이중 연결 구조 CC-NUMA 시스템의 효율적인 상호 연결망 구성 기법

서효중,Suh, Hyo-Joong 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지 A Vol.11 No.1

반도체 미세 공정의 개발과 더불어, 높아진 집적도 및 동작 클럭의 고속화로 단일 프로세서 시스템 성능은 지속적으로 개선되고 있다. 이 결과 기가헬즈 이상의 클럭 속도를 가지는 개인용 컴퓨터가 보편적인 데스크 탑 시스템으로 자리잡게 되었으며, 불과 수년 전의 고가 대형 시스템은 점차 이러한 작은 시스템들을 상호 연결망으로 연결한 형태로 급속히 대체되어가고 있다. 이러한 구조의 클러스터 컴퓨터는 높은 확장성과 고성능을 얻을 수 있으므로, 점차 그 영역을 확대해나가고 있으나, 상호 연결망의 대역폭 및 지연에 따라 성능 제한 요소는 여전히 존재하고 있으며, 이러한 이유로 SCI, Myrinet, Gigabit Ethernet 등 고속의 상호 연결망이 클러스터 시스템의 연결 구조로 사용되고 있다. 프로세서 속도의 개발과 더불어 상호 연결망의 속도 또한 개선되어 왔는데, 상호 연결망은 그 대역폭을 늘리는 것과, 상호 연결망을 이용한 경우의 통신 시간지연의 축소로 볼 수 있다. 대역폭의 확장 및 지연시간의 단축은 상호 연결망의 고속화를 통하여 이루어질 수 있으나, 작은 면적에 집적되어 있는 프로세서와는 달리, 보다 넓은 면적에 펼쳐져 있는 상호 연결망의 동작 속도는, 물리적 거리에 의한 지연으로 인하여 개선의 난이도가 높으며, 따라서 클러스터 시스템의 확장 규모는 상호 연결망의 병목 현상에 의하여 제한된다고 할 수 있다. 이러한 이유로 보다 높은 대역폭의 상호 연결망을 구현하려는 노력은 복수개의 연결 구조를 이용한 형태로 개선되어 왔으며, 고속으로 동작하는 SCI 점 대 점 연결구조론 이용한 다중연결 형태의 시스템이 활발히 연구되어 왔다. 본 논문은 이러한 이중 점 대 점 연결 구조 시스템의 성능 제한 요소인 접근 시간 및 효율을 개선하기 위하여, 두개 중 하나의 점 대 점 연결을 링 형태로, 나머지 하나는 링을 몇 개의 노드의 묶음으로 분할하여 연결하는 구성을 제시하였으며, 방송 및 일 대 일 전송에 적합한, 간단하고 효율적인 경로 설정 방법과 적절한 묶음의 수를 제시하였다. 본 논문에 제시한 구조의 시스템의 성능 측정의 비교 대상으로, 최신 시스템에 채용되어 있는 반대방향 이중 링 구조를 비교 대상으로 하였으며, 반대방향 이중 연결 구조에 비하여 단 논문에 제시한 상호연결망 구성 및 트랜잭션 경로 설정 방법이 상대적으로 우수함을 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 실험 결과, 본 논문에서 제안한 상호연결망 구조 및 트랜잭션 경고 설정 방법을 이용한 경우, 반대방향 이중 링 구조의 시스템 구조에 비하여 단위 트랜잭션의 처리 시간이 1.05∼l.11배 향상되었으며, 시스템의 성능은 1.42∼2.1배 향상되었다. The performance of the multiprocessor systems is limited by the several factors. The system performance is affected by the processor speed, memory delay, and interconnection network bandwidth/latency. By the evolution of semiconductor technology, off the shelf microprocessor speed breaks beyond GHz, and the processors can be scalable up to multiprocessor system by connecting through the interconnection networks. In this situation, the system performances are bound by the latencies and the bandwidth of the interconnection networks. SCI, Myrinet, and Gigabit Ethernet are widely adopted as a high-speed interconnection network links for the high performance cluster systems. Performance improvement of the interconnection network can be achieved by the bandwidth extension and the latency minimization. Speed up of the operation clock speed is a simple way to accomplish the bandwidth and latency betterment, while its physical distance makes the difficulties to attain the high frequency clock. Hence the system performance and scalability suffered from the interconnection network limitation. Duplicating the link of the interconnection network is one of the solutions to resolve the bottleneck of the scalable systems. Dual-ring SCI link structure is an example of the interconnection network improvement. In this paper, I propose a network topology and a transaction path algorism, which optimize the latency and the efficiency under the duplicated links. By the simulation results, the proposed structure shows 1.05 to 1.11 times better latency, and exhibits 1.42 to 2.1 times faster execution compared to the dual ring systems.

다중 프로그램 환경에 적합한 이중 연결 CC-NUMA 시스템

서효중,Suh, Hyo-Joong 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지 A Vol.11 No.3

Under the multiprogrammed situation, the performance of multiprocessor system is affected by the process allocation policy of the operating systems. The lowest communication cost can be achieved when the related processes positioned to the adjacent processors. While the effective allocation is quite difficult to the real situation, and the processing of the allocation policy consumes some computation time. The dual-ring CC-NUMA systems exhibit a quite performance difference according to the process a1location policy due to a lot of unbalanced memory transactions on the interconnection networks. In this paper, I propose a load balanced dual-link CC-NUMA system that does not requires the processes allocation policy. By the program-driven simulation results. the proposed system shows no remarkable difference according to the allocation policy while the dual-ring systems shows 10% performance improvement by the process allocation. In addition, the proposed system outperforms the dual~ring systems about 1.5 times. 다중 프로세서 시스템에서 여러 개의 프로그램이 동시에 수행될 경우의 프로그램 수행 성능은 각 프로세스를 어떠한 물리적 위치의 프로세서에 할당하여 수행하는가에 따라 다르게 나타난다. 일반적으로 시공간적으로 인접한 프로세서에 동일 프로그램의 프로세서를 할당할 경우 프로세스간 통신비용이 절감되므로 가장 효율적인 결과를 얻을 수 있다. 그러나 프로세스를 할당하는 운영체제는 이와 같은 친화성을 고려하기 위하여 부가적인 처리를 필요로 하며, 실제 수행시 각 프로그램은 독립적으로 수행되므로, 여러 프로그램으로부터 발생한 프로세스를 할당하는 방법은 많은 계산을 필요로 한다. 이중 링 구조의 CC-NUMA 시스템의 경우 특히 다수의 공유 메모리 접근에 의한 많은 트랜잭션이 발생하며, 연결망 부하의 불균등에 따른 병목 현상을 나타내므로, 프로세스의 할당 정책에 따라서 큰 성능 차이를 나타내게 된다. 본 논문은 규일한 연결망 부하특성을 나타내며, 프로세스 할당 정책을 필요로 하지 않는 CC-NUMA 시스템을 제시한다. 논문에서 제시하는 구조는 이중 링 구조와 동일한 연결망 비용을 나타내며, 건너뜀 연결을 이용한 균등한 부하 분배를 수행함으로써 프로세스 할당 정책의 유무와 무관한 성능을 보이다. 프로그램 구동 시뮬레이션을 통한 검증 결과 시스템은 이중 링 구조의 CC-NUMA 시스템에 비하여 1.5배의 성능 개선을 나타냈다.

스크래치 패드 메모리의 압축을 통한 저전력 임베디드 시스템의 구현

서효중,Suh, Hyo-Joong 한국정보처리학회 2008 정보처리학회논문지 A Vol.15 No.5

최근 임베디드 시스템의 고성능화에 따라 고해상도의 디스플레이를 채용하고 대용량 멀티미디어 데이터응용 등 다기능을 갖춘 임베디드 프로세서가 다수 발표되고 있다. 이러한 응용 중 실시간 오디오 스트리밍 같은 시간 제한적 응용을 다루어야 하는 모바일 시스템의 경우, 전력, 메모리 용량등 여러 자원이 부족한 상황에 놓이게 된다. 본 논문은 스크래치 패드 메모리에 대하여 활용도를 높이고 저전력을 구현하기 위하여 압축 기법을 스크래치 패드 메모리의 데이터 영역에 구현하였다. 무선 통신과 실시간 오디오 스트리밍에 사용하는 GDM1202 프로세서에 제안한 방법을 구현하여 측정한 결과, 압축으로 얻어진 스크래치 패드의 영역에 코드와 데이터를 추가하여 할당함으로써 13.3% 에너지 절감을 얻을 수 있었으며, 기존의 방법과 동등한 프로그램 수행 성능을 나타냈다. Recently, lots of embedded processors which can run streaming multimedia with high resolution display are introduced. Among the applications running on these embedded processors, real-time audio streaming is one of the applications that suffer from the lack of energy and memory space. In this paper, we propose a novel data compression method on scratch-pad memory, which saves both useful space on the scratch-pad memory and energy. We have implemented the data compression scheme on the GDM1202 real-time audio streaming processor, and the performance results show that we obtained 13.3% energy saving while maintaining comparable application performance to that of the non-compression case.

공개 소스 소프트웨어 기반의 VoIP 서비스를 위한 무선단말 개발

서효중,이병호,김태현,Suh, Hyo-Joong,Lee, Byung-Ho,Kim, Tae-Hyoun 한국정보처리학회 2007 정보처리학회논문지D Vol.14 No.5

본 논문에서는 공개 소스 소프트웨어를 기반으로 VoWLAN(Voice over WLAN) 단말 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 무선랜에 접속할 수 있는 환경에서 IP-PBX 서버를 통해 VoWLAN 단말들 간에 VoIP 서비스를 제공하며 다음과 같은 특징을 가진다. 첫째, 공개 소스 소프트웨어 기반으로 작성하여 시스템 도입에 따른 초기 투자비용의 부담이 적다. 둘째, 소프트웨어 IP-PBX 시스템과 연동하여 voice mail, conference call, interactive voice response와 같은 다양한 부가 서비스론 제공한다. 셋째, VoWLAN 단말은 임베디드 환경에 적합한 경량 소프트웨어 솔루션들을 이용하여 제한된 시스템 자원 하에서 고수준의 사용자 응용프로그램을 제공한다. 넷째, 공개 소스 소프트웨어 기반으로 작성되어 요구사항의 변화에 따라 추가 기능의 확장이 용이하다. In this paper, we developed a VoWLAN(Voice over WLAN) system based on an open source software. The system aims to provide VoIP service over wireless LAN with an IP-PBX server. The features of system presented in this paper are as follows. First, the initial cost for the development is reduced since the system is developed based on open source software. Second, the system provides various additional services such as Voice Mail, Conference Call, and Interactive Voice Response with a software IP-PBX server. Third, the VoWLAN terminal provides high-level user applications with minimal system resources using lightweight open software solutions. Finally, it is highly scalable since it is based on the open source software.

MANET에서 부분 경로 변경을 이용한 재라우팅 기법

서효중(Hyo-Joong Suh),황호영(Hoyoung Hwang) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.9(네트워크)

모바일 애드 혹 네트워크(MANET)에서는 무선 노드들의 제한된 에너지를 효율적으로 활용하기 위한 라우팅 기법들이 많이 제안되었다. 이 중 에너지를 고려한 On-demand 방식의 라우팅 기법들은 노드들의 고른 에너지 소모를 위해 경로를 주기적으로 변경해 줌으로써 네트워크의 수명을 늘리고자 하였으나, 잦은 플러딩으로 인해 라우팅 오버헤드 및 에너지 소모가 증가하는 문제점이 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 최소신장트리(MST)나 인터럽트방식을 이용해 플러딩 메시지를 줄이는 기법이나, 다중경로 또는 보조경로를 사용해 라우팅 오버헤드를 줄이는 기법 등이 연구되어 왔다. 본 논문에서는 잔여 에너지와 함께 노드 간 데이터 전송량의 정도를 반영하여 부분적인 경로 수정을 해 줌으로써 노드의 에너지 소모를 평준화시키고 네트워크 수명을 증가시키는 Adaptive Local Path Modification Routing (ALPMR) 프로토콜을 제안하고, ns-2 시뮬레이터를 이용해 그 성능을 검증한다. Various on-demand manner routing protocols have been proposed for efficient energy consumption in mobile ad-hoc networks. Some of the protocols tried to extend the network lifetime by periodically rerouting paths according to the energy consumption rate of nodes. However, those protocols suffer from frequent flooding and high overhead. This paper proposed a new routing protocol called ALPMR (Adaptive Local Path Modification Routing) that extends the network lifetime by using local path rerouting. The proposed ALPMR protocol performs local rerouting around nodes with little remaining energy as well as data congestion, thus reduces flooding and routing overhead and can extend the network lifetime. The performance of ALPMR protocol is observed using ns-2 simulator.

멀티태스킹 시스템에서 데이터 캐시의 동적 인덱스 관리 기법

서효중(Hyo-Joong Suh),황호영(Hoyoung Hwang) 한국정보과학회 2013 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.19 No.3

멀티태스킹으로 동작하는 스마트폰 등 많은 모바일 기기에서 에너지 소모를 줄이는 것은 중요하다. 단일 프로그램 환경과 달리 멀티태스킹은 여러 프로그램이 캐시에 대해 경쟁하게 되는데 캐시 적중률이 저하될 경우 주 메모리에 대한 액세스를 필요로 하기에 성능 저하뿐 아니라 주 메모리 구동을 위한 전력 소모가 증가하게 된다. 본 논문은 충돌에 의한 캐시 적중률 저하를 감소하기 위하여 동적 인덱스 기법을 멀티태스킹 환경으로 확장하여 적용하였으며, 동적 인덱스 기법의 단점인 인덱스 전환시의 캐시 플러쉬 동작을 불필요하도록 개선하였다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안한 기법을 사용할 경우 멀티태스킹 시스템의 데이터 캐시 실패를 줄일 수 있었으며 이로 인한 성능 개선 및 에너지 절감을 얻을 수 있었다. Energy-saving is one of the most important issues in the multitasking systems such as smart phones. Every program competes on the cache, while the cache misses invoke power consumption by the main memory as well as slowdown of the program. In this paper, we propose a dynamic switching of cache index under multitasking environment which alleviates cache conflict and removes the problem of index switching. Simulation results show that the proposed method can reduce the data cache misses as well as the energy consumption consequent upon the memory driving.

캐시 이미지의 동적 관리 방법을 이용한 명령어 캐시 성능 개선

서효중(Hyo-Joong Suh) 한국정보과학회 2017 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.23 No.9

프로세스 구동시마다 캐시 이미지를 메모리로부터 버스트 로딩하여 초기 캐시 실패를 줄이는 방법은 프로그램의 시작으로부터 초기화 부분의 지연을 줄이고 에너지 소모를 줄이는 데 효과적이다. 하지만 로딩에 사용하기 위한 적절한 캐시 이미지는 컴파일러와 인스톨러 등 소프트웨어적인 접근 방법을 이용하여 적절한 캐시 이미지를 생성하는 과정이 필요하며, 동적인 수행 특성을 보이는 프로세스의 경우 비효율적이다. 본 논문은 이러한 손실에 주목하여, 하드웨어를 부가하여 캐시 이미지를 동적으로 생성하고 관리하는 방법을 제안하고자 한다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안한 방법을 사용할 경우 프로그램의 캐시 필요량에 따른 적절한 이미지 크기를 유지할 수 있어 기존의 캐시 이미지 로딩 기법을 더욱 효율적으로 개선할 수 있었다. The burst loading of a pre-created cache-image is an effective method to reduce the instruction cache misses in the early stage of the program execution. It is useful to alleviate the performance degradation as well as the energy inefficiency, which is induced by the concentrated cold misses at the instruction cache. However, there are some defects, including software overhead on the compiler and installer. Furthermore, there are several mismatches as a result of the dynamic properties for specific applications. This paper addresses these issues and proposes a cache-image maintenance/recreation policy that can conduct dynamic management using a hardware-assisted method. The results of the simulation show that the proposed method can maintain the cache-image with a proper size and validity.

입력장치의 순간로깅을 위한 인터페이스 구성

서효중(Hyo-Joong Suh),황호영(Hoyoung Hwang) 한국정보과학회 2021 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.6

USB ID와 입력장치 소리정보를 이용한 보안강화

서효중(Hyo-Joong Suh),황호영(Hoyoung Hwang) 한국통신학회 2021 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.6

본 논문은 USB 키보드와 같은 입력장치가 이용되는 로그인과 같은 권한확인 절차에서, 해당 입력 장치를 이용한 입력과정이 이루어질 때, 해당 장치의 고유한 ID와 더불어, 입력장치로부터 발생되는 고유한 소리를 인식하여 고유한 정보쌍으로 유지, 저장함으로써, 권한절차를 수행하는 자의 과거 인증된 접근과의 일치성을 비교하고자 하는 방법이다. USB 장치의 고유한 ID를 이용하여 보안절차를 수행하는 방법은 [1]에서 제안된 바 있으며, 고유한 소리정보를 이용한 입력장치 및 개인의 구별성은 [2]에서 확인된 바 있다. 이 각각의 방법을 [3]에서 제시한 통신채널을 통한 피드백 경로를 이용함으로써 최종적으로 개인의 입력장치에 의한 소리정보를 실시간 피드백 경로를 통하여 검증함으로써 보안정보를 고도화하고자 한 것이다.

클러스터 시스템에 대한 DRACO 구조의 적용성 연구

서효중 ( Hyo-joong Suh ) 한국정보처리학회 2004 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.11 No.1

DRACO 구조는 이중 링 연결형태에 대비하여 노드간 접근 경로를 단축할 수 있는 구조로, CCNUMA 시스템에 대하여 그 적용성과 프로토콜이 시험되어 그 효율성이 입증되었다. 본 논문은 이러한 DRACO 구조가 보다 많은 프로세서를 수용할 수 있는 클러스터 시스템에 대하여 동일한 경로 단축과 대역폭 확장을 적용할 수 있음에 기반하여, 이중 연결 링크를 가지고 있는 점대 점 연결 형태의 클러스터 시스템에 대한 적용성을 연구하였다. 노드 내의 네트워크 인터페이스 및 소프트웨어만을 이용한 DRACO 구조 적용은 많은 수의 노드를 필요로 하는 시스템에 적합하고, 하드웨어를 이용한 연결 경로를 이용할 경우 상대적으로 적은 수의 노드를 채용하고 고속의 링크 성능을 필요로 하는 시스템에 적합할 것이다.