• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2003년도 하계종합학술대회 논문집 Ⅲ
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• pp.1347-1350
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• 2003

본 논문에서는 instruction과 data cache로 나누어지는 L1 cache를 가진 시스템에서 instruction과 data cache 각각의 block 크기 변화가 전체 시스템의 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 이를 위하여 SPEC CPU 벤치마크 프로그램을 입력으로 하는 SimpleScalar를 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 본 연구를 통해서, instruction과 data 각각의 특성에 맞는 cache block 크기를 사용하는 것이 일률적인 cache block 크기를 사용하는 것에 비하여 전체 시스템의 성능을 더욱 향상시켜 준다는 것을 보여준다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.1-10
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• 2015

In this paper, we propose a new variable latency L1 data cache architecture for multi-core processors. Our proposed architecture extends the traditional variable latency cache to be geared toward the multi-core processors. We added a specialized data structure for recording the latency of the L1 data cache. Depending on the added latency to the L1 data cache, the value stored to the data structure is determined. It also tracks the remaining cycles of the L1 data cache which notifies data arrival to the reservation station in the core. As in the variable latency cache of the single-core architecture, our proposed architecture flexibly extends the cache access cycles considering process variation. The proposed cache architecture can reduce yield losses incurred by L1 cache access time failures to nearly 0%. Moreover, we quantitatively evaluate performance, power, energy consumption, power-delay product, and energy-delay product when increasing the number of cache access cycles.

• 전자공학회논문지CI
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• 제46권5호
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• pp.1-13
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• 2009

캐시 에너지의 소비 전력을 줄이기 위해 필터 캐시가 제안되었다. 이와 같은 필터 캐시의 사용으로 인해 50% 이상의 전력 사용 감소 효과를 가져왔으나, 상대적으로 시스템 성능은 평균 20% 가량 감소되었다. 필터 캐시의 사용으로 인한 이 같은 성능 감소를 최소화하기 위해서, 여러 가지 형태의 필터 캐시 예측가 제안 되었다. 본 논문에서는 기존에 제안된 주요 필터 캐시 예측 모델들을 소개하며, 각각의 방식에 있어서의 핵심 특징 및 해당 방식의 문제점을 분석한다. 분석 결과, 필터 캐시의 참조 실패를 야기하는 기존 방식의 중요한 문제점을 확인하였으며, 이를 바탕으로 본 논문에서는 개선된 형태의 새로운 필터 캐시 예측기 모델을 제안한다. 제안된 방식은 MSB라 불리는 참조 비트를 고안하여 이를 기존의 필터캐시와 BTB에 새롭게 활용한다. 본 논문에서 제안된 방식의 성능을 검증하기 위해 SimpleScalar 시뮬레이터와 MiBench 응용 프로그램을 활용하여 모의실험을 수행하였다. 실험 결과 제안된 방식은 기존 방식 대비, 필터 캐시 예측 실패율, 필터 캐시 활용률 및 전력 소모량 시간 지연 등 모든 면에서 평균 5%의 성능 향상을 가져 왔다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제13A권2호
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• pp.101-110
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• 2006

대용량의 데이터 처리가 요구되는 내장형 시스템에서 메모리의 비중은 아주 중요하며, 특히 제한적인 메모리를 최적으로 이용하기 위하여 응용의 특성을 활용하는 온칩(on-chip) 메모리 구조의 설계가 필요하다. 본 논문에서는 멀티미디어 응용을 위한 내장형 시스템에서 저전력을 위하여 작은 용량으로 설계되었으나 우수한 성능을 보이는 데이터 캐쉬(data cache)가 제안된다. 제안되는 캐쉬는 컴파일러의 도움 없이 구조적인 특징과 간단한 동작 메커니즘만을 이용하여 해당 응용의 데이터 지역성(data locality)을 효과적으로 반영할 수 있도록 작은 블록 크기를 지원하는 4KB 용량의 직접사상 캐쉬(direct-mapped cache)와 큰 블록을 지원하는 1KB 용량의 완전연관 버퍼(fully-associative buffer)로 구성되어 진다. 전체 5KB의 작은 캐쉬 용량으로 인한 성능 저하를 보완하기 위하여 멀티미디어 응용의 알고리즘 특성을 기반으로 응용 적응적인 다중 블록 선인출(adaptive multi-block prefetching) 기법과 효과적 블록 필터링(effective block filtering) 기법이 제안되었다 시뮬레이션 결과에 따르면 제안된 5KB 캐쉬는 기존의 16KB 4-way 집합연관 캐쉬와 동등한 성능을 보이면서 소비 전력 면에서는 40% 이상의 감소를 보이고 있다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제27권7호
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• pp.9-16
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• 2022

오늘날, 4차산업혁명의 도래와 함께 사물인터넷(Internet of Things (IoT)) 시스템이 빠르게 발전하고 있다. 이러한 이유로, 고성능 및 대용량의 다양한 애플리케이션이 등장하고 있다. 따라서, 이러한 애플리케이션을 가지는 컴퓨팅 시스템을 위한 저전력 및 고성능 메모리가 필요하다. 본 논문에서는 컴퓨팅 시스템에서 가장 많은 에너지 소비가 발생하는 L1 캐시 메모리에 대한 효과적인 구조를 제안하였다. 제안된 캐시 시스템은 크게 L1 메인 캐시와 버퍼캐시로 구성되어 진다. 메인 캐시는 2-뱅크 시스템으로, 각 뱅크는 2-웨이 연관사상으로 구성된다. L1캐시에서 접근 성공이 발생하면 제안된 알고리즘에 따라 데이터가 버퍼캐시에 복사가 된다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 제안된 L1 캐시 시스템은 기존 4웨이 연관사상 캐시 메모리에 비해 에너지-지연에서 약65%의 성능향상을 보였다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제37권5호
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• pp.292-303
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• 2010

온칩(on-chip) 캐쉬는 외부 메모리로의 접근을 감소시키며 빈번하게 접근되기 때문에 내장형 시스템의 성능과 에너지 소비 측면에서 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 내장형 시스템에 맞추어 설계된 2-레벨 데이터 캐쉬 메모리 구조를 제안하고자 한다. 레벨1(L1) 캐쉬의 구성으로 작은 크기, 직접시장(direct-mapped) 그리고 바로쓰기(write-through)를 채용한다. 대조적으로 레벨2(L2) 캐쉬는 보통의 캐쉬 크기와 집합연관(set-associativity) 그리고 나중쓰기(write-back) 정책을 채용한다. 결과적으로 L1 캐쉬는 빠른 접근 시간을 가지며 (한 사이클 이내) L2 캐쉬는 전체 캐쉬의 미스율(global miss rate)을 낮추는데 효과적이다. 작은 크기의 L1 데이터 캐쉬로 인한 증가된 캐쉬 미스율(miss rate)을 줄이기 위해 ECP(Early Cache hit Predictor)기법을 제안하였다. 제안된 ECP기법은 L1 캐쉬 히트 예측을 통해서 요청된 데이터가 L1 캐쉬에 있는지 예측할 수 있으며 추가적으로, ALU를 필요로 하지 않고 빠르게 유효주소(effective address)계산을 할 수 있다. 또한, 두 캐쉬 계층간 바로쓰기(write-through) 정책에서 오는 빈번한 L2 캐쉬 접근으로 인한 에너지 소비를 줄이기 위해 지정웨이 쓰기(one-way write) 기법을 제안하였다. 제안된 지정웨이 쓰기 기법을 이용하면 바로쓰기 정책으로 인한 L1 캐쉬에서 L2 캐쉬로의 쓰기 접근시 태그(tag) 비교 과정을 거치지 않고 하나의 지정된 웨이를 바로 접근할 수 있다. 사이클 단위 정확도의 시뮬레이터와 내장형 벤치마크를 이용한 실험 결과 본 논문에서 제안한 2-레벨 데이터 캐쉬 메모리 구조는 평균적으로 3.6%의 성능향상과 50%의 데이터 캐쉬 에너지 소비를 감소 시켰다.

• 정보과학회 논문지
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• 제41권11호
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• pp.871-877
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• 2014

캐쉬 교체 기법은 캐쉬 미스를 감소시키기 위해서 개발되었다. 마이크로프로세서와 주기억장치의 속도 차이를 해결하기 위해서는 캐쉬 교체 기법의 성능이 중요하다. 일반적인 캐쉬 교체 기법으로는 LRU 기법이 있으며 대부분의 마이크로프로세서에서 캐쉬 교체 기법으로 LRU 기법을 사용한다. 그러나, 최근의 연구에 따르면 LRU 기법과 최적 교체(OPT) 기법 간의 성능 차이는 매우 크다. LRU 기법의 성능은 많은 연구를 통해서 검증되었지만, 캐쉬 사상방식이 높아질수록 LRU 기법과 OPT 기법의 성능 차이는 증가한다. 본 논문에서는 기존의 LRU 기법을 활용하여 캐쉬 성능을 향상시키는 캐쉬 교체 기법을 제안하였다. 제안된 캐쉬 교체 기법은 캐쉬 블록의 접근율에 따라 교체 대상을 선정하여 캐쉬 블록을 교체시킨다. 제안된 캐쉬 교체 기법은 512KB L2 캐쉬에서 기존의 LRU 기법과 비교하여 평균 15%의 미스율을 감소시켰고, 프로세서 성능은 4.7% 향상됨을 알 수 있다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제36권5호
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• pp.412-421
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• 2009

NAND 플래시 메모리는 특성상 덮어쓰기 연산이 불가능하기 때문에 지움 연산이 선행되어야 하므로 I/O 처리 속도가 느려지게 되어 성능저하의 원인이 된다. 또한 지움 횟수가 제한적 이어서 지움 연산이 빈번히 발생하게 되면, NAND 플래시 메모리의 수명이 줄어든다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 NAND 플래시 메모리의 특성을 고려한 쓰기 지연 기법을 사용하면, 쓰기 횟수가 줄어들어 I/O 성능 향상에 도움이 되지만, 캐시 적중률이 낮아진다. 본 논문은 NAND 플래시 메모리 파일 시스템을 위한 더블캐시를 활용한 페이지 관리 정책을 제안한다. 더블 캐시는 실질적인 캐시인 Real Cache와 참조 페이지의 패턴을 관찰하기 위한 Ghost Cache로 구성된다. 이 정책은 Ghost Cache에서 쓰기를 지연함으로써 Real Cache에서의 적중률을 유지할 수 있고, Ghost Cache를 Dirty 리스트와 Clean 리스트로 구성하여 Dirty 페이지에 대한 탐색 시간을 줄임으로써 쓰기 연산 성능을 높인다. 기존 정책들과의 성능을 비교한 결과 제안된 정책이 기존 정책들에 비해 평균적으로 적중률은 20.57%, 그리고 I/O 성능은 20.59% 우수했고, 쓰기 횟수는 30.75% 줄었다.

• 정보보호학회논문지
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• 제30권6호
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• pp.1237-1246
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• 2020

최근 마이크로 아키텍처의 취약점을 이용하여 내부의 비밀 정보를 노출시키는 캐시 부채널 공격들이 제안되었다. 캐시 부채널 공격 중 Flush+Reload 공격은 높은 해상도와 낮은 노이즈 특성으로 인해 여러 악의적 응용 공격에 활용되고 있다. 본 논문에서는 CPU 캐시 활동을 관측할 수 있는 PCM(Performance Counter Monitor) 기능을 이용하여 캐시 기반 부채널 공격을 찾아낼 수 있는 탐지기를 구현하였다. 특히, Spectre 공격과 AES 암호 연산 중 비밀 키 추출 공격이 발생했을 때를 가정하여 PCM 카운터 값의 변화를 관측하였다. 실험 결과, PCM의 4가지 카운터 특성이 캐시 부채널 공격에 크게 반응함을 확인하였고, SVM(Support Vector Machine). RF(Random Forest), MLP(Multi Level Perceptron)와 같은 머신 러닝 기반 검출기를 통해 높은 정확도로 캐시 부채널 공격을 탐지할 수 있었다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.1-12
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• 2010

지난 수십 년 동안 프로세서의 성능은 크게 발전하여 왔다. 하지만, 공정 기술의 발달에 기인한 프로세서의 급속한 성능 향상은 최근 들어 몇 가지 문제점들에 직면하고 있다. 반도체 공정 기술이 크게 발전하면서 회로 집적도가 급속도로 높아짐에 따라서 단위 면적당 소모되는 전력량의 증가와 그에 따른 열섬 현상이 대표적인 문제점으로 인식되고 있다. 이와 같은 최근 상황에서, 최신의 프로세서를 설계할 때에는 전력 효율성 향상과 온도 제어 기술이 반드시 함께 고려되어야만 한다. 본 논문에서는 프로세서에서 소비되는 전력의 상당 부분을 차지하고 있는 명령어 캐쉬의 전력 효율성을 향상시키기 위해 사용되는 대표적인 기법 중 하나인 필터 캐쉬 구조에서 발생하는 필터 캐쉬의 온도 상승 문제를 해결하기 위한 기법을 제안함으로써 저전력과 저온도 유지를 동시에 해결하고자 한다. 제안하는 변형 필터 캐쉬 구조는 세 가지로 분류된다. 프로세서가 명령어를 요청 시 필터 캐쉬와 메인 캐쉬를 선택적으로 접근하도록 하는 바이패스 필터 캐쉬 구조, 동일한 크기의 필터 캐쉬를 하나 더 추가하여 기존의 필터 캐쉬와 추가한 필터캐쉬를일정시간동안 번갈아 접근하도록하는 중복필터캐쉬구조, 그리고기존의필터캐쉬를두 개의독립된 필터 캐쉬로 분할하여 요청 명령어에 따라선택적으로 접근되도록 하는 분할필터 캐쉬 구조이다. 본논문에서는 제안된 변형 필터 캐쉬 기법들의 효율성을 정확하게 측정하기 위하여 Wattch 시뮬레이터와 Hotspot을 사용하여 모의실험을 수행한다. 모의실험결과, 본 논문에서 제안하는 세 가지 기법 중 분할 필터 캐쉬 구조가 저온도 필터 캐쉬유지에 가장 적합한 구조임을 확인할 수 있다.