QoS를 고려한 스마트폰 GPU의 에너지 최적화 기법

A QoS-Aware Energy Optimization Technique for Smartphone GPUs

모바일 GPU의 소비 전력이 전체 시스템 소모 전력에서 큰 비중을 차지하게 됨에 따라 스마트폰에서 중요한 전력 관리 대상 중 하나로 대두되었다. 그러나 모바일 GPU로써 널리 사용되는 ARM Mali-400MP의 장치 드라이버를 분석한 결과, 전력 관리 기법으로 사용되는 장치 사용률 기반 DVFS 알고리즘이 부하가 요구하는 성능보다 높은 주파수로 GPU를 동작하게 하여 비효율적인 전력 에너지 소모가 발생하였다. 따라서 본 논문은 장치 사용률뿐만 아니라 스마트폰 응용의 서비스 품질 요소로써 초 당 프레임 수와 배터리 시간을 함께 고려하여 기존 DVFS에서 발생한 비효율적인 주파수 상승을 방지할 수 있는 전력 에너지 최적화 기법을 제안한다. 제안한 에너지 최적화 기법을 적용하면 성능저하 없이 기존 장치 사용률 기반의 DVFS 대비 최대 23%의 에너지 이득을 보였으며, 배터리 시간 연장을 위하여 최대 10%의 성능 하락을 허용한 경우, 최대 33%의 에너지 효율 향상이 가능하였다.

We proposed a novel energy optimization technique for smartphone GPUs, more aggressively lowering the GPU frequency while obtaining higher energy efficiency with a negligible negative impact on the GPU performance. In order to achieve the Quality of Service (QoS) specified by the smartphone application, the proposed optimization technique employed the minimal acceptable GPU frequency based on average Frames per Second (FPS) for each GPU frequency level. Our experimental results on a smartphone development board showed that the proposed technique can reduce the GPU energy consumption by up to 23% over the default DVFS algorithm with only a 0.45 frame drop.