A Dual Integer Register File Structure for Temperature - Aware Microprocessors

Today's microprocessor designs are not free from temperature as well as power consumption. As processor technology scales down, an on-chip circuitry increases power density, which incurs excessive temperature (hotspot) problem. To tackle thermal problems cost-effectively, Dynamic Thermal Management (DTM) has been suggested: DTM techniques have benefits of thermal reliability and cooling cost. However, they require trade-off between thermal control and performance loss. This paper proposes a dual integer register file structure to minimize the performance degradation due to DTM invocations. In on-chip thermal control, the most important functional unit is an integer register file. It is the hotspot unit because of frequent read and write data accesses. The proposed dual integer register file migrates read data accesses by adding an extra register file, thus reduces per-unit dynamic power dissipation. As a result, the proposed structure completely eliminates localized hotspots in the integer register file, resulting in much less performance degradation by average 13.35% (maximum 18%) improvement compared to the conventional DTM architecture.

온도 인지 마이크로프로세서를 위한 듀얼 레지스터 파일 구조

오늘날 마이크로프로세서의 설계는 전력 소모 문제만이 아닌 온도 문제에서도 자유롭지 않다. 제조 공정의 미세화와 고밀도 회로 집적화가 칩의 전력 밀도를 높이게 되어 열성 현상을 발생시키기 때문이다. 이를 해결하기 위해 제안된 동적 온도 제어 기술은 냉각 비용을 줄이는 동시에 칩의 온도 신뢰성을 높인다는 장점을 가지지만, 냉각을 위해 프로세서의 성능을 희생해야 하는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 프로세서의 성능 저하를 최소화하면서 온도를 제어하기 위해 듀얼 레지스터 파일 구조를 제시한다. 온도 제어를 고려하였을 때 가장 관심을 끄는 것은 레지스터 파일 유닛이다. 특히 정수형 레지스터 파일 유닛은 그 빈번한 사용으로 인하여 프로세서 내부에서 가장 높은 온도를 가진다. 듀얼 레지스터 파일 구조는 정수형 레지스터 파일에 대한 읽기 접근을 두 개의 레지스터 파일에 대한 접근으로 분할하는데, 이는 기존 레지스터 파일이 소모하는 동적 전력을 감소시켜 열성 현상을 제거하는 효과를 가져온다. 그 결과 동적 온도 제어 기법에 의한 프로세서 성능 감소를 완화시키는데, 평균 13.35% (최대 18%)의 성능 향상을 확인할 수 있었다.