Exploiting Back-end Fusion in Multi-Core Processors

다중 코어 환경에서의 Back-end Fusion 구현

최근 스마트폰이나 태블릿 PC 등의 모바일 디바이스가 상용화 되어감에 따라 그 안에서 핵심적인 처리기능을 담당하는 프로세서의 코어 수가 점차적으로 늘어나고 있다. 많은 수의 코어를 효율적으로 사용하기 위해 여러 가지 메커니즘이 구현되어 있으나, 단일 프로세스를 순차적으로 실행하는 경우 여전히 성능에서의 한계가 존재한다. 병렬화 되어 있지 않은 프로세스의 경우, Amdahl's Law[1]에 따르면 순차적으로 실행을 할 수 밖에 없는 부분이 존재하고, 이 부분은 하나의 코어에서만 실행되기 때문에 많은 연산 자원들이 낭비되는 현상이 발생한다. 본 논문은 다중 코어 환경에서 이러한 잉여자원을 효과적으로 사용하기 위해 Back-end Fusion 이라는 구조를 제안하여 프로세서의 성능 향상을 위한 연구를 진행하였다. Back-end Fusion 이란, 연산 처리를 담당하는 back-end 부분(execution unit, writeback 단계 등)을 필요에 따라 코어 간에 동적으로 재구성하여 성능을 향상시키는 메커니즘이다. 이 재구성된 프로세서의 back-end 를 효율적으로 사용하기 위해, 종속성과 로드 밸런스 등을 고려한 인스트럭션 분배 알고리즘을 함께 제안한다. Intel 사의 x86 Instruction Set Architecture(ISA)를 기반으로 한 시뮬레이터를 이용하여 Back-end Fusion 프로세서의 성능을 측정 해 본 결과 기존의 단일 코어 프로세서에 비해 평균 32.2%의 성능 향상을 확인할 수 있었다.