Efficient workload scheduling is a critical challenge in modern heterogeneous computing environments, particularly in high-performance computing (HPC) systems. Traditional software-based schedulers struggle to efficiently balance workloads due to scheduling overhead, lack of adaptability to stochastic workloads, and suboptimal resource utilization. The scheduling problem further compounds in the context of shared HPC clusters, where job arrivals and processing times are inherently stochastic. Prediction of these elements is possible, but it introduces additional overhead. To perform this complex scheduling, we developed two FPGA-assisted hardware accelerator microarchitectures, Hercules and Stannic. Hercules adopts a task-centric abstraction of stochastic scheduling, whereas Stannic inherits a schedule-centric abstraction. These hardware-assisted solutions leverage parallelism, pre-calculation, and spatial memory access to significantly accelerate scheduling. We accelerate a non-preemptive stochastic online scheduling algorithm to produce heterogeneity-aware schedules in near real time. With Hercules, we achieved a speedup of up to 1060x over a baseline C/C++ implementation, demonstrating the efficacy of a hardware-assisted acceleration for heterogeneity-aware stochastic scheduling. With Stannic, we further improved efficiency, achieving a 7.5x reduction in latency per computation iteration and a 14x increase in the target heterogeneous system size. Experimental results show that the resulting schedules demonstrate efficient machine utilization and low average job latency in stochastic contexts.


翻译:高效的工作负载调度是现代异构计算环境(特别是高性能计算系统)中的关键挑战。传统的基于软件的调度器因调度开销、对随机工作负载缺乏适应性以及资源利用率欠佳,难以高效平衡工作负载。在共享HPC集群场景下,任务到达时间和处理时间本质上是随机的,这进一步加剧了调度问题的复杂性。对此类要素进行预测虽有可能,但会引入额外开销。为应对这一复杂调度问题,我们开发了两种FPGA辅助硬件加速器微架构:Hercules与Stannic。Hercules采用面向任务的随机调度抽象,而Stannic则继承面向调度流程的抽象。这些硬件辅助方案利用并行性、预计算和空间内存访问技术,显著加速调度过程。我们加速了一种非抢占式随机在线调度算法,使其能近实时生成异构感知调度方案。基于Hercules,相较于基准C/C++实现,我们实现了高达1060倍的加速比,验证了硬件辅助加速对异构感知随机调度的有效性。通过Stannic,我们进一步提升了效率:每次计算迭代的延迟降低了7.5倍,目标异构系统规模扩大了14倍。实验结果表明,在随机环境下,所生成的调度方案能够实现高效的机器利用率和较低的平均任务延迟。

0
下载
关闭预览

相关内容

国家标准《信息技术云计算参考架构》
专知会员服务
37+阅读 · 2024年5月24日
算力调度:算力时代的国家电网
专知会员服务
44+阅读 · 2023年11月7日
数字电网最新报告:数字赋能,电网添翼,33页ppt
专知会员服务
37+阅读 · 2022年12月15日
神经网络加速器架构概述
专知会员服务
37+阅读 · 2022年4月23日
【博士论文】集群系统中的网络流调度
专知会员服务
47+阅读 · 2021年12月7日
《“边缘计算+”技术白皮书》,82页pdf
专知
11+阅读 · 2022年8月28日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
Fast-OCNet: 更快更好的OCNet.
极市平台
21+阅读 · 2019年2月10日
讲透RCNN, Fast-RCNN, Faster-RCNN,将CNN用于目标检测
数据挖掘入门与实战
18+阅读 · 2018年4月20日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:00
21世纪的无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:05
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:51
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
国家标准《信息技术云计算参考架构》
专知会员服务
37+阅读 · 2024年5月24日
算力调度:算力时代的国家电网
专知会员服务
44+阅读 · 2023年11月7日
数字电网最新报告:数字赋能,电网添翼,33页ppt
专知会员服务
37+阅读 · 2022年12月15日
神经网络加速器架构概述
专知会员服务
37+阅读 · 2022年4月23日
【博士论文】集群系统中的网络流调度
专知会员服务
47+阅读 · 2021年12月7日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员