Abstract
Energy consumption in the instruction cacheaccounts for a significant portion of the total processor energy consumption. Therefore, reducing energy consumption in the instruction cache is important in designing embedded processors. This paper proposes a method for reducing dynamic energy consumption in the instruction cache by partitioning it to smaller (less energy-consuming) sub-caches. When a request comes into the proposed cache, only one sub-cache is accessed by utilizing the locality of applications. By contrast, the other sub-caches are not accessed, leading todynamic energy reduction. In addition, the proposed cache reduces dynamic energy consumption by eliminating the energy consumed in tag matching. We evaluated the energy efficiency by running cycle accurate simulator, SimpleScalar. with power parameters obtained from CACTI. Simulation results show that the proposed cache reduces dynamic energy consumption by $37%{\sim}60%$ compared to the traditional direct-mapped instruction cache.
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.
