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이종 멀티코어 프로세서에서 분할된 공유 LLC가 성능에 미치는 영향 분석
문민구,김철홍 한국차세대컴퓨팅학회 2019 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.15 No.2
Recently, CPU-GPU integrated heterogeneous multicore processors have been widely used for improving the performance of computing systems. Heterogeneous multicore processors integrate CPUs and GPUs on a single chip where CPUs and GPUs share the LLC(Last Level Cache). This causes a serious cache contention problem inside the processor, resulting in significant performance degradation. In this paper, we propose the partitioned LLC architecture to solve the cache contention problem in heterogeneous multicore processors. We analyze the performance impact varying the LLC size of CPUs and GPUs, respectively. According to our simulation results, the bigger the LLC size of the CPU, the CPU performance improves by up to 21%. However, the GPU shows negligible performance difference when the assigned LLC size increases. In other words, the GPU is less likely to lose the performance when the LLC size decreases. Because the performance degradation due to the LLC size reduction in GPU is much smaller than the performance improvement due to the increase of the LLC size of the CPU, the overall performance of heterogeneous multicore processors is expected to be improved by applying partitioned LLC to CPUs and GPUs. In addition, if we develop a memory management technique that can maximize the performance of each core in the future, we can greatly improve the performance of heterogeneous multicore processors. 컴퓨 성능을 향상시키기 해 다양한 구조 설계 기법들이 제안되고 있는데 그에서도 CPU-GPU 융합형 이종 멀티코어 로세서가 많은 심을 받고 있다. CPU-GPU 융합형 이종 멀티코어 로세서는 단일 칩에 CPU와 GPU를 집하기 때문에 일반으로 CPU와 GPU가 Last Level Cache(LLC)를 공유하게 된다. LLC 공유는 CPU와 GPU 코어 사이에 심각한 캐쉬 경합이 발생하는 경우 각각의 코어 활용도가 하되는 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 CPU와 GPU 사이의 캐쉬 경합 문제를 해결하기 해 단일 LLC를 CPU와 GPU 각각의 공간으로 분할하고, 분할된 공간의 크기 변화가 체 시스템 성능에 미치는 향을 분석하고자 한다. 모의실험 결과에 따르 면, CPU는 사용하는 LLC 크기가 커질수록 성능이 최 21%까지 향상되지만 GPU는 사용하는 LLC 크기가 커져 도 큰 성능변화를 보이지 않는다. 즉, GPU는 LLC 크기가 감소하더라도 CPU에 비하여 성능이 게 하락함을 알 수 있다. GPU에서의 LLC 크기 감소에 의한 성능하락이 CPU에서의 LLC 크기 증가에 따른 성능향상보다 훨씬 작기 때문에 실험결과를 기반으로 각각의 코어에 LLC를 분할하여 할당한다면 체인 이종 멀티코어 로세서의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기된다. 한, 이러한 분석을 통해 향후 각 코어의 성능을 최한 높일 수 있는 메모리 리기법을 개발한다면 이종 멀티코어 로세서의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것이다.
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GPGPU 성능 향상을 위한 캐쉬 경합 기반 CTA 할당 기법 연구
문민구,김철홍 한국차세대컴퓨팅학회 2020 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.16 No.5
Recent Graphics Processing Units(GPU) with powerful hardware resources provide high throughput for graphics tasks and general-purpose tasks by executing multiple threads in parallel. However, increased parallelism in the GPU also causes cache contention problem because it increases the number of memory requests. Excessive cache contention decreases the cache efficiency, and this may cause performance degradation of GPUs. In this paper, we propose a technique of limiting the number of CTAs(Cooperative Thread Arrays) allocated to the SM(Streaming Multiprocessor) based on MSHR(Miss Status Handling Registers) utilization to mitigate the performance degradation due to massive memory requests. MSHR stores the information corresponding to the memory request when a miss occurs in the cache. Our proposed method measures the degree of utilization for MSHR dynamically, and compares the measured value with the predefined threshold value, and determines whether the cache efficiency is high or low. If the cache efficiency is predicted to be low, the parallelism is reduced by limiting the number of CTAs allocated to the SM. When the cache efficiency is predicted to be high, the parallelism is increased by allocating more new CTAs. According to our experimental results, the proposed technique can improve the performance of GPUs by 5% on average compared to the traditional GPU architecture. 최근의 그래픽처리장치는(GPU: Graphics Processing Unit) 병렬 처리 작업에 특화된 하드웨어 자원을 활용하여 다수의 스레드를 병렬로 수행시킴으로써 처리량을 극대화시켜 그래픽 작업뿐만 아니라 범용 프로그램에서도 좋은 성능을 제공한다. 그러나 병렬성의 증가는 단위시간 동안 캐쉬에 접근하는 메모리 요청을 증가시키는데, 많은 양의 메모리 요청은 캐쉬 경합(Cache Contention)을 증가시키기도 한다. 과도한 캐쉬 경합은 캐쉬에 대한 효율성을 낮추기 때문에 이로 인해 그래픽처리장치의 성능이 크게 감소할 수 있다. 본 논문에서는 MHSR(Miss Status Handling Registers)을 활용하여 SM(Streaming Multiprocessor)에 할당되는 CTA(Cooperative Thread Arrays)를 제한하는 기법을 통해 높은 병렬성으로 인한 성능 저하를 완화하고자 한다. MSHR은 캐쉬에 미스가 발생했을 때 해당 요청에 대한 정보를 저장하는 자원으로, 점유된 MSHR 엔트리의 수를 통해 캐쉬 효율을 간접적으로 추정할 수 있다. 제안하는 기법은 MSHR의 사용량을 측정하고, 측정값을 임계값과 비교하여 캐쉬 효율이 높은지, 낮은지를 판단한다. 비교 결과, 캐쉬 효율이 낮다고 추정되는 경우에는 SM에 새로운 CTA를 할당하지 않음으로써 병렬성을 낮추고, 높다고 추정되는 경우에는 새로운 CTA를 할당함으로써 병렬성을 높인다. 실험결과에 따르면 제안하는 CTA 할당 기법은 기존 GPU 구조와 비교했을 때 약 5%의 성능 향상을 보인다.
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가스엔진발전을 통한 지자체 중소형 매립지의 온실가스 감축 사례 연구
박성규,박종우,유근정,김덕철,문민구,우광원,장상덕,김대근 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11
전체 매립지의 80%를 차지하고 있는 중소규모 매립지의 경우, 저농도 메탄의 소량 발생으로 인하여 연료 활용은 부대시설 비용 증가로 가격 경쟁력을 갖지 못하고 있다. 매립지가스의 주성분은 메탄과 이산화탄소로 이루어져 있으며, 그 외 미량의 불순물질인 수분, 황화수소, 암모니아, 할로겐 화합물, 실록산 등이 존재한다(Rasi et al., 2007). 이 매립지가스의 주성분인 이산화탄소와 메탄을 분리・정제 등 별도의 농축 없이 직접 사용할 수 있으므로 메탄 활용 공정의 단순화 및 고집적화가 필요하다. 현재, 상용화된 매립지가스 전처리 기술은 가스포집 후 냉각응축, 제습 장치 및 건조/가온 장치 등을 통한 다단계 수분 제거기술을 포함하고 있으며, 탈황 및 활성탄을 이용한 미량 유해성분 제거 기술을 활용하고 있다. 매립지가스의 자원화를 통한 온실가스 감축을 위해서는 이 불순물질을 제거하는 전처리 공정이 필요하다. 불순물질 중 황화수소는 자원화 설비를 부식시킬 수 있으며, 실록산의 경우 연소과정으로 생성된 이산화규소가 발전설비 내 스케일을 형성시켜 설비를 마모시킬 수 있다. 기존 공정에서는 황화수소와 실록산이 독립된 공정에서 제거되어 설비의 설치비 및 유지비가 증대되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 매립지가스 중에 포함된 미량의 불순물질을 제거하기 위하여 미량의 수분 제거, 황화수소와 실록산의 동시에 제거할 수 있는 흡착공정을 적용하였다. 따라서, 본 연구에서는 매립지가스 중에 포함된 미량의 불순물질을 충분히 제거하고, 100kW급 가스엔진발전기를 통하여 발전하고, 이를 한전의 전력망에 계통연계하여 매립지에서 발생하는 온실가스를 감축하는 수단으로 활용하였다. 이와 같이 가스엔진발전을 통한 지자체 단위의 중소형 매립지에서 발생되는 온실가스를 감축하는데 적용하였으며, 이에 대한 온실가스 감축 사례에 대한 연구 결과를 도출하였다.
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가스엔진발전을 통한 지자체 중소형 매립지의 온실가스 감축 사례 연구
박성규 ( Seong-kyu Park ),박종우 ( Jong-woo Park ),유근정 ( Keon-jung Ruy ),김덕철 ( Duk-chul Kim ),문민구 ( Min-koo Moon ),우광원 ( Gang-won Woo ),장상덕 ( Sang-duk Jang ),김대근 ( Daekuen Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-
전체 매립지의 80%를 차지하고 있는 중소규모 매립지의 경우, 저농도 메탄의 소량 발생으로 인하여 연료 활용은 부대시설 비용 증가로 가격 경쟁력을 갖지 못하고 있다. 매립지가스의 주성분은 메탄과 이산화탄소로 이루어져 있으며, 그 외 미량의 불순물질인 수분, 황화수소, 암모니아, 할로겐 화합물, 실록산 등이 존재한다(Rasi et al., 2007). 이 매립지가스의 주성분인 이산화탄소와 메탄을 분리·정제 등 별도의 농축 없이 직접 사용할 수 있으므로 메탄 활용 공정의 단순화 및 고집적화가 필요하다. 현재, 상용화된 매립지가스 전처리 기술은 가스포집 후 냉각응축, 제습 장치 및 건조/가온 장치 등을 통한 다단계 수분 제거기술을 포함하고 있으며, 탈황 및 활성탄을 이용한 미량 유해성분 제거 기술을 활용하고 있다. 매립지가스의 자원화를 통한 온실가스 감축을 위해서는 이 불순물질을 제거하는 전처리 공정이 필요하다. 불순물질 중 황화수소는 자원화 설비를 부식시킬 수 있으며, 실록산의 경우 연소과정으로 생성된 이산화규소가 발전설비 내 스케일을 형성시켜 설비를 마모시킬 수 있다. 기존 공정에서는 황화수소와 실록산이 독립된 공정에서 제거되어 설비의 설치비 및 유지비가 증대되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 매립지가스 중에 포함된 미량의 불순물질을 제거하기 위하여 미량의 수분 제거, 황화수소와 실록산의 동시에 제거할 수 있는 흡착공정을 적용하였다. 따라서, 본 연구에서는 매립지가스 중에 포함된 미량의 불순물질을 충분히 제거하고, 100kW급 가스엔진발전기를 통하여 발전하고, 이를 한전의 전력망에 계통연계하여 매립지에서 발생하는 온실가스를 감축하는 수단으로 활용하였다. 이와 같이 가스엔진발전을 통한 지자체 단위의 중소형 매립지에서 발생되는 온실가스를 감축하는데 적용하였으며, 이에 대한 온실가스 감축 사례에 대한 연구 결과를 도출하였다.
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