencia similar ocurrida en los añosnoventa. A través del desarrollo de prototipos de sistemas reales y su análisis de rendimiento, evaluamos la factibilidad de construir unsistema HPC basado en SoCs móviles. A través de la simulación de SoCs móviles futuros, identificamos las características que faltan y sugerimos mejoras quepermitirían su uso en entornos HPC. Por lo tanto, presentamos directrices de diseño para futuras generaciones de SoCs móviles y sistemas HPC construidos a sualrededor, para permitir la construcción de una nueva clase de supercomputadores de coste reducido.