무손실 압축 해제를 위한 확장 가능한 고성능 파이프라인 오프로드 엔진 설계

Abstract

무손실 데이터 압축은 데이터 크기를 줄임으로써 데이터 저장 및 전송의 효율성을 향상시킨다. 압축 알고리즘과는 달리 압축 해제 알고리즘은 심볼을 처리하는 동작간의 종속성으로 인해 병렬화에 많은 어려움이 존재한다. 본 논문에서는 무손실 압축 해제를 위한 확장가능한 고성능 하드웨어 오프로드 엔진을 제안한다. 제안된 오프로드 엔진은 압축 해제 동작의 병렬화를 통해 압축 해제를 가속화 한다. 또한 병렬화를 방해하는 압축 해제 알고리즘 내 동작 간 의존성 문제를 해결하기 위해 재정렬 기법을 사용한다. 하드웨어 오프로드 엔진의 성능을 평가하기 위해서 field programmable gate array (FPGA) 기반 플랫폼에서 제안된 기법을 적용한 아키텍처를 구현하였다. 실험 결과에 따르면 제안된 오프로드 엔진이 자원 사용 대비 성능에 맞게 최적으로 구성될 경우 순차적으로 압축해제 작업을 처리하는 오프로드 엔진에 비해 성능이 약 116% 증가되었고 하드웨어 리소스가 약 12.9% 증가하였다. Lossless data compression improves the efficiency of data storage and transmission by reducing the size of the data. Unlike the compression process, decompression has a lot of difficulties in parallelization due to inter-symbol dependency. In this paper, we propose a high performance hardware offload engine for lossless decompression. The proposed offload engine accelerate decompression through parallelization of decompression operations. We use a reordering technique To solve the dependency problem in decompression algorithm that hinder parallelism. The effectiveness of the proposed scheme was evaluated via the implementation of an hardware architecture in the field-programmable gate array (FPGA) platform. Experimental results show that when the proposed offload engine is optimally configured for performance per resource usage, performance is increased by about 116% and hardware resources by about 12.9% compared to the offload engine that processes decompression tasks sequentially.