The estimation of energy consumption by processor is essential among the software optimization process in the energy aspect. But as the size and complexity of software have rapidly increased recently, the processor energy estimation is being bottlenecked in the software optimization process. Therefore a fast and accurate processor energy estimation method is necessary.
The existing processor energy estimation method can be mainly classified into two types.
The first method is the method using the cycle-accurate simulator. While this method is accurate because the energy consumption of processor is estimated using cycle-accurate simulator providing a lot of information, there is a disadvantage of taking up long estimation time.
The second method is C-code static analysis method. This is the method of estimating energy consumption of processor by directly analyzing the given c-code and while it has an advantage of being able to estimate the energy consumption within short period of time, there is disadvantage of being estimated very inaccurately.
In this paper, a processor energy estimation method using cycle-approximate simulator combining advantage of above two methods has been proposed. This method enables fast and accurate energy estimation.
소프트웨어로 인한 프로세서의 에너지 소모 예측은 소프트웨어를 에너지 소모 측면에서 최적화하는 과정 중 필수적이다. 그러나 최근 소프트웨어의 크기와 복잡도가 빠른속도로증가함에 따라 프로세서의 에너지 소모 예측이 소프트웨어를 에너지 소모 측면에서 최적화하는 과정 중 병목현상을 일으키는 주원인이 되고 있다. 그러므로 이를 해결하기 위해서는 기존의 프로세서 에너지 예측 방법에 비해 빠르면서도 정확한 에너지 예측 방법이 필요하다.
기존의 프로세서 에너지 예측방법들은 크게 두가지로 분류할 수 있다.
첫번째 방법은 cycle-accurate simulator를 사용하는 방법이다. 이 방법은 cycle-accurate simulator를 이용하여 프로세서의 에너지 소모 예측에 필요한 파라미터 값들을 제공받아 이를 바탕으로 에너지 소모를 예측하는 방법이다. cycle-accurate simulator에서 제공하는 프로파일링 정보들은 매우 정확하기 때문에 이를 이용해 프로세서의 에너지 소모를 예측하면 높은 정확성을 가지나 예측 시간이 오래걸린다는 단점이 있다.
두번째 방법은 C-code static analysis 방법이다. 이 방법은 주어진 c-code를 바로 분석해 프로세서의 에너지소모를 예측하는 방법이다. 이 방법은 c-code를 여러개의 구문으로 분류를 하여 각 구문마다 여러번의 compile을 통해 각 구문과 연관되는 어셈블리 명령어의 수와 종류를 미리 추출해 놓고 응용프로그램이 주어지면 이를 각 구문으로 분류하여 응용프로그램이 모두 수행되었을때 어떤 어셈블리 명령어들이 수행되었을지를 예측한 후 명령어 수준 전력 해석 방법에 기반하여 에너지 소모양을 계산하는 방법이다. 이 방법은 시뮬레이션을 하지 않고 에너지 소모를 예측하므로 예측시간이 매우 짧다는 장점이있다. 그러나 이 방법은 파이프라인 지연을 고려하지 않았으며 분기가 일어날 확률을 모두 같다고 가정하였기 때문에 매우 낮은 예측 정확도를 가진다는 단점이 있다.
위의 두 방법은 예측 시간이 오래걸리거나 예측 정확도가 낮다는 단점을 가지고 있으므로 최신의 소프트웨어로 인한 에너지 소모 양을 예측하는데는 부적당하다. 본 연구에서는 처음으로 cycle-approximate simulator를 사용해 프로세서와 캐쉬의 에너지 소모를 예측하는 방법을 제안하였다. Cycle-approximate simulator는 대부분 cycle-accurate simulator에 비해 에너지 예측 모델과 관련된 훨씬 적은 정보를 제공 한다. 즉, cycle-accurate simulator의 경우 대부분 프로세서 활성 상태, 파이프라인 지연, 명령어 캐시 미스, 명령어 캐시 힛, 데이터 캐시 읽기 미스, 데이터 캐시 쓰기 미스, 데이터 캐시 읽기 힛, 데이터 캐시 쓰기 힛과 같은 프로파일링 정보를 제공하는데 반해 cycle-approximate simulator는 이와 같은 정보를 대부분 제공하지 않는다. 그러므로 cycle-approximate simulator를 사용해 프로세서의 에너지 소모를 예측하기 위해서는 파이프라인 지연, 명령어 캐시 미스,명령어 캐시 힛, 데이터 캐시 읽기 미스, 데이터 캐시 쓰기 미스, 데이터 캐시 읽기 힛, 데이터 캐시 쓰기 힛과 같은 정보들를 예측해야만 한다. 본 논문에서는 cycle-approximate simulator를 이용해 이와 같은 정보를 예측하거나 프로파일링 하는 방법을 제시하였으며 이를 바탕으로 프로세서의 에너지 소모를 예측하는 방법을 제안하였다.
실험결과 본 논문에 제안된 cycle-approximate simulator를 사용한 에너지 예측 방법은 cycle-accurate simulator를 사용한 에너지 예측 방법과 비교하여 평균적으로 97%의 예측 정확성을 가지면서 평균적으로 27배 정도 빨리 에너지 소모예측이 가능한것으로 나타났다.
