KR20150067846A

KR20150067846A - 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법

Info

Publication number: KR20150067846A
Application number: KR1020130152982A
Authority: KR
Inventors: 신치훈; 박찬호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-19

Abstract

하나의 반도체 시스템에서 상태천이머신의 시간적 차이를 이용하여 데이터패스의 전력소비를 효과적으로 줄일 수 있는 방법을 제시한다. 제시된 방법은 상태천이머신이 동작하는 순서에 근거하여 상태그룹간의 천이가 발생하였는지 아니면 어느 한 상태그룹내에서의 천이가 발생하였는지를 판단하여 그에 상응하는 제어신호를 출력하는 단계, 제어신호가 어느 한 상태그룹내에서의 천이 발생을 의미하는 신호이면 해당 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계, 및 제어신호가 상태그룹간 천이 발생을 의미하는 신호이면 현재 천이되어 동작하는 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계를 포함한다.

Description

상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법{Method for saving power of semiconductor system using finite stste machine}

본 발명은 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스템의 제어부를 구성하는 상태천이머신(Finite State Machine: FSM)의 특성을 이용하여 데이터패스가 소비하는 전력을 절감하기 위한 방법에 관한 것이다.

프로세서와 같은 반도체 시스템의 전력소비를 줄이기 위한 방법으로는 클럭게이팅, 파워게이팅, 소프트웨어 파워매니지먼트와 같은 여러 방법들이 존재한다.

클럭게이팅과 파워게이팅은 하드웨어 수준의 전력절감법이다. 클럭게이팅과 파워케이팅은 하드웨어를 세부적으로 제어할 수 있다. 소프트웨어 파워매니지먼트는 시스템을 큰 블록으로 나누어 제어할 수 있다.

따라서, 소프트웨어 파워매니지먼트는 세부적인 제어가 가능한 클럭게이팅, 파워게이팅과 같은 하드웨어적 방법의 장점을 충분히 활용할 수 없다.

그래서, 하드웨어와 소프트웨어 사이에서 중간다리 역할을 할 수 있는 체계가 필요하다.

반도체 시스템을 설계할 때 컨트롤패스(Controlpath), 데이터패스 (Datapath)로 상위 수준에서 나누어 설계하는 것이 보통이다. 상태천이머신은 일반적인 회로의 컨트롤패스를 구성할 때 가장 보편적으로 쓰이는 구조이다. 일반적인 시스템온칩(SoC)에서는 상태천이머신의 크기와 전력소모량에 비해 데이터패스의 크기와 전력소모량이 훨씬 크다.

관련 선행기술로는, FSM을 전력 효율적으로 제어하려는 논문으로, Luca Benini etal, "Automatic Synthesis of Low-Power Gated-Clock Finite-State Machines", IEEE TCAD, Vol15, No6, 630-643, june 1996 이 있다. 이 논문에서는 FSM에 클럭 게이팅을 적용하여 스위칭 전류에 의한 전력 소모를 줄이고, FSM 내의 스테이트의 근접도에 따라 FSM을 분리하고 각각에 별도의 클럭 케이팅을 구현함으로써 전력 소모를 줄이는 구성이다.

즉, 이 논문은 회로 내의 상태천이머신을 몇 개의 그룹으로 나누고, 쓰지 않는 그룹의 전력소모를 제어하여 상태천이머신 내부의 전력소비를 줄이는 것을 목적으로 한다고 볼 수 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 하나의 반도체 시스템에서 상태천이머신의 시간적 차이를 이용하여 데이터패스의 전력소비를 효과적으로 줄일 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법은, 천이 상태 판단부가, 상태천이머신이 동작하는 순서에 근거하여 상태그룹간의 천이가 발생하였는지 아니면 어느 한 상태그룹내에서의 천이가 발생하였는지를 판단하여 그에 상응하는 제어신호를 출력하는 단계; 전원 제어부가, 상기 제어신호가 상기 어느 한 상태그룹내에서의 천이 발생을 의미하는 신호이면 해당 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계; 및 상기 전원 제어부가, 상기 제어신호가 상태그룹간 천이 발생을 의미하는 신호이면 현재 천이되어 동작하는 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 해당 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계는 나머지 상태그룹에 연관된 데이터패스에게로의 전원 공급을 차단할 수 있다.

바람직하게, 상기 현재 천이되어 동작하는 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계는 동작하지 않는 나머지 상태그룹에 연관된 데이터패스에게로의 전원 공급을 차단할 수 있다.

바람직하게, 상기 상태그룹은 다수개이고, 상기 다수개의 상태그룹이 공유하는 공유데이터패스에는 항상 전원이 인가될 수 있다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 시스템의 제어부를 구성하는 상태천이머신의 특성을 이용하여 불필요한 데이터패스에서의 전력소비를 줄일 수 있는 이점이 있다.

즉, 본 발명은 상태천이머신을 데이터패스에 따라 구분하고 상태천이머신보다 전력소모가 많은 데이터패스의 전력소모를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 데이터패스회로에 적용될 수 있는 여러 가지 전력절감법에 적용하여 사용할 수 있다.

도 1은 상태천이머신의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 채용되는 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

상태천이머신은 데이터패스의 제어순서에 따라 설계되어 있으므로, 상태천이머신이 동작하는 순서에 따라 데이터패스의 전력소모를 제어할 수 있다. 상태천이머신과 데이터패스와 관계는 단방향이므로, 상태천이머신의 출력 신호에 의해 데이터 패스의 동작이 결정되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상태천이머신을 분석하여 데이터패스의 구조와 전력소비 제어에 적합한 신호를 생성시킨다.

도 1은 상태천이머신의 예를 나타낸 도면이다.

반도체 시스템은 상태천이머신과 이 상태천이머신에 따라 제어되는 데이터패스로 구성되어 있다. 상태천이머신은 하나의 상태에서 다른 상태로 천이된다.

상태천이머신이 도 1에서와 같이 두 개의 상태그룹(1, 2)으로 나누어진 것으로 가정한다.

두 개의 상태그룹(1, 2)과 각각 연관되어 있는 데이터패스를 구분하면, 각각의 상태그룹에 고유하게 속한 데이터패스1과 데이터패스2가 있을 것이고 두 상태그룹이 공유하는 공유데이터패스가 있을 것이다. 즉, 상태그룹1은 데이터패스1과 연관되고, 상태그룹2는 데이터패스2와 연관된다고 볼 수 있다.

상태천이머신에 따라 구분된 데이터패스들을 필요할 때만 동작시켜 전력소비를 줄일 수 있다.

도 1의 예에서 보면, 상태그룹간의 천이가 나타날 때 즉, "상태2"에서 "상태3"으로 천이되거나 "상태3"에서 "상태2"로 천이될 때, 데이터패스1과 데이터패스2의 전력을 제어하여 동작이 불필요한 데이터패스에서의 전력소비를 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 채용되는 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 채용되는 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 장치는, 천이 발생 판단부(10), 전원부(12), 제 1 전원 제어부(14), 및 제 2 전원 제어부(20)를 포함한다.

천이 발생 판단부(10)는 상태천이머신이 동작하는 순서에 근거하여 상태그룹간의 천이가 발생하였는지 아니면 어느 한 상태그룹내에서의 천이가 발생하였는지를 판단한다. 천이 발생 판단부(10)는 판단 결과에 상응하는 신호(예컨대, 상태그룹1 제어신호, 상태그룹2 제어신호)를 출력한다.

예를 들어, 상태그룹1 제어신호는 상태그룹1(1) 내부에서 천이가 발생하였거나 상태그룹2(2)에서 상태그룹1(1)로의 천이가 발생하였음으로 그에 상응하는 전원 공급 제어를 행하라는 신호로 이해할 수 있다.

반대로, 상태그룹2 제어신호는 상태그룹2(2) 내부에서 천이가 발생하였거나 상태그룹1(1)에서 상태그룹2(2)로의 천이가 발생하였음으로 그에 상응하는 전원 공급 제어를 행하라는 신호로 이해할 수 있다.

전원부(12)는 데이터패스1(16), 공유데이터패스(18), 및 데이터패스2(22)에게로 전원을 공급할 수 있다.

제 1 전원 제어부(14)는 전원부(12)와 데이터패스1(16) 사이에 설치된다. 제 1 전원 제어부(14)는 데이터패스1(16)로의 전원 공급을 제어하되, 천이 발생 판단부(10)로부터의 상태그룹1 제어신호에 근거하여 전원부(12)로부터의 전원이 데이터패스1(16)로 공급되게 제어한다.

제 2 전원 제어부(20)는 전원부(12)와 데이터패스2(22) 사이에 설치된다. 제 2 전원 제어부(20)는 데이터패스2(22)로의 전원 공급을 제어하되, 천이 발생 판단부(10)로부터의 상태그룹2 제어신호에 근거하여 전원부(12)로부터의 전원이 데이터패스2(22)로 공급되게 제어한다.

상술한 도 2에서는 전원 제어부를 두 개로 나누어 도시하였으나, 한 개로 통합하여 도시할 수도 있다. 즉, 천이 발생 판단부(10)로부터의 상태그룹1 제어신호 또는 상태그룹2 제어신호를 수신하고 그에 따라 전원 공급 경로를 제어하는 전원 제어부를 하나만 도시할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

데이터패스의 전력소비를 줄이는 방법은 여러 방법이 있을 수 있다. 클럭게이팅이 될수도 있고, 파워게이팅을 통해 전력을 차단할 수도 있고, 회로의 동작클럭을 조절하는 것이 될 수도 있다.

본 발명에서는 도 1의 상태천이머신에 따라 구분된 데이터패스들을 파워게이팅을 통해 전원을 차단하여 전력소모를 줄일 수 있는 방법을 채택하였다.

먼저, 천이 상태 판단부(10)는 상태천이머신이 동작하는 순서에 근거하여 상태그룹간의 천이가 발생하였는지 아니면 어느 한 상태그룹내에서의 천이가 발생하였는지를 판단한다(S10).

판단 결과, 상태그룹1(1)의 내부에서 천이가 발생한 경우(S12에서 "Yes") 천이 발생 판단부(10)는 온(on)된 상태그룹1 제어신호를 제 1 전원 제어부(14)에게로 보낸다. 그 결과, 제 1 전원 제어부(14)는 전원부(12)로부터의 전원을 받아서 상태그룹1(1)에서 데이터패스1(16)로 전원을 인가한다(S14). 이때, 상태그룹2(2)에 연관된 데이터패스2(22)에는 제 2 전원 제어부(20)에서 전원을 인가하지 않아 전력소비가 없다. 반면, 공유데이터패스(18)는 상태그룹1(1)과 상태그룹2(2)에 모두 쓰이므로 항상 전원이 인가된다. 즉, 상태그룹1(1)의 내부에서 천이가 발생한 경우에는 상태그룹1(1)에 연관된 데이터패스1(16) 및 공유데이터패스(18)에게로만 전원이 인가된다.

한편, 상태그룹2(2)의 내부에서 천이가 발생한 경우(S16에서 "Yes") 천이 발생 판단부(10)는 온(on)된 상태그룹2 제어신호를 제 2 전원 제어부(20)에게로 보낸다. 그 결과, 제 2 전원 제어부(20)는 전원부(12)로부터의 전원을 받아서 상태그룹2(2)에서 데이터패스2(22)로 전원을 인가한다(S18). 이때, 상태그룹1(1)에 연관된 데이터패스1(16)에는 제 1 전원 제어부(14)에서 전원을 인가하지 않아 전력소비가 없다. 즉, 상태그룹2(2)의 내부에서 천이가 발생한 경우에는 상태그룹2(2)에 연관된 데이터패스2(22) 및 공유데이터패스(18)에게로만 전원이 인가된다.

한편, 상태그룹1(1)에서 상태그룹2(2)로의 천이가 발생한 경우(S20에서 "Yes") 예를 들어 상태그룹1(1)의 상태2에서 상태그룹2(2)의 상태3으로 천이가 발생한 경우 상태그룹1 제어신호는 오프(off)되고 데이터패스1(16)에 인가되었던 전원이 차단된다. 즉, 천이 발생 판단부(10)는 상태그룹1 제어신호를 오프시키고 온(on)된 상태그룹2 제어신호를 제 2 전원 제어부(20)에게로 보낸다. 그 결과, 제 2 전원 제어부(20)는 전원부(12)로부터의 전원을 받아서 상태그룹2(2)에서 데이터패스2(22)로 전원을 인가한다. 이때, 상태그룹1(1)에 연관된 데이터패스1(16)에는 제 1 전원 제어부(14)에서 전원을 인가하지 않아 전력소비가 없다. 즉, 상태그룹2(2)가 동작중일 때에는 데이터패스1(16)에는 전원이 차단되어 전력소비를 줄일 수 있다.

한편, 상태그룹2(2)에서 상태그룹1(1)로의 천이가 발생한 경우(S22에서 "Yes") 예를 들어 상태그룹2(2)의 상태3에서 상태그룹1(1)의 상태2로 천이가 발생한 경우 상태그룹2 제어신호는 오프(off)되고 데이터패스2(22)에 인가되었던 전원이 차단된다. 즉, 천이 발생 판단부(10)는 상태그룹2 제어신호를 오프시키고 온(on)된 상태그룹1 제어신호를 제 1 전원 제어부(14)에게로 보낸다. 그 결과, 제 1 전원 제어부(14)는 전원부(12)로부터의 전원을 받아서 상태그룹1(1)에서 데이터패스1(16)로 전원을 인가한다. 이때, 상태그룹2(2)에 연관된 데이터패스2(22)에는 제 2 전원 제어부(20)에서 전원을 인가하지 않아 전력소비가 없다. 즉, 상태그룹1(1)가 동작중일 때에는 데이터패스2(22)에는 전원이 차단되어 전력소비를 줄일 수 있다.

이와 같이 하게 되면, 본 발명은 상태천이머신 내부의 전력소모를 줄이는 것이 아니라, 상태천이머신을 데이터패스에 따라 구분하고 상태천이머신보다 전력소모가 많은 데이터패스의 전력소모를 줄일 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 상태그룹1
2 : 상태그룹2
10 : 천이 발생 판단부
12 : 전원부
14 : 제 1 전원 제어부
16 : 데이터패스1
18 : 공유데이터패스
20 : 제 2 전원 제어부
22 : 데이터패스2

Claims

천이 상태 판단부가, 상태천이머신이 동작하는 순서에 근거하여 상태그룹간의 천이가 발생하였는지 아니면 어느 한 상태그룹내에서의 천이가 발생하였는지를 판단하여 그에 상응하는 제어신호를 출력하는 단계;
전원 제어부가, 상기 제어신호가 상기 어느 한 상태그룹내에서의 천이 발생을 의미하는 신호이면 해당 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계; 및
상기 전원 제어부가, 상기 제어신호가 상태그룹간 천이 발생을 의미하는 신호이면 현재 천이되어 동작하는 상태그룹에 연관된 데이터패스에게 전원을 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상태천이머신을 이용한 반도체 시스템의 전력 절감 방법.