共有資源の競合を考慮したチップマルチプロセッサ向け低消費電力化手法

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  • キョウユウ シゲン ノ キョウゴウ オ コウリョ シタ チップマルチプロセッサ ムケ テイショウヒ デンリョクカ シュホウ
  • Coordinated Control of Shared Resources for Energy Efficient Chip Multiprocessors

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近年，プロセッサのアーキテクチャとして複数のコアを同一チップに搭載するチップマルチプロセッサ （CMP: chip multiprocessor） が主流となっている．CMP では複数のコアが下位のメモリ階層を共有しているが，これによりチップ上の限られた資源を有効に活用できる一方で，共有資源へのアクセスが競合すると性能が低下してしまうという問題がある．また，共有資源の競合の問題は従来より用いられている動的電源電圧制御 （DVFS: dynamic voltage and frequency scaling） による省電力化の大きな障害となる．特に，性能制約を持つアプリケーションでは最適なクロック周波数・電源電圧の値がアプリケーションの性質だけでなく，競合の状況に依存して変動してしまうため，最適化が非常に困難になる．そこで本論文では，複数の共有資源へのアクセスを協調制御することで競合の状況を調整し，そのうえで DVFS によって消費電力を削減する手法を提案する．まず共有資源への協調制御が CMP の消費電力に与える影響をモデル化し，電力を最小化する協調制御を導出する．次に，モデルに基づいた協調制御手法を構築する．提案手法を評価した結果，従来の協調制御を用いない場合の DVFS 手法に比べ，2 コアの CMP の場合平均で 10%，4 コアの CMP の場合平均 8.5% の消費電力を削減できることが分かった．

In a chip multiprocessor (CMP) architecture, multiple cores usually share resources in the memory hierarchy including the last-level cache, the memory bus, and the DRAM memory banks. When applications running on different cores have their own performance constraint and is applying DVFS control to meet their constraints, conflicts in shared resources lead to a waste of power consumption. In this paper, we derive the condition where the total CPU power consumption becomes minimum by constructing a power consumption model under resource conflicts, and propose a novel method to minimize the power consumption by a cooperative access control to multiple shared resource with DVFS. The experimental results reveals that our technique can reduce 10% of power consumption on average in dual-core CMP, and 8.5% in quad-core CMP, compared with the case where only DVFS is applied.

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