In this paper, we explore the energy optimization of the multi-core processor with 3D stacked cache memory based on thin-film thermoelectric coolers (TFTEC). 3D integrated circuit is suitable for applications requiring small size, high performance and memory capacity. However, 3D integration incurs high power density owing to high temperature and high leakage power. TFTEC as active cooler can be used to deal with high temperature and high leakage energy consumption and eventually to reduce overall energy consumption. Experimental results show that 3D processor with TFTEC achieves a reduction of total energy consumption of both processor and TFTEC comparing with processor without TFTEC under a given task’s deadline and temperature constraints. Runtime process to minimize total energy consumption of both processor and TFTEC is also proposed.
최근에 스마트폰이나 태블릿 PC그리고 노트북 등과 같은 휴대용 모바일 기기의 사용이 점점 증가하여 거대한 시장을 이루어가고 있다. 이러한 모바일 시스템에 대한 연구와 개발이 깊이 이루어지고 있는데, 모바일 시스템의 특징은 에너지와 온도에 민감한 제한을 갖고 있다는 점과, 이러한 제한과 함께 높은 성능과 메모리 용량, 더 나아가 작은 기기의 크기를 요구한다. 이 논문에서는 이러한 요구를 충족시키기 위해 캐시 메모리를 프로세서 (멀티 코어) 위에 적층하는 3차원 집적을 이용하였다. 그러나 3차원 집적의 가장 큰 단점으로 높은 전력 밀도에 기인한 온도와 누설 전력 문제가 있는데, 이것은 모바일 시스템에 대해서 큰 문제가 될 수 있다. 문제를 해결하기 위해, 아키텍처 측면인 Dynamic voltage and frequency scaling (DVFS)과 Power gating (PG)를 사용하였으며, Passive cooling으로서 Heat sink를 Active cooling으로서 에너지와 물리적 크기 측면에서 효율이 좋은 박막 열전 소자를 이용하여 모바일에서 중요한 고려 대상인 온도와 에너지 문제에 대해 집중하였으며, 특히 에너지 소비의 최소화에 대한 문제를 풀었다. 특히 박막 열전 소자를 이용하여, 비록 냉각을 위해 전력 소비가 들지만, 그 에너지 소비를 포함하여 누설 전력을 낮춤으로서 전체 프로세서의 에너지 소비를 줄일 수 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 이를 위한 Runtime 알고리즘을 제안하였다.
