Temperature-Aware Microprocessor Design for Floating-Point Applications

Dynamic Thermal Management (DTM) technique is generally used for reducing the peak temperature (hotspot) in the microprocessors. Despite the advantages of lower cooling cost and improved stability, the DTM technique inevitably suffers from performance loss. This paper proposes the DualFloating-Point Adders Architecture to minimize the performance loss due to thermal problem when the floating-point applications are executed. During running floating-point applications, only one of two floating-point adders is used selectively in the proposed architecture, leading to reduced peak temperature in the processor. We also propose a new floorplan technique, which creates Space for Heat Transfer Delay in the processor for solving the thermal problem due to heat transfer between adjacent hot units. As a result, the peak temperature drops by $5.3^{\circ}C$ on the average (maximum $10.8^{\circ}C$ for the processor where the DTM is adopted, consequently giving a solution to the thermal problem. Moreover, the processor performance is improved by 41% on the average by reducing the stall time due to the DTM.

부동소수점 응용을 위한 저온도 마이크로프로세서 설계

동적 온도 제어 기술은 마이크로프로세서 내부 특정 유닛의 온도가 크게 올라가는 열섬 문제를 해결하기 위해 널리 사용되는 기법으로 냉각 비용을 감소시키고 칩의 신뢰성을 높인다는 장점이 있지만, 기법 적용으로 인해 성능이 저하되는 단점이 있다. 본 논문에서는 부동소수점 응용 프로그램 수행 시 발열 문제를 해결하기 위해 적용되는 동적 온도 제어 기술로 인한 성능 저하를 최소화하기 위하여 듀얼 부동소수점 가산기 구조를 제안하고자 한다. 부동소수점 응용 프로그램을 수행할 때, 가장 많이 활성화되는 유닛 중 하나인 부동소수점 가산기를 두 개로 중복시켜서 접근을 분산시키는 기법을 통해 열섬 문제를 해결하고자 한다. 또한 상호 인접한 유닛 간의 열 전달로 인해 온도가 상승하는 문제를 해결하기 위하여, 열 진달 지연 공간을 마이크로프로세서 내에 배치시키는 방법을 제안한다 제안 기법들의 적용 결과, 동적 온도 관리 기술을 사용하는 환경에서 마이크로프로세서의 최고 온도가 평균 $5.3^{\circ}C$ 최대 $10.8^{\circ}C$ 낮아지면서 발열로 인한 칩의 안정성 저하 문제를 완화시킬 수 있다. 또한 동적 온도 관리 기술이 적용되는 시간을 크게 줄임으로써 프로세서의 성능은 평균 1.41배(최대 1.90배) 향상된다.