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MPSoC 플랫폼의 버스 에너지 절감을 위한 버스 분할 기법
Bus Splitting Techniques for MPSoC to Reduce Bus Energy 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 시스템 및 이론, v.33 no.9, 2006년, pp.699 - 708  

정준목 (서울대학교 컴퓨터공학부) ,  김진효 (삼성전자 정보통신총괄 통신연구소) ,  김지홍 (서울대학교 컴퓨터공학부)

초록
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버스 분할 기법은 통신이 많은 모듈들을 가까이 배치하고 필요한 버스 단편만 사용함으로 버스 에너지 소비를 줄인다. 그러나 MPSoC와 같은 다중 프로세서 플랫폼에서는 캐시 일관성을 유지하기 위하여 모든 프로세서에서 버스 트랜잭션을 알아야 하므로, 기존의 버스 분할 기법을 적용할 수 없다. 본 논문에서는 공유 메모리 기반의 MPSoC 플랫폼에서 버스 에너지를 절감시키기 위한 버스 분할 기법을 제안한다. 제안된 버스 분할 기법은 비 공유 메모리와 공유 메모리의 버스를 분할함으로써, 캐시 일관성을 유지하며 비 공유 메모리를 참조할 때 소비하는 버스 에너지를 최소화시킨다. 또한, 태스크별 버스 트랜잭션 횟수를 기반하여 태스크를 할당함으로써, 공유 메모리를 참조할 때 소비하는 버스 에너지를 절감시키는 캐시 일관성을 고려한 태스크 할당 기법을 제안한다. 시뮬레이션을 통한 실험에서 제안된 버스 분할 기법은 비 공유 메모리 참조시의 버스 에너지를 최대 83%까지 절감시키며, 태스크 할당 알고리즘은 공유 메모리 참조시의 버스 에너지를 최대 36%까지 절감시키는 효과가 있음을 보여준다. 그럼으로 다중 프로세서 시스템에서도 버스 분할 기법을 적용하여 버스 에너지 절감 효과를 볼 수 있으며, 캐시 일관성을 고려한 태스크 할당 기법을 통해 추가적으로 버스 에너지를 절감할 수 있음을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Bus splitting technique reduces bus energy by placing modules with frequent communications closely and using necessary bus segments in communications. But, previous bus splitting techniques can not be used in MPSoC platform, because it uses cache coherency protocol and all processors should be able ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 기존의 연구들은 단일 프로세서 환경만을 고 려하여, 캐시 일관성 프로토콜을 사용하는 MPSoC에 버 스 분할 기법을 적용하기 위해서는 캐시 일관성 프로토 콜과 버스 분할 기법간의 충돌 문제를 해결해야 하며, 본 논문은 이러한 충돌 문제를 해결하여 MPSoC에서 버스 분할 기법을 적용하는 방법을 제안한다. 본 논문의 기여 부분은 다음과 같다.
  • 본 절에서는 본 논문에서 기본 모델로 가정하는 타겟 MPSoC 플랫폼의 구조를 기술한다. 다음절에서 설명되 는 버스 에너지 절감 기법들은 타겟 MPSoC와 같은 구 조를 가지는 MPSoC 플랫폼에서의 버스 에너지 절감을 위하여 제안된다.
  • 본 논문에서는 공유 메모리 기반의 MPSoC 플랫폼에 서 소비되는 버스 에너지를 절감시키기 위한 버스 분할 기법을 제안하고 동작 모델을 설명하였다. 또한, 캐시 일관성을 고려한 태스크 할당 기법을 함께 제안하였다.
  • 본 논문에서는 캐시 일관성 프로토콜을 사용하는 MPSoC 플랫폼에 버스 분할 기법을 적용하여 버스 에 너지를 절감시키는 기법을 제안한다. 메모리 참조 형태 에 따라 버스 분할자를 제어하여 캐시 일관성 프로토콜 과 버스 분할 기법간의 충돌을 해결한다.
  • 단일의 공유 버스 구조에서는 프로세서가 참조하는 메모리가 비 공유 메모리거나 공유 메모리에 상관없이 메모리를 참조할 때마다 버스의 모든 부분이 사용되고, 전체 버스에 해당하는 에너지를 소비하는 단점을 가진 다. 본 절에서는 버스 에너지롤 절감시키기 위한 두 가 지 기법들을 제안한다. 하나는 프로세서의 메모리 참조 형태를 고려한 버스 분할 기법이며, 다른 하나는 태스크 의 공유 메모리 참조 특성과 캐시 일관성을 함께 고려 한 태스크 할당 기법이다.
  • 본 절에서는 본 논문에서 기본 모델로 가정하는 타겟 MPSoC 플랫폼의 구조를 기술한다. 다음절에서 설명되 는 버스 에너지 절감 기법들은 타겟 MPSoC와 같은 구 조를 가지는 MPSoC 플랫폼에서의 버스 에너지 절감을 위하여 제안된다.
  • 본 절에서는 시뮬레이션을 통해 제안한 버스 분할 기 법과 캐시 일관성을 고려한 태스크 할당 기법의 버스 에너지 절감 효과를 평가한다.
  • 라이트-스루 무효화 프로토콜을 사용할 때는 캐시 일관성을 위하여 공유 메모리 쓰기를 위한 버스 트랜잭션에서는 모든 프로세서가 참조되는 메모리의 주소를 알게 하기 위하여, 모든 버스 단편들을 사용해야 하기 때문이다. 본 절에서는 이러한 캐시 일관 성 프로토콜을 고려하여 분할된 버스에서 공유 메모리 참조에 의한 버스 에너지를 최소화 시키는 태스크 할당 기법을 제안한다.

가설 설정

  • 그림 10은 각 태스크별로 통신량을 분포 식에 따라 다르게 주었을 경 우, 캐시 일관성을 고려한 태스크 할당 기법을 적용하 였을 때 소비되는 버스 에너지를 보여준다. 각 태스크 의 읽기와 쓰기는 모두 같은 횟수로 수행된다고 가정하 였다.
  • 타겟 MPSoC는 다수의 프로세서, 메모리 모듈, 중재자로 구성되며(MPSoC에는 이외에도 외부 장치 제어기, 인터럽트 제어기 등의 추가적인 모듈 이 존재하나, 표현의 단순화를 위하여 메모리 참조와 관 련된 모듈만 표시하였다), 모듈들은 하나의 공유 버스로 연결되어 있다. 프로세서로는 ARM, MIPS 둥의 범용 프로세서나 DSP, HW 가속기 등과 같은 특수 목적용 프로세서가 사용될 수 있으나, 본 논문에서는 모든 프로 세서가 동일한 형태의 프로세서라고 가정한다. 각 프로 세서는 캐시를 포함하고 있으며, 캐시 일관성 유지를 위 하여 라이트—스루 무효화(write-through invalidation) 방식의 수누핑 기반 프로토콜[8]을 사용한다.
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참고문헌 (13)

  1. E. Arts and R. Roovers. 'IC Design Challenges for Ambient Intelligence,' DATE, pp.3-7, 2003 

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  8. Per Stenstrom, 'A Survey of Cache Coherence Schemes for Multiprocessors,' IEEE Computer, Vol.23, No.6, pp.12-24, June 1990 

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