• 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.

• 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.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.9-16
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• 2009

최신의 멀티코어 프로세서를 설계할 때에는 성능과 함께 전력 효율성이 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 싱글 코어 프로세서의 명령어 캐쉬에서 소비되는 전력을 줄이기 위해 사용되는 대표적 기법중 하나인 필터 캐쉬 구조를 멀티 코어 프로세서에 적용하기 위한 새로운 방안을 제시하고자 한다. 명령어 캐쉬는 프로세서 전체에서 소비되는 전력의 상당 부분을 차지하고 있기 때문에, 변형 필터 캐쉬 구조를 이용한 저전력 명령어 캐쉬 설계는 멀티 코어 프로세서의 전력 소비를 줄이는데 있어서 중요한 역할을 담당할 수 있다. 제안하는 변형 필터 캐쉬 구조는 멀티코어 프로세서에서 필터 캐쉬에 대한 희생 캐쉬를 추가함으로써 1차 명령어 캐쉬에 대한 접근 횟수를 감소시키는 방법을 이용하여 명령어 캐쉬에서 소비되는 총전력을 줄일 수 있다. 제안하는 명령어 캐쉬 구조의 효율성을 분석하기 위한 모의 실험 도구로 SimpleScalar시뮬레이터와 CACTI를 사용한다. 모의실험 결과, 제안하는 기술은 멀티코어 프로세서의 명령어 캐쉬에서 소비되는 전력을 기존의 필터 캐쉬 구조와 비교하여 최대 3.4% 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 더욱이 제안하는 구조는 기존의 필터 캐쉬 구조에 비해 보다 우수한 성능을 보여준다.