JP2009520298A - スケジュールに基づくキャッシュ／メモリの電力最小化技術 - Google Patents

Abstract

本発明によるシステムは、キャッシュメモリにおける複数のキャッシュラインで実行すべき複数のタスクに対するタスク実行スケジュール（１０１）を有するタスクスケジューラ（３０１）を具えている。このシステムは更に、電圧スカラーレジスタ（３０５）を有するキャッシュコントローラ論理回路（３０３）を具えている。電圧スカラーレジスタ（３０５）は、タスクスケジューラにより、実行すべき次のタスクのタスク識別子（２０４）で更新される。このシステムは電圧スカラー（３０４）を有し、この電圧スカラー（３０４）は、タスク実行スケジュール（１０１）に基づいて低電力モードで動作させるための１つ以上のキャッシュラインを選択する。タスク実行スケジュール（１０１）はルックアップテーブル内に記憶されている。

Description

本発明は、キャッシュメモリに関するものであり、特にキャッシュメモリにおける電力最小化に関するものである。

キャッシュ／メモリの電力は、特に、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話等のような携帯装置に対するシステム設計処理において最適化するための重要なパラメータとなっている。キャッシュ／メモリのサブシステムにより電力消費量を管理するのに用いられている技術としては、ハードウェア及びソフトウェアの双方の観点で種々のものが知られている。例えば、ドロウシィ（Drowsy）キャッシュ技術は、コールドキャッシュラインをドロウシィモードに進めることにより、キャッシュラインを能動的として漏洩電力を最小にするようにしている。他の例の場合、キャッシュ／メモリの電力の最小化に向けた目的の、現存するソフトウェアに基づく技術は、キャッシュブロックのアクセス周波数を用いて、どのキャッシュブロックがスリープ状態におかれているかを決定する。しかし、これらの技術は最適なものではない。

従って、キャッシュ／メモリの電力を最小化するための方法及びシステムを改善する必要性が存在する。この方法及びシステムは、低電力モードで動作する特定のキャッシュラインを選択するのにタスクスケジュール情報を用いる必要がある。本発明は、このような必要性に対処するものである。

本発明の方法及びシステムは、低電力モードで動作する特定のキャッシュラインを選択するのにタスクスケジュール情報を用いる。複数のタスク又はスレッドが１つのプロセッサでスケジュールされているマルチタスクシナリオでは、このプロセッサが、異なるタスクに対応する複数のコンテキストを記憶しており、タスクブロックにおいて、あるタスクから他のタスクへの切り換えを行いうるようになっている。このシナリオでは、キャッシュが、種々のタスクに対応するデータを、アプリケーションランの期間に亘り、タスクスケジュールの形態で含んでいる。本発明によれば、電圧の逓降化を、選択キャッシュラインに対しタスクスケジュールに基づいて行なう。タスクスケジュールは、タスクスケジューラによりルックアップテーブルの形態で記憶されている。又、キャッシュコントローラ論理回路が、タスクスケジューラにより、実行すべき次のタスクのタスク識別子で更新される電圧スカラーレジスタと、タスク実行スケジュールに基づいて低電力モードで動作する１つ以上のキャッシュラインを選択する電圧スカラーとを有するようにする。

本発明による方法及びシステムは、低電力モードで動作させるために、タスクスケジュール情報を用いて特定のキャッシュラインを選択する。複数のタスク又はスレッドが１つのプロセッサでスケジュールされているマルチタスクシナリオでは、このプロセッサが、異なるタスクに対応する複数のコンテキストを記憶しており、タスクブロックにおいて、あるタスクから他のタスクへの切り換えを行いうるようになっている。このシナリオでは、キャッシュが、種々のタスクに対応するデータを、アプリケーションランの期間に亘り、タスクスケジュールの形態で含んでいる。本発明によれば、電圧の逓降化を、選択キャッシュラインに対しタスクスケジュールに基づいて行なう。

図１は、低電力モードで動作させるために、タスクスケジュール情報を用いて特定のキャッシュラインを選択する本発明による方法の一実施例を示すフローチャートである。最初にステップ１０１において、キャッシュメモリにおける複数のキャッシュラインで実行すべき複数のタスクに対し、タスク実行スケジュールを決定する。次に、ステップ１０２において、タスク実行スケジュールに基づいて１つ以上のキャッシュラインを低電力モードで動作させる。

例えば、図２Ａ及び２Ｂに示す３つのタスクＴ１、Ｔ２及びＴ３を考慮する。これらのタスクをプロセッサ上にマッピングし、各タスクがこれらの実行中に種々のキャッシュブロックを充填する。本発明は、種々のキャッシュブロックが種々のタスクに割り当てられている図示のシナリオでは、どの特定のキャッシュラインが低電力モードで動的に動作させるかを決定するのにタスクスケジュール情報を用いる。例えば、タスクがストリーミング式のアプリケーションドメインにおける共通シナリオを特定の順序で進むようにした図２Ｂに示すタスクスケジュールを考慮する。上側の行はタスク識別子（ＩＤ）を表し、下側の行はスケジュールインスタンスを表す。このシーケンスから明らかなように、このスケジュールは、繰り返しパターン（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ１、Ｔ３、Ｔ２の繰り返しパターン）で進む。

本発明の一実施例によれば、タスクスケジュールがタスク実行スケジュールを決定しうる（ステップ１０１）。その理由は、タスクスケジュールがこのスケジュール情報をルックアップテーブルに動的に記憶している為である。電力最小化方策が、現在の実行瞬時に対し時間的に後にスケジュールされているタスクを考慮し、且つ動的な電圧の逓降化のためにこの特定のタスクに対応するキャッシュラインを選択する（ステップ１０２）。これにより、対応するキャッシュラインを低電力モードで動作させる。

本発明によるこのタスクスケジュールに基づく技術は、ＬＲＵ（Least Recently Used）技術のような、既知の技術よりも有利である。図２Ｂにおけるタスクスケジュールを考慮するに、ＬＲＵ技術は、プロセッサがタスクＴ３を実行する際に（スケジュールインスタンス３中の実行時に）置換するのに、タスクＴ１に対応するキャッシュラインを選択する。その理由は、プロセッサがタスクＴ３を実行している時点で、タスクＴ１に対応するキャッシュラインが、最も長い間使われていない（Least Recently Used）為である。しかし、このＬＲＵ技術の場合、次に実行しうるタスクはＴ１（スケジュールインスタンス４）であり、従って、プロセッサは、タスクＴ１に対応するキャッシュラインに対し高電圧レベルへの瞬時的な切り換えを経験する。これとは相違し、本発明によるタスクスケジュールに基づく技術では、タスクスケジュールが、次に実行しうるタスクがＴ１であることを決定し、従って、タスクＴ２のキャッシュラインを、タスクＴ３の実行中低電圧モードで動作させるように選択する。従って、高電圧レベルへの瞬時的な切り換えが回避される。

図３は、低電力モードで動作させるために、タスクスケジュール情報を用いて特定のキャッシュラインを選択する本発明によるシステムの実施例を示す。このシステムは、タスクスケジュールパターンをルックアップテーブル（ＬＵＴ）３０２の形態で記憶するタスクスケジューラ３０１を有する。このシステムは更に、電圧スカラー３０４と電圧スカラーレジスタ３０５とを有するキャッシュコントローラ論理回路３０３をも具えている。電圧スカラーレジスタ３０５はタスク識別子ＩＤを特定し、タスクスケジューラ３０１により更新される。電圧スカラー３０４は、電圧の逓降化のために特定のタスクに対応するキャッシュラインを選択する。一実施例では、レジスタをＭＭＩＯスペースの一部とすることができ、且つタスクスケジューラが情報をこのレジスタに書き込むことができる場合には、アドレス可能ないかなるレジスタをも電圧スカラーレジスタとして用いることができる。

図４は、図３のシステムにより実行される本発明による方法を示すフローチャートである。まずステップ４０１において、タスクスケジューラ３０１がＬＵＴ３０２にタスクパターンを記憶する。ステップ４０２において、タスクスケジューラ３０１が、次に実行しうるタスクのタスク識別子（ＩＤ）で電圧スカラーレジスタ３０５を更新する。ステップ４０３において、電圧スカラー３０４が電圧スカラーレジスタ３０５におけるタスク識別子ＩＤを読み取り、このタスクをキャッシュブロックタグのタスク識別子ＩＤと比較する。次に、ステップ４０４において、電圧スカラー３０４がキャッシュ電力最小化方策に基づいて電圧スケーリング用のキャッシュブロックを選択する。図４のステップは、タスクスケジュールにおけるタスクのリストに対し繰り返し適用しうる。

本発明による方法は、いかなるキャッシュ電力最小化方策とともに展開させることができる。例えば、次に実行しうるタスクに対応するキャッシュラインがない場合には、電圧スケーリングに対するキャッシュラインの選択を従来の方策に応じて行うことができる。他の例はＬＲＵ技術である。本発明は、マルチプロセッサシステム‐オン‐チップ（ＳｏＣ）にも適用しうる。

本発明による方法及びシステムは、タスクのスケジューリングに対する周期的なパターンがある、ストリーミング式の（オーディオ／ビデオ）アプリケーションにおけるマルチタスキングに対し用いうる。このようなアプリケーションによれば、Ｈ．２６４ビデオ圧縮規格のような種々のビデオ圧縮規格を実行しうる。Ｈ．２６４ビデオ圧縮規格は、ビットレートを著しく低くして、従来のビデオ圧縮規格よりも良好な画質をもたらす。この規格は、符号化すべき画像内容の値を予測する能力を高めたり、符号化効率を改善する。又、種々のネットワーク環境に対する動作の柔軟性及びデータエラー／損失に対するロバスト性をこの規格により可能にする。更に、この規格はシステム全体の価格を低減化するとともに、インフラストラクチャの要求を少なくし、新たなビデオアプリケーションを多くしうる。

本発明の上述した実施例は、本発明の説明の為のものであり、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。特に、上述した本発明の機能的な遂行は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウエア及びその他の利用可能な機能要素又は基礎的要素の何れか又はこれらの任意の組み合わせにより達成でき、ネットワークは、有線、無線又はこれらの組み合わせとすることができる。又、その他の変形例も上述した観点の範囲で可能なものであり、従って、本発明の範囲は、図面に関する説明により制限されるものではなく、特許請求の範囲により制限されるものである。

図１は、低電力モードで動作させるために、タスクスケジュール情報を用いて特定のキャッシュラインを選択する本発明による方法の一実施例を示すフローチャートである。 図２Ａは、タスクの例を示す線図である。 図２Ｂは、タスクスケジュール及びキャッシュラインを示す線図である。 図３は、低電力モードで動作させるために、タスクスケジュール情報を用いて特定のキャッシュラインを選択する本発明によるシステムの実施例を示すブロック線図である。 図４は、図３のシステムにより実行される本発明による方法を示すフローチャートである。

Claims (9)

1. キャッシュメモリにおける電力消費量を管理する管理方法であって、この方法が、
   （ａ）前記キャッシュメモリにおける複数のキャッシュラインで実行すべき複数のタスクに対するタスク実行スケジュールを決定する決定ステップと、
   （ｂ）前記タスク実行スケジュールに基づいて、１つ以上のキャッシュラインを低電力モードで動作させる動作ステップと
   を有する管理方法。
2. 請求項１に記載の管理方法において、前記タスク実行スケジュールが、複数のタスクに対する識別子と、これらの複数のタスクのスケジュールインスタンスとを有するようにする管理方法。
3. 請求項１に記載の管理方法において、前記動作ステップが、電力最小化方策に基づいて低電力モードで動作するキャッシュラインを選択するステップを有している管理方法。
4. 請求項３に記載の管理方法において、各タスクをキャッシュラインに割当て、前記電力最小化方策が、現在の実行瞬時に対し時間的に後のタスクに対するキャッシュラインの電圧逓降化を有するようにする管理方法。
5. キャッシュメモリにおける複数のキャッシュラインで実行すべき複数のタスクに対するタスク実行スケジュールを有するタスクスケジューラと、
   このタスクスケジューラにより、実行すべき次のタスクのタスク識別子で更新される電圧スカラーレジスタ、及び前記タスク実行スケジュールに基づいて低電力モードで動作する１つ以上のキャッシュラインを選択する電圧スカラーを有するキャッシュコントローラ論理回路と
   を具えるシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記タスク実行スケジュールが、ルックアップテーブルに記憶されているシステム。
7. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記タスク実行スケジュールが、複数のタスクに対するタスク識別子と、複数のタスクのスケジュールインスタンスとを有するシステム。
8. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記電圧スカラーは、電力最小化方策に基づいて低電力モードで動作するキャッシュラインを選択するようになっているシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、各タスクがキャッシュラインに割り当てられており、前記電力最小化方策が、現在の実行瞬時に対し時間的に後のタスクに対するキャッシュラインの電圧逓降化を有しているシステム。

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