Over the past decades there have been enormous efforts to minimize the energy consumption of CMOS circuit systems. Dynamic voltage scaling (DVS) - involving dynamic adjustments of the supply voltage and the corresponding operating clock frequency - has emerged as one of the most effective energy minimization techniques. This thesis presents a set of comprehensive DVS techniques to reduce energy consumption in hard real-time applications of embedded systems: (1) Based on an execution profile of a task, a voltage scaling technique that optimally determines the operating voltages to individual basic blocks in the task is proposed. (2)We then address the problem of selecting the given number of operating voltages for minimum energy system design (Voltage Set-Up Problem) using the proposed optimal intra-task DVS technique. (3) Finally, a novel extension to deal with the combined inter- and intra-task voltage scaling problem is presented. A set of extensive experimental data is provided to show the effectiveness of the proposed approaches.
본 학위 논문에서는 하드 리얼타임 애플리케이션에서의 인트라-태스크 전압 스케일링 기법과 이의 여러 응용에 대하여 연구하였다.
첫째, 우리는 태스크의 수행 프로파일을 이용하여 최소의 에너지를 갖는 인트라-태스크 전압 스케일링 기법을 고안하였다. 이어 전압 전이 시의 오버헤드를 비롯한 몇 가지 실제적인 문제를 해결하기 위해 이를 확장하였다. 또한 사용 가능한 전압 레벨의 수가 제한되어 있는 환경에서의 스케일링 문제를 풀기 위한 새로운 기법을 제시하였다.
둘째, 시스템 설계시에 에너지를 최소화 하기 위한 동작 전압을 설정하는 방법을 제시하였다. 우리의 방법이 여러 분야에 널리 적용될 수 있도록 특정 전압 스케일링 기법에 가능한 독립적으로 문제를 고안하였으며, 이에 대한 최적화된 해를 구하였다. 또한 초기 설계시 동작 전압 레벨의 수를 결정하는데 도움을 주기 위해 레벨 수에 따른 에너지 변화를 신속하게 추적할 수 있는 기법을 제안하였다.
셋째, 태스크 수준에서 뿐만 아니라 태스크 집합 수준에서도 전압 스케일링을 적용할 수 있는 방법을 고안하였다. 이를 위하여 태스크 집합을 몇 개의 그룹으로 나누고 각 그룹에 대해 기존의 인터-태스크 전압 스케일링 방법을 적용시켜 수행 시간을 할당 한 후, 그룹 내 각각의 태스크에 대해 본 학위 논문에서 제안된 인트라-태스크 전압 스케일링 방법을 적용하였다.
적절한 수의 태스크 예제들에 대한 실험을 통하여, 본 학위 논문에서 제안된 여러 기법들이 기존의 방법에 비해 매우 효과적으로 에너지를 줄일 수 있다는 사실을 발견하였다.
