A 3D computer graphics (3DCG) library is implemented for mobile multimedia systems. The developed library is based on fixed-point arithmetic for low energy consumption. To achieve high performance, the library is optimized at both the assembly and the algorithm levels on 3 different Advanced RISC Machines (ARM) processors. In order to enhance energy efficiency as well as performance, a series of simulations have been performed on application program with various cache configurations. In the CPU cache analysis, it is found that a 2-way set associative cache consumes low energy with negligible performance degradation. In this cache system, I can accomplish 16% energy saving compared to a 4-way conventional cache architecture, with only a 0.7% performance degradation on an average, running mobile 3D graphics application. For the texture cache analysis, I present a new texture maps representation, Recursive-Sub-Block (RSB). With RSB using bilinear filtering as a texture filtering and sampling method, I can accomplish 36% miss rate reduction, 26.7% execution time saving and 33.6% energy saving on an average compared with conventional texture maps representations in 1KB cache system. I will also perform the image quality comparison between four filtering methods in mobile applications and I can accomplish high quality of texture mapping with acceptable energy consumption with bilinear MIPMAP. Finally, series of simulations are performed to find the energy-efficient cache configurations and it is found that a 4K byte direct mapped texture cache shows good energy-efficiency.
휴대용 멀티미디어 시스템에서 3차원 그래픽스를 구현하기 위한 라이브러리가 설계되었다. 설계된 라이브러리는 낮은 에너지 소모를 위해서 고정소수점 연산을 한다. 라이브러리는 3가지 ARM 환경하에서 어셈블리 레벨과 여러 알고리즘 레벨에서 최적화 되었다. 에너지 측면에서의 고려를 위해 캐쉬 구조에 대한 분석이 행해졌으며, 2-WAY 캐쉬구조가 일반적인 4-WAY 캐쉬구조보다 0.7%의 성능감소를 가지면서 16%의 에너지 절약을 보였다. 텍스쳐 캐쉬 분석을 위해 먼저 "아래블럭으로의 반복적인 세부블럭화" 라는 새로운 텍스쳐 멥의 표현방식을 제안하였다. 이방법을 사용하면, 기존의 방식에 비해 36%의 미스율 저하, 26.7%의 빠르기 증가, 33.6%의 에너지 절약이라는 이득을 볼 수 있다. 나아가 4가지 필터링 방법에 대한 비교를 수행하였으며, 바이리니어 밉맵 구조가 이미지 질적인 면과 에너지 면을 고려하였을 경우 모바일환경에서 가장 효율적임을 보였다. 마지막으로 텍스쳐 캐쉬 사이즈 면에서의 분석을 하였으며, 4K바이트 텍스쳐캐쉬사이즈가 에너지측면과 사이즈를 고려하였을 때 가장 효율적임을 보였다.
