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キャッシュ･リーク電力削減 アルゴリズムに関する定量的評価

キャッシュ･リーク電力削減 アルゴリズムに関する定量的評価. 福岡大学 ●小宮礼子　井上弘士　モシニャガ・ワシリー 九州大学 村上和彰. 発表手順. はじめに キャッシュ･リーク削減手法 切り替えアルゴリズムとその分類 比較対象モデルの決定 評価 おわりに. はじめに. プロセッサの消費電力 　＝リーク消費電力＋動的消費電力. ARM-110. 70%. プロセッサ中のリーク電力の割合 ＊. Power: 43 %. キャッシュ・メモリのリーク消費電力削減が必要 !!.

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キャッシュ･リーク電力削減 アルゴリズムに関する定量的評価

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Presentation Transcript

  1. キャッシュ･リーク電力削減アルゴリズムに関する定量的評価キャッシュ･リーク電力削減アルゴリズムに関する定量的評価 福岡大学 ●小宮礼子　井上弘士　モシニャガ・ワシリー 九州大学 村上和彰

  2. 発表手順 • はじめに • キャッシュ･リーク削減手法 • 切り替えアルゴリズムとその分類 • 比較対象モデルの決定 • 評価 • おわりに

  3. はじめに プロセッサの消費電力 　＝リーク消費電力＋動的消費電力 ARM-110 70% プロセッサ中のリーク電力の割合＊ Power: 43 % キャッシュ・メモリのリーク消費電力削減が必要!! ＊ Fred Pollack (Intel Fellow): New Microarchitecture Challenges in the Coming Generations of CMOS Process Technologies [Micro32]

  4. キャッシュ･リーク削減手法 リーク削減方式 従来方式 sleepモード (低リーク・低速) awakeモード (高速・高リーク) • 共通点 • ある粒度単位でsleepモードとawakeモードを用意 • sleepモード領域が増加→リーク削減 • sleepモードへのアクセス→ペナルティによる性能低下 • 使用されない領域のみsleepモードへ変更

  5. 相違点 • 各モードを適用する範囲 • sleepモード時のデータ取り扱い • モード切替えのタイミング →粒度 →　データ →　アルゴリズム • ＜粒度＞ • ライン • セット • ウェイ • キャッシュ全体 • ＜データ＞ • 破壊 リーク0　　，ミス数増加 • 非破壊 リーク極少，ミス数変化なし 複雑 小 制御　　リーク 簡単 大

  6. 研究目的 • 問題点 • 大域的な整理なし • 各手法の相互評価なし 研究目的： リーク削減アルゴリズムの分類と 定量的評価 • 研究手段 • リーク削減手法の大域的分類 • 各手法の定量的評価 • 粒度はライン単位， 　データ保持状態は非破壊型に固定

  7. リーク削減アルゴリズム • Sleep切替アルゴリズム • 対象ラインの状態を「低リーク/低速モード」へ変更 • 将来、参照されないであろうラインを検出 • Awake切替アルゴリズム • 対象ラインの状態を「高リーク/高速モード」へ変更 • 近い将来、参照されるであろうラインを検出 リーク消費エネルギーと性能オーバヘッドに影響

  8. 非同期 同期 ｔ T Time - Window No - Time - Window 切り替えアルゴリズムの分類 Sleepモードへの切替えアルゴリズム

  9. < TW 同期型 > 判定時期 ｔ T モード 切替 え 判定期間 < TW 非同期型 > 判定時期 ｔ T モード 切替 え 判定期間 < NTW 非同期型 > 判定時期 ｔ モード 切替 え 判定期間 < NTW イベント 型 > 判定時期 ｔ モード 切替 え 判定期間 イベント 発生 条件成立 T : Time - Window 切替えタイミング

  10. Awakeモードへの切替えアルゴリズム

  11. 比較対象モデルの決定

  12. 比較対象モデルの決定

  13. 比較対象モデルの決定

  14. 比較対象モデルの決定

  15. 比較対象モデルの決定

  16. 比較対象モデルの決定

  17. ZonC ベンチマーク 入力 プログラム SPARC シミュレータ 抽出 アドレス 実行 サイクル トレース トレース 入力 出力 実行時間 リーク 削減率 増加率 キャッシュ ・ シミュレータ 評価 • ベンチマーク:SPEC2000 • (int 12個，float 14個) • SPARCプロセッサ (アウト・オブ・オーダ実行) • 128KB，連想度2 ，データL1キャッシュ • 性能・リーク消費エネルギーの測定 • sleepラインへのアクセス・ペナルティ (SHP = Sleep Hit Penalty) →1～3cycle • sleep/awakeモードでの • 　　　　　　　　　リーク消費エネルギー • →0.08 : 1 K.Flautner, “Drowsy Caches: Simple Techniques for Reducing Leakage Power,” Proc. of the 29th Int, Symp. on Computer Architecture, pp.148-157, May 2002.

  18. 消費エネルギー・モデル LEtotal = CSize × CC × LEbit キャッシュ・サイズ(128K) プログラム実行時間：CC = CCconv + CCextra 削減方法なし 増加実行時間 サイクル当たりのSRAMセルリーク消費エネルギー: LEbit = SR × LEsbit + (1-SR) × LEabit 1bit-sleep-SRAMセル平均リーク消費エネルギー →0.08LEabit キャッシュ内のsleepモード部分の割合

  19. SHPがリーク消費エネルギー削減率に与える影響(L-S)SHPがリーク消費エネルギー削減率に与える影響(L-S)

  20. 消費エネルギー・モデル LEtotal = CSize × CC × LEbit キャッシュ・サイズ(128K) SHPにより増加!! プログラム実行時間：CC = CCconv + CCextra 削減方法なし 増加実行時間 サイクル当たりのSRAMセルリーク消費エネルギー: LEbit = SR × LEsbit + (1-SR) × LEabit 1bit-sleep-SRAMセル平均リーク消費エネルギー →0.08LEabit キャッシュ内のsleepモード部分の割合

  21. SHPが実行時間増加率に与える影響(L-S)

  22. モード切替えアルゴリズムの比較

  23. おわりに • まとめ • モード切替えアルゴリズムの分類 • 比較評価 • sleepアクセス・ペナルティの影響 • 　　→リーク削減率・実行時間へ悪影響を与える • 各アルゴリズム比較 　　→sleep : 無条件, awake : Load/Store命令発行 • 今後の課題 • 未評価アルゴリズム・粒度・データの評価 • 実行時間増加による性能低下を抑える • 制御回路を含めた評価 • マルチスレッド環境下での評価

  24. ZonCプロセッサ･モデル • SPARC64プロセッサ • トレースドリブン • Out-of-order実行方式 • ノード数 1 • CPU数 1 • コア数 1 • CPUのクロック周波数 1250MHｚ • ウォームアップ命令数 3,000,000 • 測定対象命令数 6,000,000

  25. sleepラインの割合(L-S)

  26. sleepラインの割合(L-LS)

  27. sleepラインの割合(NAC-S)

  28. sleepラインの割合(NAC-LS)

  29. sleepラインの割合(Non-S)

  30. sleepラインの割合(Non-LS)

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