Energy-aware Instruction Cache Design using Backward Branch Information for Embedded Processors

임베디드 시스템에서 후방 분기 명령어 정보를 이용한 저전력 명령어 캐쉬 설계 기법

Energy efficiency should be considered together with performance when designing embedded processors. This paper proposes a new energy-aware instruction cache design using backward branch information to reduce the energy consumption in an embedded processor, since instruction caches consume a significant fraction of the on-chip energy. Proposed instruction cache is composed of two caches: a large main instruction cache and a small loop instruction cache. Proposed technique enables the selective access between the main instruction cache and the loop instruction cache to reduce the number of accesses to the main instruction cache, leading to good energy efficiency. Analysis results show that the proposed instruction cache reduces the energy consumption by 20% on the average, compared to the traditional instruction cache.

반도체 기술의 급속한 발달과 함께 임베디드 프로세서의 성능이 점차 강력해지면서 몇 가지 문제점이 발생하게 되었다. 그 중에서도 프로세서 내에서 소비되는 에너지의 급격한 증가는 심각한 문제이다. 이러한 이유로 인해 최신의 임베디드 프로세서를 설계할 때에는 성능과 함께 에너지 효율성이 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 프로세서에서 소비되는 에너지의 상당 부분을 차지하고 있는 명령어 캐쉬의 에너지 효율성을 향상시키기 위해 후방 분기 명령어 정보를 이용하는 기법을 제안하고자 한다. 큰 크기의 주 명령어 캐쉬와 작은 크기의 순환문 캐쉬로 구성되는 제안된 기법을 통해 프로세서의 요청이 올 때 주 명령어 캐쉬와 순환문 캐쉬 중에서 하나의 캐쉬만이 선택적으로 접근되도록 하여 주 명령어 캐쉬의 접근 횟수를 크게 감소시킴으로써 우수한 에너지 효율성을 얻을 수 있다. 실험 결과, 제안하는 저전력 명령어 캐쉬는 기존의 명령어 캐쉬와 비교하여 평균 20%의 에너지 소비를 감소시킨다는 사실을 확인하였다.