하이브리드 메모리의 수명을 고려한 버퍼 할당 기법

Abstract

시스템에서 메인 메모리가 차지하는 전력 소모 비중이 커지면서, 이를 해결하기 위한 대안으로 기존의 DRAM 대신 새롭게 등장한 비휘발성 메모리를 메인 메모리로 사용하는 연구가 진행되었다. PRAM과 같은 비휘발성 메모리는 대기전력소모와 속도 측면에서 기존의 DRAM에 비해 장점을 갖고 있으나, 읽기에 비해 쓰기 속도가 느리고 횟수가 제한적인 단점을 가지고 있다. 따라서 비휘발성 메모리만으로 메인 메모리를 완전히 대체하는 것에 한계가 있어 비휘발성 메모리와 DRAM을 혼합한 하이브리드 메모리가 등장하였다.

본 논문에서는 PRAM과 DRAM으로 구성된 하이브리드 메모리를 사용한 시스템을 대상으로 SDF(Synchronous Data Flow) 모델로 기술된 어플리케이션을 가지고 새로운 하이브리드 메모리 구조에 최적화된 버퍼 할당 기법을 제안한다. 우리는 1) PRAM의 수명 최대화 2) 주어진 수명 제약조건을 충족하는 DRAM 크기 최소화 3) 수명 제약 조건을 충족하는 전력 소모 최소화라는 3가지 문제를 정의하고 각 문제에 대해 a) 미리 주어진 스케줄에 대한 문제와 b) 최적의 스케줄을 찾는 문제를 조합하여 문제를 정의하였으며 이를 수식화하고 최적값을 찾기 위해 ASP(Answer Set Programming)을 활용하였다.

실험을 통해 새롭게 제안한 버퍼 할당 기법이 PRAM의 수명을 고려하지 않은 기존의 기법에 비하여 평균적으로 PRAM의 수명을 63% 늘리고, DRAM의 크기는 약 48.8% 감소시켰으며, 전력 소모는165%가량 절약시켰음을 확인하였다. 메모리의 수명을 늘리기 위한 버퍼 할당 기법에 버퍼 공유를 적용함으로써 보다 더 나은 PRAM의 수명향상 효과를 얻을 수 있다. 버퍼 공유를 적용한 PRAM의 수명을 늘리기 위한 최적화된 버퍼 할당은 PRAM에 할당될 엣지에서 발생되는 샘플의 수를 최소화하는 것으로 정의할 수 있다. 이는 버퍼 공유를 활용하지 않은 기존의 할당 기법에 비하여 약 76%의 추가적인 수명 향상을 기대할 수 있다. |This thesis proposes a lifetime aware buffer assignment method for a synchronous dataflow (SDF) graph on a DRAM/PRAM hybrid memory in which the endurance of PRAM is limited. While we assign code and read-only data to PRAM memory, we need to determine whether buffers are assigned to DRAM or PRAM to minimize the writing frequency of PRAM. In the proposed method, a schedule is given or an optimal schedule is constructed. The buffer allocation method from this thesis maximizes the lifetime of PRAM for a given DRAM size or minimizes the DRAM size with meeting a lifetime constraint. To solve the problems, we formulate them using Answer Set Programming. Experimental results show that the proposed approach increases the system lifetime by 63% compared with no optimization, and shows the tradeoff between PRAM and DRAM size to guarantee a lifetime constraint. By applying buffer sharing algorithm, we gain the lifetime improvement by 76% compared further.; This thesis proposes a lifetime aware buffer assignment method for a synchronous dataflow (SDF) graph on a DRAM/PRAM hybrid memory in which the endurance of PRAM is limited. While we assign code and read-only data to PRAM memory, we need to determine whether buffers are assigned to DRAM or PRAM to minimize the writing frequency of PRAM. In the proposed method, a schedule is given or an optimal schedule is constructed. The buffer allocation method from this thesis maximizes the lifetime of PRAM for a given DRAM size or minimizes the DRAM size with meeting a lifetime constraint. To solve the problems, we formulate them using Answer Set Programming. Experimental results show that the proposed approach increases the system lifetime by 63% compared with no optimization, and shows the tradeoff between PRAM and DRAM size to guarantee a lifetime constraint. By applying buffer sharing algorithm, we gain the lifetime improvement by 76% compared further.