A Performance Analysis of Embedded Systems adapting Data Prefetching

데이터 선인출을 채용한 임베디드 시스템의 성능 분석

  • Published : 2006.01.01

Abstract

Portable embedded systems which mainly handle multimedia applications involve the problem that frequent accesses to fetch data from memory make running time increased. To cope with the problem, embedded processors have adopted data prefetching schemes. From a power point of view, which is a main performance indicator of embedded systems, this paper analyzed to investigate how data prefetching schemes influence on system's performance. To solve the problem, we proposed a power-consumption analysis model of a memory system with data prefetching scheme and measured the power dissipated during running application programs. As a result data prefetching schemes have application program's running time reduced but have system's power increased. Also we proposed a performance analysis model considering execution time and power consumption for embedded system with data prefetching schemes.

멀티미디어를 주요 처리 대상으로 하는 포터블 임베디드 시스템은 데이터에 대한 빈번한 메모리 접근으로 인하여 처리 속도가 저하되는 문제점에 직면하고 있으며, 이를 해결하기 위하여 임베디드 프로세서 설계 과정에서 데이터 선인출 기법을 채택하고 있다. 이 논문에서는 임베디드 시스템의 주요 성능 척도인 전력 소모 측면에서 데이터선인출이 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 데이터 선인출 기법이 추가된 메모리 시스템의 전력 분석 모델을 제안하고, 응용 프로그램 수행에 소모되는 전력을 모의 측정하였다. 실험 결과, 데이터 선인출은 응용 프로그램의 처리 시간을 단축하는 반면 전력 소모를 크게 증가시키는 것을 확인하였다. 더불어 데이터 선인출을 채용한 임베디드 시스템에 대하여 처리 속도와 전력 소모를 함께 고려하는 성능 분석 모델을 제안하였다.

Keywords

References

  1. T. Mudge, 'Power: A First-Class Architectural Design Constraint,' IEEE Computer, Vol. 34, No. 4, pp.52-58, Apr. 2001
  2. W. T. Shiu, 'Memory Exploration for Low Power Embedded Systems', Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp.250-253, May. 1999
  3. E. Witchel, S. Larsen and C. Scott, 'Direct Addressed Caches for Reduced Power Consumption', Proceedings of the 34th ACM/IEEE International Symposium on Microarchitecture, pp.124-134, Dec. 2001
  4. K. Defendorff and P. K. Dubey, 'How Multimedia Workloads Will Change Processor Design,' IEEE Computer, Vol. 30, No. 9, pp.43-45, Sep. 1997
  5. A. Bona, M. Sami, D. Sciuto, C. Silvano, V. Zaccaira and R. Zafalon. 'Energy Estimation and Optimization of Embedded VLIW Processors based on Instruction Clustering,' Proceedings of the 39th ACM/IEEE International Conference on Design automation, pp.886-891, Jun. 2002
  6. M. Kandemir, U. Sezer and V. Delaluz. 'Improving Memory Energy Using Access Pattern Classification', Proceedings of the ACM/IEEE International Conference on Computer Aided Design, pp.201- 206, 2001
  7. A. Smith, 'Sequential Program Prefetching in Memory Hierarchies,' IEEE Computer, Vol. 11, No. 2, pp.7-21, 1978
  8. F. Dahlgren, M. Dubois and P. Stenstrom, 'Fixed and Adaptive Sequential Prefetching in Shared-memory Multiprocessors,' Proceedings of the International Conference on Parallel Processing, pp.I56-63, Aug. 1993
  9. T. F. Chen and J. L. Baer, 'Effective Hardware-Based Data Prefetching for High Performance Processors,' IEEE Transactions on Computers, Vol. 44, No. 5, pp.609-623, May. 1995 https://doi.org/10.1109/12.381947
  10. J. R. Lorch, and A. J. Smith. 'Software Strategies for Portable Computer Energy Management,' IEEE Personal Communications, Vol. 5, No. 3, pp.60-73, Jun. 1998 https://doi.org/10.1109/98.683740
  11. M. B. Kamble and K. Ghose, 'Analytical Energy Dissipation Models For Low Power Caches', Proceedings of the 1997 International Symposium on Lowpower Electronics and Design. pp.143-148, Aug. 1997
  12. P. Hicks, M. Walnock and R. M. Owens, 'Analysis of Power Consumption in Memory Hierarchies', Proceedings of the 1997 International Symposium on Low Power Electronics and Design, pp.239-242, Aug. 1997
  13. B. Mathew and A. Davis, 'An Energy Efficient High Performance Scratch-pad Memory System' Proceedings of the Design Automation Conference (DAC), 2004
  14. 이정훈, 최진혁, 김신덕, '저전력 온칩 메모리에 관한 연구 동향 및 개발 방향,' 정보과학회지, 제20권, 제10호, pp.37-44, 2002. 10
  15. M. D. Hill, Dinero III Cache Simulator, http://www.ece.emu.edu/-ece548/tools/dinero
  16. A. Srivastava and A. Eustace, 'ATOM: A System for Builing Customized Program Analysis Tools,' Proceedings of the ACM SIGPLAN 94, pp.196-20S, 1994