초록 ▼

연구의 목적 및 내용
다기능 및 고성능에 대한 사용자의 요구사항이 증가함에 따라 차세대 모바일 임베디드 시스템에서도 MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip) 구조가 빠른 속도로 적용되고 있으며 수년 내에 매니코어 구조가 임베디드 시스템에 사용될 것으로 예측된다. 또한 고용량의 플래시 메모리와 다양한 이종 (heterogeneous) 저장장치 등을 채택할 것으로 예상된다. 이러한 차세대 모바일 임베디드 시스템에서는 소프트웨어 수준에서 시스템이 제공하는 최대 성능을 보장하면서도 전력 소비와 발열량을 최소

연구의 목적 및 내용
다기능 및 고성능에 대한 사용자의 요구사항이 증가함에 따라 차세대 모바일 임베디드 시스템에서도 MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip) 구조가 빠른 속도로 적용되고 있으며 수년 내에 매니코어 구조가 임베디드 시스템에 사용될 것으로 예측된다. 또한 고용량의 플래시 메모리와 다양한 이종 (heterogeneous) 저장장치 등을 채택할 것으로 예상된다. 이러한 차세대 모바일 임베디드 시스템에서는 소프트웨어 수준에서 시스템이 제공하는 최대 성능을 보장하면서도 전력 소비와 발열량을 최소화하는 것이 시스템의 시장 경쟁력을 결정하는 주요 기준이 된다. 본 연구에서는 차세대 임베디드 시스템을 위한 성능/전력/발열량 분석 및 최적화 기법을 연구하고, 이를 바탕으로 소프트웨어 개발 및 시스템구현 시 적용 가능한 자동화된 최적화 도구들을 개발하여 차세대 모바일 임베디드 시스템개발 비용의 50% 이상을 차지할 것으로 예상되는 소프트웨어 비용을 획기적으로 줄이는 것을 목표로 한다.
연구결과
본 연구에서는 차세대 모바일 임베디드 시스템을 구성하는 MPSoC와 이종 저장장치를 대상으로 1) 하드웨어 및 소프트웨어 설계 요구 사항을 평가하기 위한 가상 프로토타입 및 실측 기반 분석 환경을 구축하고, 2) 각 요구사항에 대한 성능/전력/발열량 측면에서의 평가를 수행하며, 3) 대상 소프트웨어의 성능/전력/발열량을 분석하고 최적의 성능/전력/발열량을 도출하는 탐색 기법을 연구 및 개발하고, 4) 임베디드 시스템의 최대 성능을 보장 하면서도 소비 전력과 발열량을 최적화하는 통합 하드웨어/소프트웨어 설정 탐색 기법을 제안하였다.
본 연구팀은 제시된 연구 내용을 구체화하고 실현하기 위해, 크게 2단계로 나누어 연구를 진행하였다. 1단계에서는 멀티코어 기반 임베디드 시스템의 성능/전력/발열량 분석 환경을 구축하고, 개별 최적화 기법에 대해 연구하였다. 2단계에서는 1단계에서 수행한 멀티코어 기반 환경에서의 분석 도구 및 개별 최적화 기법을 매니코어 환경으로 확장하고, 개별 기법간의 상호 작용 분석을 통해 자동화된 통합 최적 성능/전력/발열량 최적화 기법 및 도구를 개발하였다. 이러한 2단계의 연구 과정을 통해, 본 연구팀은 차세대 임베디드 시스템의 성능/전력/발열량을 다양한 수준에서 통합적으로 분석하고 대상 시스템의 환경에 따라 자동으로 최적화할 수 있는 관리 솔루션 기술을 확보하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구에서 개발한 성능/전력/발열량 분석 및 자동 최적화 도구는 다양한 차세대 임베 디드 시스템에서 다음과 같이 활용될 수 있다. 첫째, 본 연구팀이 개발한 가상 프로토타입 및 실측 기반 분석 도구를 통해 대상 시스템의 성능/전력/발열량 요구사항을 개발 초기에 예측하는 것이 가능하기 때문에 개발 비용을 획기적으로 줄이면서도 빠른 제품 개발을 가능하게 한다. 둘째, 본 연구팀이 개발한 성능/전력/발열량 분석 및 최적화 기법은 아키텍쳐, 운영체제, 저장장치 등 다양한 수준에서 대상 임베디드 시스템의 병목 구간을 진단하고 개선하는데 활용될 수 있다. 셋째, 본 연구팀이 개발한 통합 최적화 탐색 도구 및 기법은 다양한 최적화 기법간의 상호작용을 고려하고 동적으로 최적화 지점을 찾아냄으로써 대상 임베디드 시스템이 동작하는 다양한 수행 환경에 적응적으로 대응하여 대상 임베디드 시스템의 성능, 전력 및 발열 효율성을 높이는데 매우 효과적으로 적용될 수 있다.

Abstract ▼

Purpose&contents
It is predicted that next-generation mobile embedded systems adopt MPSoC architectures and hybrid storage devices. For these systems to be competitive in the market, minimizing energy consumption and temperature while maintaining the system’s maximum performance at the software l

Purpose&contents
It is predicted that next-generation mobile embedded systems adopt MPSoC architectures and hybrid storage devices. For these systems to be competitive in the market, minimizing energy consumption and temperature while maintaining the system’s maximum performance at the software level is an important requirement. In the proposed works, we plan to develop performance/energy/temperature analysis and optimization techniques for next-generation mobile embedded systems. Based on the techniques developed, we aim to develop automated optimizations tools suitable for embedded software and system implementations. Successful execution of the project will reduce drastically the software development cost of next-generation embedded systems, which is expected to be around 50% of the total development cost.
Result
Targeting next-generation mobile embedded systems with MPSoC architecture and heterogeneous storage devices, we have 1) built virtual and real prototypes to evaluate the requirements when the hardware/software are designed, 2) evaluated system’s requirement in terms of performance/energy/temperature, 3) analyzed the target software in terms of performance/energy/temperature, 4) developed performance/energy/temperature optimization techniques, 5) developed automated performance/energy/temperature optimized tool, and 6) explored the design space for
performance/energy/temperature optimization.
As final deliverable of the project, we have developed several tools for analysis, optimization and design-space exploration in an integrated fashion. This project was performed in the following schedule. In the first step (1~3 years), we have developed performance/energy/temperature analysis tools and optimization techniques using the tools developed. In the second step (4~5 years), we have developed performance/energy/temperature analysis tools for many-core embedded systems based on the tools built in the first step. We have also analyzed tradeoff relations among performance/energy/temperature optimizations and, based on the analysis results, we have developed an integrated automatic optimization tool.
Expected Contribution
The performance/energy/temperature analysis and automatic optimization tools developed in this research will be useful in developing market-competitive next-generation mobile embedded systems. First, the developed virtual and real prototypes will be useful in evaluating the target system’s requirement in terms of performance/energy/temperature in an early-stage of development, enabling faster time-to-market. Second, the developed performance/energy/temperature analysis and optimization techniques will be useful in investigating the bottlenecks in terms of performance/energy/temperature comprehensively and improving the overall system performance while minimizing energy and temperature. Third, the developed design-space exploration tools and techniques will be useful in analyzing tradeoff relations among performance/energy/temperature optimizations. Fourth, the developed automatic optimization tool will be useful in optimizing target embedded systems in an integrated fashion, enabling more optimized next-generation mobile embedded systems in terms of performance/energy/temperature.

목차 Contents

• 도약연구사업 최종보고서(제출용) ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 79
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 82
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 84
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 85
• 8. 참고문헌 ... 86
• 9. 연구성과 ... 88
• 10. 기타사항 ... 104