• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제21권9호
• /
• pp.1-9
• /
• 2016

Recent embedded processors employ set-associative L1 instruction cache to improve the performance. The energy consumption in the set-associative L1 instruction cache accounts for considerable portion in the embedded processor. When an instruction is required from the processor, all ways in the set-associative instruction cache are accessed in parallel. In this paper, we propose the technique to reduce the energy consumption in the set-associative L1 instruction cache effectively by accessing only one way. Gshare branch predictor is employed to predict the instruction flow and determine the way to fetch the instruction. When the branch prediction is untaken, next instruction in a sequential order can be fetched from the instruction cache by accessing only one way. According to our simulations with SPEC2006 benchmarks, the proposed technique requires negligible hardware overhead and shows 20% energy reduction on average in 4-way L1 instruction cache.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제13권6호
• /
• pp.33-39
• /
• 2008

반도체 기술의 급속한 발달과 함께 임베디드 프로세서의 성능이 점차 강력해지면서 몇 가지 문제점이 발생하게 되었다. 그 중에서도 프로세서 내에서 소비되는 에너지의 급격한 증가는 심각한 문제이다. 이러한 이유로 인해 최신의 임베디드 프로세서를 설계할 때에는 성능과 함께 에너지 효율성이 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 프로세서에서 소비되는 에너지의 상당 부분을 차지하고 있는 명령어 캐쉬의 에너지 효율성을 향상시키기 위해 후방 분기 명령어 정보를 이용하는 기법을 제안하고자 한다. 큰 크기의 주 명령어 캐쉬와 작은 크기의 순환문 캐쉬로 구성되는 제안된 기법을 통해 프로세서의 요청이 올 때 주 명령어 캐쉬와 순환문 캐쉬 중에서 하나의 캐쉬만이 선택적으로 접근되도록 하여 주 명령어 캐쉬의 접근 횟수를 크게 감소시킴으로써 우수한 에너지 효율성을 얻을 수 있다. 실험 결과, 제안하는 저전력 명령어 캐쉬는 기존의 명령어 캐쉬와 비교하여 평균 20%의 에너지 소비를 감소시킨다는 사실을 확인하였다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
• /
• 대한전자공학회 2003년도 하계종합학술대회 논문집 Ⅲ
• /
• pp.1347-1350
• /
• 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
• /
• 제14권12호
• /
• pp.9-16
• /
• 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.

• 대한전자공학회논문지
• /
• 제27권8호
• /
• pp.1201-1210
• /
• 1990

This paper proposes on-chip instruction and data cache memories on RISC reduced instruction set computer) architecture which supports fast instruction fetch and data read/write, and enables RISC processor under research to obtain high performance. In the execution of HLL(high level language) programs, heavily used local scalar variables are stored in large register file, but arrays, structures, and global scalar variables are difficult for compiler to allocate registers. These problems can be solved by on-chip Instruction/Data cache. And each cycle of instruction fetch, pad delay causes the lowering of the processors's performance. Cache memories are designed in CMOS technology and SRAM(static-RAM), that saves layout area and power dissipation, is used for instruction and data storage. To speed up and support RISC processor's piplined architecture efficiently, hardwired logic technology is used overall circuits i cache blocks. The schematic capture and timing simulation of proposed cache memorises are performed on Apollo DN4000 workstation using Mentor Graphics CAD tools.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
• /
• 제13권5호
• /
• pp.241-251
• /
• 2007

최근의 내장형 프로세서를 설계하는데 있어서는 성능 못지 않게 에너지 효율성이 중요하게 고려되어야 한다. 내장형 프로세서에서 소모되는 에너지의 상당 부분은 캐쉬 메모리에서 소모되는 것으로 알려지고 있다. 특히 1차 명령어 캐쉬는 거의 매 사이클마다 접근이 이루어지므로 상당히 많은 양의 동적 에너지를 소모하게 된다. 그러므로, 내장형 프로세서를 설계하는데 있어서 1차 명령어 캐쉬의 에너지 효율성을 높이는 기법은 프로세서의 총 에너지 소모를 줄여주는 결과로 이어질 것으로 기대된다. 본 논문에서는 내장형 프로세서에 적합한 저전력 1차 명령어 캐쉬를 설계하는 기법을 제안하고자 한다. 제안하는 기법은 명령어 캐쉬를 여러 개의 작은 서브 캐쉬들로 분할하는 기법을 통해 명령어 접근 시 활성화되는 캐쉬의 크기를 줄임으로써 1차 명령어 캐쉬에서 소모되는 동적 에너지를 감소시켜 준다. 또한, 하나의 서브 캐쉬 크기를 페이지 크기와 동일하게 함으로써 캐쉬 내에서 태그가 차지하는 칩 공간을 없애고, 태그 비교에 소모되는 에너지도 없애는 효과를 얻는다. 제안하는 1차 명령어 캐쉬는 물리적인 접근 시간 감소를 통해 캐쉬 분할로 인한 성능 저하를 최대한 줄이고, 에너지 감소 효과는 최대로 얻고자 한다. 모의 실험 결과, 제안하는 구조는 기존의 1차 명령어 캐쉬 구조와 비교하여 명령어 접근에 소모되는 동적 에너지를 평균 $37%{\sim}60%$ 감소시키는 결과를 보인다.

• 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지
• /
• 제23권9호
• /
• pp.564-571
• /
• 2017

프로세스 구동시마다 캐시 이미지를 메모리로부터 버스트 로딩하여 초기 캐시 실패를 줄이는 방법은 프로그램의 시작으로부터 초기화 부분의 지연을 줄이고 에너지 소모를 줄이는 데 효과적이다. 하지만 로딩에 사용하기 위한 적절한 캐시 이미지는 컴파일러와 인스톨러 등 소프트웨어적인 접근 방법을 이용하여 적절한 캐시 이미지를 생성하는 과정이 필요하며, 동적인 수행 특성을 보이는 프로세스의 경우 비효율적이다. 본 논문은 이러한 손실에 주목하여, 하드웨어를 부가하여 캐시 이미지를 동적으로 생성하고 관리하는 방법을 제안하고자 한다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안한 방법을 사용할 경우 프로그램의 캐시 필요량에 따른 적절한 이미지 크기를 유지할 수 있어 기존의 캐시 이미지 로딩 기법을 더욱 효율적으로 개선할 수 있었다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
• /
• 대한전자공학회 2004년도 ICEIC The International Conference on Electronics Informations and Communications
• /
• pp.204-208
• /
• 2004

Embedded business will be expanded market more and more since customers seek more wearable and ubiquitous systems. Cellular telephones, PDAs, notebooks and portable multimedia devices could bring higher microprocessor revenues and more rewarding improvements in performance and functions. Increasing battery capacity is still creeping along the roadmap. Until a small practical fuel cell becomes available, microprocessor developers must come up with power-reduction methods. According to MPR 2003, the instruction and data caches of ARM920T processor consume $44\%$ of total processor power. The rest of it is split into the power consumptions of the integer core, memory management units, bus interface unit and other essential CPU circuitry. And the relationships among CPU, peripherals and caches may change in the future. The processor working on higher operating frequency will exact larger cache RAM and consume more energy. In this paper, we propose advanced low power trace cache which caches traces of the dynamic instruction stream, and reduces cache access times. And we evaluate the performance of the trace cache and estimate the power of the trace cache, which is compared with conventional cache.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
• /
• 제28권12호
• /
• pp.685-697
• /
• 2001

캐쉬 메모리는 명령어와 데이터의 참조시간을 줄이기 위하여 프로세서에 의해 참조되어질 가능성이 높은 주 메모리의 내용을 일시적으로 저장하는 용량이 작고 빠른 메모리이다. 본 논문에서는 슈퍼스칼라 프로세서에 적용될 수 있는 네 가지 명령어 캐쉬 구조에 대하여 캐쉬 미스와 분기예측 실패를 고려한 해석적 모델을 제안하고 성능을 분석하였다. 슈퍼스칼라 구조의 다양한 파라미터들을 정의하여 명령어 페치를 모델링하였으며, 해석적 모델의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과와 비교하였다. 명령어 페치율에 있어서는 분기예측 실패로 인한 영향보다는 캐쉬 미스로 인한 성능저하가 더욱 큰 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 얻은 해석적 모델을 사용하면 시뮬레이션에서는 드러나지 않는 성능제약의 원인에 대한 명확한 규명이 가능하며, 캐쉬 성능에 있어서 캐쉬 미스와 분기예측 실패간의 관계에 대한 정확한 분석이 가능하다.

• 한국콘텐츠학회논문지
• /
• 제10권3호
• /
• pp.64-71
• /
• 2010

최근에는 프로세서의 고성능화에 따라 명령어 캐시와 데이타 캐시를 분리하는 구조의 설계가 일반적이다. 본 논문에서는 혼합 지연모델을 갖는 비동기식 명령어 캐쉬구조를 제안하며, 데이타 패스에는 지연무관인 회로모델을 적용하고 메모리 에는 번들지연모델을 도입하였다. 요소기술로는 명령어 캐시는 CPU, 프로그램 메모리와 4-상 핸드쉐이크(hand-shake) 프로토콜로 데이터를 전달하고, 8-K바이트, 4상 연관의 맵핑 구조를 가지며 Pseudo-LRU 엔트리 교체알고리즘을 채택하였다. 성능분석을 위하여 제안된 명령어 캐시를 게이트레벨로 합성하고 32비트 임베디드 프로세서와 연동하는 플랫폼을 구축하였다. 구축한 플랫폼에서 MI벤치마크 프로그램을 테스트하여 99%의 캐시히트율과 레이턴시가 68% 감소하는 결과를 얻었다.