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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10016500&local_id=10021225
멀티코어에 기반한 임베디드시스템을 위한 성능/전력 분석 및 최적화
Reports NRF is supported by Research Projects( 멀티코어에 기반한 임베디드시스템을 위한 성능/전력 분석 및 최적화 | 2008 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김지홍(서울대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00097
Year(selected) 2008 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2010년 03월 02일
Year type 결과보고
Year(final report) 2010년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구에서는 멀티코어/멀티프로세서에 기반한 임베디드 시스템에서 임베디드 소프트웨어를 시스템이 요구하는 성능수준과 전력소모의 요구조건 내에서 고성능을 유지할 수 있도록 하는 분석 및 최적화 기법들을 개발한다. 본 방문연구에서는 방문 예정 기관에서 보유하고 있는 일반적인 (즉, 임베디드 시스템을 대상으로 하는 것이 아닌) 멀티프로세서 컴퓨터시스템에 적합한 컴퓨터구조, 컴파일러, 성능 분석 기법, 운영체제 스케줄링 기법 등의 선진 기법들을 연구하여 다양한 자원의 제약이 있는 (예를 들어, 배터리로 동작하는) 임베디드 시스템에 적합한 새로운 기법들을 개발하였다.
  • English
  • In this project, we have developed an analysis method and optimization techniques for multicore=based embedded systems. The main research goal was to develop various performance/power analysis techniques and optimization technique which can support the required performance level of the embedded software within the given power budget without sacrificing the performance requirement. In particular, we have developed new scheduling techniques which can be useful for embedded systems where the resource constraints is strict. Our visting research has significantly benefited from the visiting institution's knowhow on the performance analysis and optimization techniques although our main contribution would be to modify the existing techniques to the embedded area.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구에서는 멀티코어/멀티프로세서에 기반한 임베디드 시스템에서 임베디드 소프트웨어를 시스템이 요구하는 성능수준과 전력소모의 요구조건 내에서 고성능을 유지할 수 있도록 하는 분석 및 최적화 기법들을 개발한다. 본 방문연구에서는 방문 예정 기관에서 보유하고 있는 일반적인 (즉, 임베디드 시스템을 대상으로 하는 것이 아닌) 멀티프로세서 컴퓨터시스템에 적합한 컴퓨터구조, 컴파일러, 성능 분석 기법, 운영체제 스케줄링 기법 등의 선진 기법들을 연구하여 다양한 자원의 제약이 있는 (예를 들어, 배터리로 동작하는) 임베디드 시스템에 적합한 새로운 기법들을 개발하였다.

  • Research result and Utilization method
  • 방문 연구 기간 중 주로 수행한 연구는 다음의 내용을 포함한다.

    1. 멀티코어/멀티프로세서의 성능 및 전력 분석 기법 연구

    멀티코어/멀티프로세서 기반의 임베디드 시스템을 개발하는데 있어서 어려운 문제 가운데 하나나는 임베디드 소프트웨어의 성능과 전력/에너지 소모에 관한 정보를 추출하는 것이다. 동일한 문제가 단일프로세서 기반의 환경에서도 대두되어 왔으며 문제를 해결하기 위한 다양한 기법들이 제안되었다. 예를 들어, 실측에 기반한 기법, 샘플링을 통한 실측 및 분석 기법, 시뮬레이션 모델에 기반한 기법등이 제안된 대표적인 기법들이다.

    단일프로세서에서의 성능 및 전력 분석 기법에 비해 멀티코어/멀티프로세서 기반의 시스템에 대한 성능 및 전력분석 기법은 몇 가지 면에서 새로운 어려움이 있다. 첫째, 실측이나 샘플링을 통한 기법을 적용하는 경우, 시스템 전체에 대한 성능 및 전력 분석을 가능하나 멀티코어/멀티프로세서의 각 구성 요소별 (예: CPU #2에서의 전력 소모, 레벨 2 캐시에서의 전력 소모) 성능 및 전력의 분석이 가능하지 않다는 점이다. 둘째, 모델에 기반한 분석을 하는 경우, 멀티코어 나 멀티프로세서를 구성하는 프로세서의 숫자가 많아 질수록 분석에 소요되는 시간이, 특히 소프트웨어 시뮬레이션을 하는 경우, 소프트웨어 개발자가 활용하기에는 너무 오래 걸린다는 점이다.

    이러한 문제들에 대한 해결을 위해 방문 기관이 보유하고 있는 Phase 기반의 시뮬레이션 고속화 기법을 활용한 기법을 연구 하였다. Phase 기반의 기법은 프로그램의 수행 전체 기간동안 상세한 시뮬레이션을 수행하는 것을 지양하고, 프로그램의 수행 특성을 소수의 phase를 사용하여 나타내고 해당 phase에 대해서는 1번만의 상세한 시뮬레이션을 수행하여 프로그램 전체의 성능 분석에 활용하는 기법이다. 이 기법을 활용하여 위에서 언급한 분석 시간에 대한 문제를 해결할 수 있는 방법의 개발을 위한 틀을 마련하였다.

    수행한 결과에 기반하여, 국내에서 연구를 계속 진행하여 다음 사항을 개선할 예정이다. 시스템 전체의 성능 및 전력 소모에 대한 분석만 가능하고 시스템을 이루는 주요 구성 요소별 정확한 분석이 용이하지 않다는 점에 대해서도 phase 기반의 방법으로 획득한 분석의 정보를 기반으로 통계적 혹은 기계학습적인 방법을 활용하여 해결책을 찾을 계획이다.

    2. 멀티코어/멀티프로세서에 적합한 태스크 스케줄링 기법 연구

    임베디드 시스템에서 사용되어지는 멀티코어/멀티프로세서에서는 복수개의 프로세서들을 결합하는 다양한 방법이 존재한다. 예를 들어, 4개의 CPU를 가지고 있는 멀티코어 기반의 시스템에서 (1) 4개 모두를 동일하게 취급하는 SMP 방식과 (2) 4개중 일부는 특별하게 취급하는 AMP 방식 등이 가능하다. 여러 개의 CPU 들을 어떤 방식으로 활용하는 가에 더하여 구분되어진 CPU 부분집합들을 어떤 기준으로 관리하는냐 하는 문제도 매우 중요하다. 예를 들어, 특정 응용에서는 에너지 소모가 가장 높은 우선 순위가 되도록 관리 되어야 하며, 또 다른 응용에서는 성능이 더 높은 우선 순위를 가지게 된다.

    본 연구에서는 이러한 다양한 요구 조건을 가지는 멀티코어/멀티프로세서 기반의 임베디드시스템에 적용 가능한 태스크 스케줄링 기법들을 개발하였다.. 연구의 기반은 원래의 계획과 달리,Linux가 지원되는 ARM사의 MPCore 플랫폼 대신, 현지 사정으로 인하여 고성능 Intel계열 CPU로 변경하였으며, 온도 관리에 특화된 Linux 스케줄링 기법의 큰 틀을 개발하였다.

  • Index terms
  • 멀티코어, 최적화, 임베디드시스템, 저전력, 온도관리
  • List of digital content of this reports
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