Print indd

Fig. 4. Interaction of the Ampehre tools, libraries and the Linux OS exemplary illus-
trated with energy and power measurements obtained from the CPU and GPU. The
abbreviations MS (measuring system) and MD (measurement data) are references to the
pointers used by the functions in Table
1
.
the energy consumption of the cores as well as L1 and L2 caches. The DRAM
domain represents the energy consumption of the main memory. Linux provides
an MSR driver executing the RDMSR instruction to retrieve the values stored in
the MSRs. In contrast, for the GPU the function nvmlDeviceGetPowerUsage()
of the Nvidia Management Library (NVML) [
11
] provides the current power
dissipation in single device power domain.
The next layer is the PAPI library that fetches the data from the Linux
MSR driver and the Nvidia Management Library. Abstracting from the resource-
specific interfaces and measuring methods, the main advantage of PAPI is to
provide the function PAPI read() to the next layer in a component-independent
way. For the GPU, PAPI read() returns the latest power dissipation. For the
CPU, determining the energy value requires some computations such as adjust-
ing the energy counters by so-called power units that are also retrieved from
MSRs.
The Ampehre library continues data processing and provides comparable and
equally interpretable measurements to user applications, as shown in Fig.
4
. To
this end, the Ampehre library employs several threads that periodically sample
the PAPI components by invocations of PAPI read() and similar functions.
Data processing in the library’s measuring system MS leads to two data fields
in the library’s measurement data MD with almost equal semantics for CPU and
GPU: The data fields cpu power cur and gpu power cur store the current power
dissipation of the resources and are always updated after the corresponding
timer has expired. Likewise, the data fields cpu egy accu and gpu egy accu

---

Ampehre: An Open Source Measurement Framework
81
continuously increase by the energy consumed since the last measurement has
been received. Together with the selected sampling periods for the CPU and
GPU, T rapl and T nvml, the current power dissipation and accumulated energy
values are available for further processing by user applications or, as shown in
Fig.
4
, by the Ampehre live monitoring tools msmonitor and msmonitor cs or
by the Ampehre measuring tool hettime. User applications have full access to
MD whether or not MS is active.