Today`s high-performance embedded systems include processors running at GHz and DRAMs with several hundreds of MB capacity. DRAMs are one of the main players consuming a large portion of the total system energy. This trend is becoming more apparent in larger scale systems such as desktops, servers, and so forth. Since energy efficiency is critical in embedded systems, reducing DRAM energy consumption is able to prolong the lifetime of battery-operated embedded/portable systems. A large body of work has been studied to reduce DRAM power and energy consumption. Most of such work focus on effectively utilizing low-power modes supported by commodity DRAM devices. However, use of low-power modes requires performance sacrifice. Energy saving gain can be counterbalanced or even gets worse. To this end, we proposes DRAM energy-aware data prefetching scheme with memory traffic clustering to reduce DRAM energy consumption. Both DRAM power reduction by memory traffic clustering and performance improvement by prefetching result in energy reduction in proposed scheme. The proposed scheme shows up to 77\% and average 59\% of DRAM energy reduction with small area and energy overheads. In this thesis, we study nature of the DRAM energy consumption, various DRAM power and energy reduction schemes proposed thus far, and our proposed DRAM energy-aware data prefetching scheme.
갈수록 높아지는 컴퓨팅 성능 요구로 인해 근래의 고성능 내장형 시스템에서는 수 GHz 에서 동작하는 프로세서와 수백 MB 용량의 DRAM이 사용되고 있다. DRAM의 에너지 소비는 전체 시스템 에너지 소비에 상당부분 차지하며 이러한 동향은 데스크탑, 서버 등과 같은 컴퓨터 시스템에서 더욱 뚜렷하게 나타나고 있다. 따라서 DRAM 에너지 소비를 줄이는것은 전체 시스템 에너지 소비를 줄이는데 상당부분 기여할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 특히나 배터리를 전원으로 사용하는 내장형/이동형 시스템에서는 에너지 소비가 시스템 동작시간에 중대한 영향을 끼치므로 DRAM 에너지 소비를 줄임으로써 보다 오랜 시간 시스템을 동작 가능케 할 수 있다. 많은 연구들이 DRAM 전력과 에너지 소비를 줄이기 위해 제안되었으며 대부분의 연구들은 DRAM 에서 제공되는 저전력 모드를 보다 효과적으로 이용하는데 초점을 맞추고 있다. 하지만 저전력 모드를 사용하는것은 시스템 성능저하를 일으키게 된다. 따라서 에너지 절약의 이득이 성능저하로 인해 상쇄되거나 혹은 더욱 나빠질 수 있다. 이에 따라, 본 학위논문에서는 DRAM 에너지 소비를 줄이기위한 프리페칭 기반의 메모리 접근 클러스터링 기법을 제안한다. 프리페칭을 통해 잠재적인 메모리 접근을 예측하고 예측된 잠재적인 메모리 접근들을 Datapath로 부터 유발된 메모리 접근에 뒤따라 접근하도록 클러스터링을 하는것이 제안하는 기법의 핵심이다. 제안하는 기법에서는 메모리 접근 클러스터링을 통한 DRAM 전력 소비 감소와 프리페칭을 통한 시스템 성능 향상 모두가 에너지 소비를 줄이는데 기여하였다. 실험 결과, DRAM 에너지 소비는 최대 77\% 그리고 평균 59\%가 제안된 기법으로 감소하였다.
