바이트 인코딩 기법을 이용한 저전력 데이터 캐시 구조

Abstract

최근의 이동형 컴퓨팅 환경에서의 내장형 프로세서는 본래의 목적 이외에 다양한 프로그램 수행 능력을 필요로 하게 되었고, 또한 고성능을 요구하게 되었다. 이로 인해 전력 소모가 급격하게 증가하게 되었으나, 이동성을 고려하여 이전보다 적은 전력 소모를 요구하고 있다. 본 논문은 캐시내의 존재하는 많은 워드 데이터가 자주 사용되는 몇몇 워드들로 구성된다는 점과 이러한 워드 값들의 대부분이 1 바이트로 표현 가능하다는 관찰로부터 전력 소모를 줄일 수 있는 데이터 캐시 구조를 제안하고자 한다. 자주 사용되는 워드 값들은 8 비트, 1 바이트로 인코딩되어 저장되고, 인코딩된 워드 값을 읽어 올 때, 1 바이트 만을 읽어 온 후 원래의 워드 값으로 복원한다. 따라서 인코딩 된 워드 값 접근 시, 4 바이트를 접근하지 않고 1 바이트만을 읽고 씀으로써 나머지 바이트를 접근하는데 소모되는 동적 전력을 줄일 수 있다. 또한 자주 사용되는 워드의 나머지 바이트들의 메모리 셀에 대해 전압을 차단함으로써 정적 전력을 줄일 수 있다. 시뮬레이션을 통해 성능 평가를 하였으며, MiBench와 MediaBench 벤치마크를 통해 일반 캐시에 비해 15%의 전력 감소를 얻을 수 있었고, 기존의 자주 사용되는 워드를 이용하여 에너지 소모를 줄인 FVC(Frequent Value Cache) 방법에 비해 약 1.5배의 전력 소모를 더 줄일 수 있었다. 또한 기존의 FVC와 달리 ASP(Application Specific Processor)뿐만 아니라 GPP(General Purpose Processor)에도 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.