In this thesis, the efficient interface logic for multimedia processing, named as the bandwidth equalizer (BEQ) was implemented as a part of RAMP-IV (Ram Processor IV) mobile multimedia processor with 0.16㎛ DRAM process. To reduce the communication cost and power consumption, BEQ uses the adaptive flow control with delayed activation and partial word-line activation schemes. To achieve the further efficient memory utilization, the internal 1KB dual-port SRAM is used as a scratch pad memory of main processor. With flow control, BEQ shows 3.5㎽ power consumption while preventing CPU interrupts for typical test cases. To realize the real time 3D graphics in mobile applications, the optimal architecture of 3D geometry processing unit was analyzed by simulating the 3D applications on the various advanced RISC machines (ARM) processor platforms which are the main processor of RAMP-IV system. From the system level analysis, the mobile graphics library (MobileGL) based on OpenGL specification was developed with fixed point arithmetic operations optimized to architecture of ARM processors. MobileGL shows the 150K vertices/sec geometry performance that is suitable for mobile devices such as personal digital assistants (PDA). For better performance enhancement for RAMP-IV processor, the 3D geometry coprocessor, SATINE, was proposed to accelerate the geometry operations. The SATINE coprocessor has the 4 way 128 bit integer SIMD unit optimized for the 3D operations in the datapath instead of vector floating point unit for the low cost and high performance. The stream processing and script execution were used to maximize the performance of computation for the vertex data of 3D geometry model. The master request interface (MRI) was designed to obtain the parallel utilization of two datapaths of the main processor and coprocessor. The proposed architecture shows the 1.67M vertices/sec and 400K vertices/sec polygon calculation rates for the un-lit and lit model, respectively at the operating frequency of 200MHz with ARM9 compatible main processor. The improvement was up to 150 times compared with the conventional architecture.
본 논문에서는 멀티미디어 처리를 위한 효율적인 interface logic인 bandwidth equalizer (BEQ)가 설계 되었고, RAMP-IV (Ram Processor IV) mobile multimedia processor 칩 내에 0.16㎛ DRAM process를 사용하여 구현되었다. Communication cost와 전력 소비를 줄이기 위해 delayed activation과 partial word-line activation방법을 이용한 adaptive flow control 기법이 고안되었다. 더 향상된 메모리 사용을 위해 내부의 1KB dual-port SRAM이 주 프로세서의 scratch pad memory로 사용되도록 하였다. BEQ는 flow control을 통해 일반적인 테스트에 대해 주 프로세서에 인터럽트를 발생시키지 않으면서 3.5㎽의 전력을 소비하며 멀티미디어 데이터의 큐 동작을 수행하였다. 그리고 휴대용 기기에서 실시간 3D graphics를 수행하기 위해, RAMP-IV system의 주 프로세서로 사용되는 Advanced RISC Machines (ARM) 프로세서 플랫폼에서 3D 응용프로그램을 수행하여 최적화된 3D 기하 연산부의 구조를 분석하였다. 시스템 레벨 분석을 통해, ARM 프로세서 구조에 최적화 되어 있는 고정 소수점 연산을 사용한 mobile graphics library (MobileGL)를 개발하였다. OpenGL graphics library에 바탕을 둔 MobileGL은 150K vertices/sec의 기하 연산 속도를 보여주고, 이는 PDA와 같은 휴대용 기기에 적합하다. 또한 RAMP-IV 프로세서에서의 더 나은 성능 향상을 위해 3D 기하 연산을 가속하는 3D geometry coprocessor (이하 SATINE coprocessor)를 제안하였다. SATINE coprocessor는 저전력과 고성능을 위해 vector floating point unit대신 3D 기하 연산에 최적화된 4 way 128 bit integer SIMD unit을 datapath에 가지고 있다. 3D 모델의 vertex 계산 성능을 최대화하기 위해 stream processing과 script execution 기능이 사용되었고, 주 프로세서와 SATINE coprocessor의 datapath를 동시에 사용하기 위해 master request interface (MRI)가 설계되었다. 제안된 구조는 ARM9 주 프로세서와 함께 200㎒ 동작 주파수에서 light 계산이 필요한 polygon과 필요하지 않은 polygon에 대해 각각 400K vertices/sec와 1.67M vertices/sec의 기하 연산 성능을 보여주며, 이는 기존의 구조에 대해 150배 정도의 성능 향상을 나타낸다.
