스마트폰에서 컨텍스트 생성에 관한 연구들과 저전력에 관한 연구들이 진행 중이지만 컨텍스트 생성시에 사용되는 전력 소비 때문에 어플리케이션 개발 시에 컨텍스트를 이용하기가 어렵다. 컨텍스트를 생성하는 연구에서는 컨텍스트 생성 시에 필요한 전력에 대한 연구와 필요 이상의 전력 소비 발생에 관해서는 언급한 바가 적고 진행되어온 저전력 연구는 대부분 디스플레이와 AP 프로세서에 치우쳐 있어 저전력 컨텍스트 생성에 적용하기 힘들다. 그렇기 때문에 컨텍스트 생성 시에 필요한 전력에 대한 측정과 컨텍스트 생성 시에 불필요한 전력 낭비가 일어나는지, 그리고 컨텍스트 생성 시 과다한 전력 소비가 일어났을 경우 효율성에 대해서 생각할 필요성이 있다. 따라서 본 논문에서는 컨텍스트 생성시에 전력 소비가 얼마나 일어나는지 측정하고, 컨텍스트 생성에 있어 불필요한 전력 소비가 일어나는지 측정한다. 이를 토대로 불필요한 전력 소비가 일어나는 부분에 적용할 저전력 기법을 제안한다.
집적회로 설계에서 소비 전력은 집적도가 증가함에 따라서 중요한 설계 사양으로 전력 소비를 낮추기 위한 저전력 설계 기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 저전력 설계 기술은 소비 전력에 대한 정확한 예측 기술과 예측된 결과를 이용한 최적화 기술로 나뉘어 진다. 이들 기술은 논리 수준에서 많은 연구가 진행되었으며 현재, 효과적인 예측과 최적화가 가능한 행위 및 아키텍처 수준의 상위 수준에서 저전력 설계에 대한 연구가 진행되고 있다. 저전력 설계를 위한 최적화 기술, CAD 환경, 그리고 툴에 대하여 살펴보고 상위수준합성 시스템인 HYPER에 대하여 간략하게 소개한다
컴퓨터 시스템의 구성 요소인 디스플레이 시스템은 가장 많은 전력을 소모하는 장치이다. 디스플레이 시스템의 전력을 효과적으로 줄이기 위하여 이미지 제어, 주파수 제어 등이 있지만 가장 효과적인 것은 LCD 패널부와 백라이트(backlight)를 제어하는 것이다. 본 논문에서는 디스플레이 시스템에서 DDC(Display Data Channel)를 이용하여 패널과 백 라이트 전압 레벨을 조절하여 저전력을 구현하였다. 호스트(PC)에서 동작하는 응용프로그램의 작성과 호스트의 영령을 받아 처리할 수 있는 디스플레이부를 구현하였다. 데스크탑 컴퓨터와 15, 17인치 LCD(Liquid Crystal Display) 모니터에서 소비 전력을 측정하였으며, 2-86%정도의 소비 전력을 줄이는 결과를 확인하였다.
본 논문은 무선환경에서 TCP를 이용한 데이터 전송시 전력 소비를 감소시킬 수 있는 저전력 전송 기법을 제안한다. TCP 프로토플은 재전송, 그리고 혼잡제어 등의 기능을 통해 효율적이고 신뢰성있는 통신을 지원한다. 이러한 특성은 망상태가 악화될 경우 이동기기에서 과다한 재전송 및 혼잡제어를 일으켜 이동기기의 전력소비를 증가시키는 주요한 원인이 된다. 본 논문에서는 재전송 제어를 통해 이를 해결하고 제시된 기법이 기존의 프로토콜보다 전력 소비면에서 효율적임을 시뮬레이션을 통해 밝힌다.
본 논문은, H,264/AVC 비디오 코덱의 저전력용 CAVLC 디코더를 위한 coeff_token 회로의 면적을 최적화 한 설계를 제시한다. CAVLC 디코더의 전력 소비를 줄이기 위해서 coeff_token 회로에서의 메모리 참조 빈도수를 줄이는 여러 가지 방법이 제안되어 왔다. 본 논문에서는 기존의 저전력용으로 개발된 coeff_token 회로 중 가장 전력 소비가 낮은 방식의 메모리 구조와 수식 계산 회로를 변형시켜서 전력 소비를 같은 수준으로 유지하면서도 면적을 더욱 줄이는 방법을 제안한다. 본 연구결과를 삼성 0.18 um 공정을 대상으로 합성한 결과 기존 방식에 비해서 1.1% 면적이 줄어드는 성과를 거두었다.
본 논문에서는 소비 에너지 분석을 통한 이족보행로봇의 저전력 보행 보정 기법을 제안하였다. 먼저 이족 로봇의 보행 기본자세의 각 축별 소비 에너지를 분석하여 소비 에너지를 절감하는 기본 보행 자세를 구현하였다. 이족 로봇의 보행 기본자세를 무릎 구부리는 자세로 정하여 소비에너지를 줄이고, 무게중심을 낮추어 자세 안정성을 향상하였다. 이족로봇의 보행시 모터 전류를 측정하여 좌우 다리의 소비 전력을 분석하고, 이를 바탕으로 좌우 에너지 불균형을 제거하도록 보행 자세를 보정하였다. 보행 기본자세의 좌우 소비 전력을 고르게 분포시키게 자세를 보정함으로서 전체 소비 에너지를 감소시키고, 로봇의 좌우 자세 균형을 맞추어 보행시 안정성을 향상하였다. 제안한 소비 에너지 분석을 통한 저전력 보행 구현 방법은 임베디드시스템 기반의 소형 이족 로봇을 실제 제작하여 보행 실험을 통해 성능을 검증하였다.
최근 그린IT가 주요 사업으로 급부상하면서 다양한 분야에서 소비전력 저감 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 멀티미디어서비스 발전에 따라 '국내 셋톱박스가 2,000만대 이상 보급되었으나 미사용 대기시간에도 상당한 양의 전력을 소비하여 국가 전력 수급에 많은 영향을 주고 있어 이에 대한 해결방안이 시급히 요구되고 있는 상황이다. 방송 서비스 사업자는 방송 콘텐츠의 활용성 증대, H/W교체 주기 연장 및 소비전력 저감 등의 이점으로 인하여 저전력 모드를 지원하는 셋톱박스에 가상화 서비스 제공 기술을 적용하기 위한 방법을 또한 모색하고 있다. 본 논문은 셋톱박스의 발전 방향이 하이브리드화, 고기능/복합화 함으로써 소비전력이 더욱 증가하고 있으므로 셋톱박스의 소비전력 저감을 보장하고, 가상화 서비스를 제공하기 위한 고려사항과 에너지 효율성을 보장하는 방법을 제공한다.
최근 많은 광대역 유무선 통신 응용분야에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 표준기술로 채택하고 있다. OFDM 방식의 고속 무선 데이터 통신을 위한 FFT 프로세서는 일반적으로 DSP(Digital Signal Processing)로 구현되었으나, 큰 전력 소비를 필요로 한다. 따라서, OFDM 통신방식의 단점인 전력문제를 보완하기 위해서 전류모드 FFT LSI가 제안되었고, 저소비전력 전류모드 FFT LSI를 동작시키기 위해서는 전류모드를 전압모드로 바꾸는 VIC(Voltage to Current Converter) 그리고 다시 전류모드를 전압모드로 바꾸어 주는 IVC(Current to Voltage Converter)가 필요하다. 그러나, OP-AMP로 구현되는 종래의 IVC는 회로규모가 크고, 전력소비가 크며, LSI 내에 크고 정확한 높은 저항을 필요로 한다. 또한 전류모드신호처리에서 많이 이용되는 Current Mirror 회로 등의 출력단자로부터 전류신호를 입력받은 경우, 입력단자간의 전위차가 발생하며, DC offset 전류가 발생하는 등의 문제점을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 저전력 동작이 가능하고, 향후, single chip 응용이 가능한 IVC를 $0.35{\mu}m$ 공정에서 설계함으로서, $0.35{\mu}m$ 공정에서의 전류모드 FFT LSI의 전압모드 출력이 가능해졌다 설계된 IVC는 FFT LSI의 출력이 디지털신호로 환산한 ${\pm}1$인 점을 감안하여, 전류모드 FFT LSI의 출력이 $13.65{\mu}A$ 이상일 때에 3.0V의 전압을 출력하고, FFT LSI의 출력이 $0.15{\mu}A$ 이하일 때에 0.5V 이하의 전압을 출력하도록 하였으며, IVC의 총 소비전력은 약 1.65mV이하로 평가되었다.
본 논문은 버스의 소비 전력을 비용 함수로 정의하여 버스의 소비 전력을 줄이는 버스 기반 평면계획을 제안한다. 기존 버스 기반 평면계획의 비용함수는 버스의 면적만을 줄이고 버스의 소비전력은 고려하지 않았다. 그러나 버스의 분할 설계 방식을 가정한 경우 버스의 소비 전력이 면적에 반드시 비례하지는 않기 때문에 기정의 비용함수로는 버스의 소비 전력을 반영할 수가 없다. 본 논문에서는 버스 분할 설계 기법이 적용된 경우를 가정하고 버스에 연결된 블록간의 통신량과 실제 거리를 고려하여 버스의 소비 전력을 비용함수에 추가하였다. 실험 결과 새로운 비용함수를 사용한 버스 기반 평면계획에서는 버스의 소비 전력에 관련된 값이 평균 11.43%만큼 감소하였다.
현재 사용되는 PDA, 핸드폰 등의 이동기기는 보다 좋은 성능과 향상된 기능에 대한 시장의 지속적인 요구로 고성능을 요구하는 응용 프로그램이 점차 추가되고 있다. 이에 고성능 프로세서의 탑재가 일반화 되고 있으며, 그에 따른 전력 소비 또한 증가하고 있다. 시스템 전력 사용량의 증가 문제를 해결하고자 DVS기법, DPM기법 둥이 제시되었으나 모바일 기기에 저전력 프로세서의 탑재가 일반화 되면서 전체 에너지 소비측면에서 디바이스의 비중이 상대적으로 증대되어 기존 스케줄링 기법은 하나의 시스템 요소만을 위한 최적화 방법을 제시할 뿐 전체 시스템의 에너지 소비를 최적화시키지는 못하게 되었다. 이에 본 논문에서는 이동기기에서 프로세서의 속도를 결정하는 과정과 스케줄러가 태스크의 우선순위를 결정하는 과정에 있어 단위 시간당 디바이스의 에너지 소비가 프로세서의 단위 시간당 에너지 소비보다 큰 현실을 반영하여, 태스크의 실행 중 필요한 디바이스의 전력 소모량을 기준으로 스케줄러가 프로세서 최적화 정책과 디바이스 최적화 정책 중 올바른 스케줄링 정책을 선택하여 프로세서의 속도를 결정하고 실행순서를 조절함으로써 시스템의 가용시간을 향상시키는 기법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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