KR20210137472A - 파이프라인 연산 장치, 프로그래머블 로직 콘트롤러, 및 파이프라인 처리의 실행 방법 - Google Patents
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Abstract
파이프라인 연산 장치(110)는, 파이프라인으로 구성되는 연산부(120), 노드 처리 시간을 취득하는 노드 감시부(161), 축적 메시지량을 취득하는 큐 감시부(162), 노드 처리 시간과, 해당 노드 전단의 수신 큐의 축적 메시지량에 기초하여, 해당 노드의 우선도 변수를 산출하는 우선도 변수 산출부(163), 우선도 변수에 따라 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 시간 할당부(164)를 구비한다.
Description
본 발명은 파이프라인 연산 장치, 프로그래머블 로직 콘트롤러, 및 파이프라인 처리의 실행 방법에 관한 것이다.
다양한 생산 현장에서의 공장 자동화(factory automation; FA)에서, 각종 기기의 동작 정보나 유동품의 측정 데이터, 기타 생산 정보에 관한 샘플링 데이터를 수집하여 데이터베이스화하는 요청이 높아지고 있다. 따라서 생산 공장에서 다양한 각종 기기로의 접근이 가능하여 방대한 데이터를 취급하는 데이터 수집 분석계의 고성능화가 요구되고 있다.
한편, 정보 처리 장치에서 다양한 데이터를 취급할 수 있도록 하는 기술로서 파이프라인 처리가 잘 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 이러한 파이프라인 처리에서 각 태스크로의 실행 우선도를 조정하여 수신 버퍼(수신 큐)의 오버플로우를 방지하여 적절한 데이터 처리를 하는 방법이 개시되어 있다.
FA에서의 데이터 수집 분석계는 생산 공정에 따라 사용자(공장 관리자)에 의해 데이터 수집 대상 기기, 데이터 처리 방법 등을 자유자재로 정해서 얻도록 구성해야 한다. 이를 위한 데이터 수집 분석 장비로서 파이프 라인 연산 장치를 사용하는 것이 고려되고 있다.
파이프라인 연산 장치에서는 데이터 수집 대상 기기나 원하는 데이터 처리 방식에 대응하는 준비된 기능 블록(노드)를 결합하여 사용자가 요구하는 데이터 처리 단계의 설정을 쉽게 할 수 있게 하는 것일 수 있다.
또한, 데이터 수집 분석 장비로서 파이프라인 연산 장치를 각종 제어 대상 기기를 제어하는 프로그래머블 로직 콘트롤러(Programmable Logic Controller; PLC)에 통합할 수 있는 것도 고려된다. 이렇게 하면, 수집된 데이터를 분석한 결과를 각종 제어 대상 기기로의 제어에 반영시키는 것도 용이해 진다.
이러한 FA에서 사용하기 위한 파이프라인 연산 장치의 취급 데이터는 방대하기 때문에 그의 고성능화가 요구된다.
본 발명은 일 측면에서는 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 수신 큐의 오버플로를 방지하면서도 파이프라인 처리가 전체적으로 더 효율적이게 수행할 수 있는 개량된 파이프 라인 연산 장치를 실현하는 것이다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용한다.
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치는, 복수의 노드와, 복수의 수신 큐를 가진 연산부로서, 상기 노드가 상기 수신 큐를 통해 복수 접속되는 파이프라인 중 적어도 1개로 구성되는 연산부와, 노드 감시부와, 큐 감시부와, 우선도 변수 산출부와, 시간 할당부를 가진 제어부를 구비하고, 상기 노드 감시부는, 상기 노드로부터 상기 노드에서의 1개의 메시지의 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하고, 상기 큐 감시부는 상기 수신 큐로부터 상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하고, 상기 우선도 변수 산출부는, 적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 해당 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수를 산출하고, 상기 시간 할당부는 상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 구성을 구비한다.
본 발명의 일 측면에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러는 상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치를 구비한 프로그래머블 로직 콘트롤러여도 된다.
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 처리의 실행 방법은, 노드가 수신 큐를 통해 복수 접속되는 적어도 1개의 파이프라인에 의해 파이프라인 처리를 실행하는 방법으로서, 상기 노드에서의 1개의 메시지의 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하는 단계와, 상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하는 단계와, 적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 해당 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수를 산출하는 단계와, 상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 단계를 구비하고 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에 의하면, 수신 큐의 오버플로우를 방지하면서도 파이프라인 처리를 전체적으로 더 효율적이게 실행할 수 있는, 개량된 파이프라인 연산을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러에 의하면, 고성능화된 데이터 수집 기능을 가지고, 각종 제어 대상 기기의 제어에 대해 수집한 데이터를 분석한 결과를 반영시키는 FA시스템을 사용자가 쉽게 구축할 수 있게 된다.
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 처리의 실행 방법에 의하면, 수신 큐의 오버플로우를 방지하면서도 파이프라인 처리를 전체적으로 더 효율적이게 실행할 수 있는, 개량된 파이프라인 연산을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 파이프라인 연산 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a), (b)는 각각 다른 시각의 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러를 도시한 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 5에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 8에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 파이프라인 연산 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a), (b)는 각각 다른 시각의 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러를 도시한 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 5에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치에서의, 파이프라인의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 8에 관한 파이프라인 연산 장치를 도시한 개략 구성도이다.
〔실시형태 1〕
이하, 본 발명의 일 측면에 관한 실시형태(이하, "본 실시형태"라고도 표기함)가 도면에 기초하여 설명된다.
§1 적용 예
도 1을 참조하여, 우선 본 발명이 적용되는 장면의 일 예가 서술된다. 도 1은 본 실시형태에 관한 파이프라인 연산 장치(110)의 구성을 도시한 개략도이다.
파이프라인 연산 장치(110)는 연산부(120)와 제어부(160)를 구비한다.
연산부(120)는 기능 블록인 복수의 노드(입력 노드(130), 로직 노드(140), 출력 노드(150))와 복수의 수신 큐(141, 151)를 가진다. 연산부(120)에서는, 상기 노드가 수신 큐를 통해 복수 접속되는 파이프라인이 구성되어 있으며 연산부(120)에는 적어도 1개의 파이프라인이 설치되어 있다.
제어부(160)는 기능 블록인 노드 감시부(161), 큐 감시부(162), 우선도 변수 산출부(163) 및 시간 할당부(164)를 가진다.
파이프라인 연산 장치(110)는 그 외부로부터 로드된, 혹은 그것이 구비한 기록 장치(미도시)로부터 로드된 파이프라인 처리 실행 프로그램을 실행함으로써 기능 블록으로서의 이들 각 부의 기능을 실현한다.
노드 감시부(161)는 각 노드(입력 노드(130), 로직 노드(140), 출력 노드(150))로부터, 노드에서의 메시지 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간(T)을 취득한다.
큐 감시부(162)는 수신 큐(141, 151)로부터 각각의 축적 메시지량을 취득한다.
우선도 변수 산출부(163)는 적어도 상기 노드의 노드 처리 시간과 해당 노드 전단의 수신 큐의 축적 메시지량에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수(PRI)를 산출한다.
시간 할당부(164)는 노드별 우선도 변수(PRI)에 따라 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하여 동작시킨다.
이와 같이 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)는 적어도 노드 처리 시간과 수신 큐의 축적 메시지량에 기초하여 우선도 변수(PRI)를 산출하고 이에 따라 각 노드에 대해 가동 시간을 할당한다.
따라서, 수신 큐에서의 오버플로우를 방지하면서도 파이프라인 처리를 전체적으로 효율적이게 실행할 수 있는, 개량된 파이프라인 연산 장치가 실현된다.
§2 구성 예
계속해서 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)의 구성의 일 예가 설명된다.
연산부(120)에서의 노드란, 입력 노드(130), 로직 노드(140), 출력 노드(150) 중 어느 하나이다. 각각의 기능은 다음과 같다.
입력 노드(130)는 파이프라인 연산 장치(110)의 외부 기기 등으로부터 메시지를 수집하는 기능 블록이다. 입력 노드(130)는 외부 기기 등의 종류나 취급하는 메시지의 종류에 따라 다종다양하다. 본 명세서에서 한 세트의 데이터를 메시지라고 칭하고, 메시지의 내용은 생산 정보, 제어 정보, 환경 정보 등의 정보이다. 제어 정보는, 예를 들면 서보모터(servomotor)로부터 취득할 수 있는 리얼타임 토크(real-time torque) 등의 파라미터라는 정보일 수 있으며, 환경 정보는, 예를 들면 기온이라는 정보일 수 있다.
로직 노드(140)는 입력된 메시지를 처리하여 후단에 출력하는 기능 블록이다. 로직 노드(140)는 실시하는 처리의 내용에 따라 다종다양하다.
출력 노드(150)는 입력된 메시지를 파이프라인 연산 장치(110)의 외부 기기 등에 출력하는 기능 블록이다. 출력 노드(150)는 외부 기기 등의 종류나 취급하는 메시지의 종류에 따라 다종다양하다.
파이프라인 연산 장치(110)의 외부 기기 등으로서는, 공작 기계나 측정 기기 그 외 각종 FA 기기, 각종 생산 정보에 관한 데이터를 수집하여 제공하는 데이터베이스, 각종 생산 정보에 관한 데이터를 저장하는 데이터베이스, 인터넷이나 그 외 네트워크상의 클라우드 서버일 수 있다.
또한 파이프라인 연산 장치(110)가 PLC에 통합되어 있는 경우에, 파이프라인 연산 장치(110)의 입력 노드(130) 또는 출력 노드(150)의 접속처로서는, PLC를 구비한 기억장치 상의 데이터 파일이나, PLC상에서 동작하고 있는 공작 기계의 모션 제어 프로그램 등의 어플리케이션일 수도 있다.
생산 정보란, 공작 기계나 측정 기기 그 외 각종 FA 기기의 동작에 관한 정보, 측정 데이터, 그 외 생산에 관한 정보를 포함한 개념이다.
도 1에는, 각각 입력 노드(130), 출력 노드(150)의 접속처의 외부 기기의 예시로서의 데이터 서버(11), 데이터베이스(DB; 12)가 도시되어 있다.
연산부(120)에서는, 입력 노드(130)와 출력 노드(150) 사이에 차례대로 필요한 로직 노드(140)가 접속되어 파이프라인이 구성된다.
로직 노드(140)의 전단에는 로직 노드의 수신 큐(141)가 설치되어 있다. 마찬가지로 출력 노드(150)의 전단에는 출력 노드의 수신 큐(151)가 설치되어 있다. 각각의 수신 큐(141, 151)는 로직 노드(140)나 출력 노드(150)에 입력되는 메시지를, 로직 노드(140)나 출력 노드(150)에서의 처리가 종료되어 다음 메시지의 수락이 가능해질 때까지 일시적으로 축적한다.
연산부(120)를 구성하는 파이프라인은 통상 다수이지만, 적어도 1개이면 된다. 또 파이프라인은, 1개의 입력 노드(130)로부터 1개의 출력 노드(150)로 단수 혹은 복수의 로직 노드가 직렬로 접속되는 것으로만 한정되지 않으며, 도중에 분기나 합류를 하는 것이어도 된다.
노드 감시부(161), 큐 감시부(162), 우선도 변수 산출부(163), 시간 할당부(164)를 가진 제어부(160)의 구성에 대한 개략은 상기§1 적용 예에 기재된 바와 같다. 각 부의 기능의 상세는, 파이프라인 연산 장치(110)의 동작 설명과 함께 후술된다.
또한 본 실시형태에서는, 각각의 수신 큐의 축적 메시지량으로서 메시지의 수인 축적 메시지수(Q)가 채용된다.
노드 처리 시간(T)은 구체적으로 이하의 개시 시각에서부터 종료 시각에 이르기까지의 시간일 수 있다. 노드가 수신 큐로부터 메시지를 받은 시각인 수신 큐의 디큐(dequeue) 시각을 개시 시각으로 할 수 있다. 또한, 입력 노드(130)의 경우에는, 입력 노드(130)가 실행하는 스타트(킥(kick))를 실시한 시각을 개시 시각으로 할 수 있다.
또, 노드가 접속처 노드의 수신 큐에 메시지를 보내는 시각인, 접속처 노드의 수신 큐의 인큐(enqueue) 시각을 종료 시각으로 할 수 있다. 또한, 출력 노드(150)의 경우에는, 출력 노드(150)의 출력처의 외부 기기 등으로의 메시지 출력이 완료된 시각으로 할 수 있다. 또한, 특히 노드가 후단에 메시지를 출력하지 않는 경우 등에, 노드가 받은 메시지와 관련된 처리를, 메시지를 받은 노드 자신이 그 이상 실시할 필요가 없어진 시점(스스로 처리가 완료된 시점)을, 완료된 시각으로 해도 된다.
§3 동작 예
본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)의 동작에 대해, 더 구체적인 예에 기초하여 설명한다.
입력 노드(130)는 복수의 데이터 서버(11)로부터 차례대로 메시지를 취득한다. 각각의 데이터 서버(11)는 하이퍼텍스트 트랜스퍼 프로토콜(Hypertext Transfer Protocol; http)이나 하이퍼텍스트 트랜스퍼 프로토콜 시큐어(Hypertext Transfer Protocol Secure：https)에 기초하여 메시지를 제공하는 웹 서버(Web Server)일 수 있다.
로직 노드(140)는 차례대로, 입력된 메시지로부터, 예를 들면, 설비 상태의 해석에 필요한 데이터를 추출하여 필요한 연산을 하여 출력한다. 로직 노드(140), 예를 들면, 하이퍼텍스트 마크업 랭귀지(HyperText Markup Language：html) 해석 스크립트를 이용한 처리를 하는 것이어도 된다.
출력 노드(150)는 로직 노드(140)가 출력하는 메시지를 차례대로 데이터베이스(12)에 대해 출력한다.
도 2(a)는, 각 노드가 이러한 동작을 실행할 때의 연산부(120)에서의 파이프라인(121)의 상태를 도시한 도면이다. 노드 처리 시간(T), 수신 큐의 축적 메시지수(Q), 및 우선도 변수(PRI)에 대한 첨자 i, n, o는 각각 입력 노드(130), 로직 노드(140) 혹은 그의 수신 큐(141), 출력 노드(150) 혹은 그의 수신 큐(151)를 나타낸다.
이 예에서, 각 노드가 메시지를 처리할 때 필요한 노드 처리 시간(T)에 대해 Ti=20ms, Tn=100ms, To=50ms이다.
이때, 노드 감시부(161)가 입력 노드(130), 로직 노드(140), 출력 노드(150)로부터 각각의 노드 처리 시간(Ti=20ms, Tn=100ms, To=50ms)을 취득한다. 또한, 여기서 단위를 밀리초로 표시하였으나, CPU(Central Processing Unit)의 클록 수(clock number)이어도 된다.
또, 각각의 수신 큐에 축적된 메시지의 수인 축적 메시지 수(Q)에 대해, 도 2(a)의 상태에서는 일시적으로 Qn=3, Qo=0으로 되어 있다.
이때, 큐 감시부(162)가 수신 큐(141, 151)로부터 각각 축적 메시지 수(Qn=3, Qo=0)를 취득한다.
다음으로, 우선도 변수 산출부(163)가 노드 감시부(161)로부터 각 노드의 노드 처리 시간(T)을 수신하고, 또, 큐 감시부(162)로부터 각 노드의 축적 메시지 수(Q)를 수신한다. 또, 우선도 변수 산출부(163)는 입력 노드(130)에 관하여 축적 메시지 수(Qi)를 1로 간주한다.
그 후, 우선도 변수 산출부(163)가 각 노드에 대한 우선도 변수(PRI)를 산출한다. 여기서, 우선도 변수(PRI)는 적어도 노드 처리 시간(T)과 축적 메시지 수(Q)로부터 산출되는 값이다. 본 실시형태에서의 구체적인 예시에서는, 우선도 변수(PRI)는 노드 처리 시간(T)과 축적 메시지 수(Q)의 곱이다.
우선도 변수 산출부(163)는 각 노드에 대한 우선도 변수(PRI)를 PRIi1=1×20, PRIn=3×100, PRIo=0×50으로 산출한다.
계속해서 시간 할당부(164)가 우선도 변수 산출부(163)가 산출한 각 노드에 대한 우선도 변수(PRI)에 따라 연산부(120)에 주어지는 시간에 대한 정보처리 자원, 예를 들면, CPU 시간을 배분한다. 예시로서는, 연산부(120)에 주어지는 CPU 시간을 우선도 변수(PRI)에 의해 안분(按分)하여 각 노드를 가동시킨다.
그러면, 도 2(a)의 상태로부터 소정 시간 내에는, 출력 노드(150)에 CPU 시간은 할당되지 않으며, 로직 노드(140)에는 입력 노드(130)보다 큰 CPU 시간이 할당된다.
로직 노드(140)에는 큰 CPU 시간이 할당되기 때문에 일정 시간 경과 후에 로직 노드(140)의 수신 큐(141)의 축적 메시지 수(Qn)가 감소되고, 예시로서 도 2(b) 상태로 전이되었다. 이와 같이, 입력 노드(130)가 로직 노드(140)에 보낸 메시지의 축적이 해소되었다.
단, 시간 할당부(164)는, 입력 노드(130)에 정주기(定周期) 실행이 예약되어 있는 경우, 예외적으로 해당 입력 노드(130)에는 그의 동작의 정주기 실행이 이루어지는 CPU 시간을 할당한다.
입력 노드(130)에 대해, 정주기 실행이 예약되어 있을 때의 시간 할당부(164)의 동작은 다음과 같은 것이다. 예를 들면, 1ms의 정주기에서 외부 기기로부터 메시지를 취득하는 예약이 이루어지고 입력 노드(130)의 처리 시간이 0.02ms인 경우, 적어도 1ms 이내에 0.02ms의 CPU 시간을 확보하도록 시간 할당부(164)는 입력 노드(130)를 가동시킨다. 시간 할당부(164)는 잔여 연산부(120)에 할당되는 CPU 시간을 다른 노드에 안분하여 다른 각 노드를 가동시킨다.
또한, 입력 노드(130)에 대해, 정주기 실행이 예약되고 입력 노드(130)에 비교적 큰 일정한 CPU 시간이 할당된 경우에는, 입력 노드(130)로부터의 메시지의 출력이 고빈도(高頻度)가 된다. 그러면 파이프라인의 동작 초기에 특정 노드의 수신 큐에 메시지가 축적되려고 하는데, 이 경우에도 각 노드의 가동 시간이 상기와 같이 조정되어 해소된다.
§4 작용, 효과
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)는 일시적으로 특정 수신 큐에 메시지가 과잉 축적되었다고 해도, 각 노드의 가동 시간이 상황에 따라 동적으로 할당되어 과잉 축적이 해소되도록 동작한다. 따라서 파이프라인 연산에서의 수신 큐의 오버플로우가 효과적으로 억제된다.
또, 상술한 바와 같이, 우선도 변수(PRI)는 노드 처리 시간(T)과 축적 메시지 수(Q)로부터 산출되어 각 노드의 동작 시간이 우선도 변수(PRI)에 따라 동적으로 할당된다. 즉, 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에서는, 노드에서의 동작 대기가 발생하지 않는, 파이프라인 전체의 효율화가 실현되어 있다.
(비교 1)
비교를 위해, 제어부(160)에 의한 상술한 바와 같은, 각 노드의 가동 시간의 조정이 없는 케이스가 설명된다.
이 경우, 예를 들면 로직 노드(140)에서의 메시지 처리가 시간을 필요로 하는 것일 때 입력 노드(130)로부터 출력되는 메시지가 로직 노드(140)의 수신 큐(141)에 축적된다(Qn이 과잉이 된다). 이러한 상황이 계속되면 수신 큐(141)가 오버플로우되는 상황에 빠진다.
그래서 오버플로우를 회피하기 위해 입력 노드(130)의 동작에 대해 대기 시간을 마련하는 것이 고려된다. 예를 들면, 로직 노드(140)의 노드 처리 시간이 Tn=100ms인 경우에, 입력 노드(130)의 동작 대기 시간을 200ms로 설정하여 200ms 이상의 시간 간격으로만 로직 노드(140)의 수신 큐(141)에 메시지가 송부되게 한다. 이러한 대기 시간의 설계는 파이프라인 후단의 처리 시간을 고려하여 실시할 필요가 있다.
그러나 연산부(120)에 설정되는 파이프라인이 다수인 경우에 이러한 조정을 사용자가 하는 것은 매우 번거롭고 또 적절히 대기 시간을 설정하기도 어렵다.
한편, 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에서는, 사용자가 입력 노드마다 이러한 조정을 하지 않아도 동적으로 메시지의 축적이 해소된다.
따라서, 사용자가 각 노드의 대기 시간 등의 파라미터를 설정할 필요가 없어 각종 기기로부터의 데이터 수집 분석이 가능한 데이터 수집 시스템을 용이하게 구축할 수 있게 된다.
(비교 2)
또, 비교를 위해 특허문헌 1의 종래 기술을 적용한 케이스가 설명된다. 종래 기술을 적용한 파이프라인 연산 장치에서는, 각각의 노드에 할당하는 가동 시간은, 각각의 노드의 수신 큐에 축적된 데이터량(메시지에 의한 메모리 사용량)으로부터 산출된다.
한편, 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에서 각각의 노드에 할당하는 가동 시간은, 각각의 노드의 수신 큐의 축적 메시지량인 축적 데이터 수(Q)와 노드 처리 시간(T)의 곱인 우선도 변수(PRI)에 따라 안분된다.
따라서, 일시적으로 어느 노드의 수신 큐에 메시지가 과잉 축적된 경우에, 노드 처리 시간까지 고려되어 노드에 CPU 시간이 할당된다. 따라서 파이프라인 연산 장치(110)에 의하면, 종래 기술을 적용할 때보다도 더 빠르게 메시지의 과잉 축적 상태가 해소될 수 있다.
또, 예를 들면 노드 처리 시간 100ms의 노드와 노드 처리 시간 200ms의 노드가 접속되어 있는 경우에 일정 유량의 메시지가 파이프라인을 통과하려면, 후자의 노드에 2배의 CPU 시간이 할당될 필요가 있다. 따라서 종래 기술에서는, 후자의 노드의 수신 큐에 전자의 노드 수신 큐의 2배의 메시지가 축적되면 해당 할당이 실행된다.
한편 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에서는, 해당 할당을 실행하기 위해 이러한 노드에서 축적하는 메시지 수는 동등하다. 축적 메시지 수(Q)와 노드 처리 시간(T)의 곱에 의해 CPU 시간이 할당되기 때문이다. 이와 같이 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에 의하면, 가동하고 있는 파이프라인(121)에서의 각 노드의 수신 큐에 축적되는 메시지 수에 차이가 발생하기 어렵다. 따라서, 수신 큐를 구성하기 위한 메모리 리소스가 한정된 경우라 해도 파이프라인 연산 장치(110)는 효율적인 운용이 가능하다.
또, 종래 기술과 같이 수신 큐에 축적되는 메시지량에 격차가 있는 경우, 특정 노드에서 처리해야 할 메시지가 고갈되어 가동 시간의 비율이 갱신되는 다음 타이밍까지 그의 노드가 수신 대기가 되는 비효율적인 상황이 발생하기 쉽다. 그러나 본 실시형태의 파이프라인 연산 장치(110)에서는 이러한 사태가 억제되기 때문에 파이프라인 처리를 전체적으로 효율적이게 실행할 수 있게 된다.
이상의 실시형태 1에 관한 작용, 효과에 대해서는, 이하의 실시형태에서도 동일하게 발휘된다.
〔실시형태 2〕
본 발명의 다른 실시형태가 이하에 설명된다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시형태에서 설명한 구성요소와 동일한 기능을 가진 구성요소에 대해서는, 동일한 부호가 부기(附記)되고 그의 설명은 반복되지 않는다.
도 3은 실시형태 2에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러(PLC)(200)의 구성을 도시한 개략도이다.
프로그래머블 로직 콘트롤러(200)는 실시형태 1과 동일한 파이프라인 연산 장치(210)를 구비한다. 파이프라인 연산 장치(210)에는 연산부(220)와 제어부(260)가 설치되어 있다.
연산부(220)에는, 사용자(공장 관리자)가 데이터 수집 대상 기기 등, 데이터 출력 대상 기기 등이나 데이터 처리 방법에 대응하는 노드를 접속한 파이프라인을 구축함으로써 사용자가 필요한 데이터 수집과 그 처리의 설정을 용이하게 할 수 있다.
도 3에서, 입력 노드(Input), 로직 노드(Logic), 출력 노드(Output)로 구성되는 복수의 파이프라인이 도시되어 있다. 또한, 도시되지 않지만, 상기 실시형태와 마찬가지로 각각의 로직 노드(Logic)와 출력 노드(Output)의 전단에는 수신 큐가 접속된다. 제어부(260)의 구성은 상기 실시형태와 동일하다.
프로그래머블 로직 콘트롤러(200)는 또한 그것이 구비한 기억 장치 내의 데이터 파일(201, 202)이나 그의 내부에서 동작하는 공작 기계의 모션 제어 프로그램 등의 어플리케이션(APP; 203, 204)을 가지고 있다.
파이프라인 연산 장치(210)의 입력 노드(Input)의 접속처는 데이터 파일(201)이나 어플리케이션(203)일 수 있다. 또한, 입력 노드(Input)의 접속처는 프로그래머블 로직 콘트롤러(200)의 외부 기기인 공작 기계나 측정 기기 그 외 각종 FA 기기, 각종 생산 정보에 관한 데이터를 수집하여 제공하는 데이터 서버(11), 각종 생산 정보에 관한 데이터를 저장하는 데이터베이스(12), 인터넷이나 기타 네트워크상의 클라우드 서버(WEB; 13)일 수 있다.
파이프라인 연산 장치(210)의 출력 노드(Output)의 접속처는 데이터 파일(202)이나 어플리케이션(204)일 수 있다. 또한, 출력 노드(Output)의 접속처는 프로그래머블 로직 콘트롤러(200)의 외부 기기인, 공작 기계나 측정 기기 그 외 각종 FA 기기, FA 기기에 관한 데이터를 수집하여 제공하는 데이터 서버(11), 각종 생산 정보에 관한 데이터를 수집하여 제공하는 데이터베이스(12), 인터넷이나 기타 네트워크상의 클라우드 서버(13)일 수 있다.
입력 노드(Input)의 접속처인 어플리케이션(203)과, 출력 노드(Output)의 접속처인 어플리케이션(204)은 다른 어플리케이션이어도 되고 동일한 어플리케이션이어도 된다.
실시형태 2에 의하면, 데이터 수집 분석 기기로서의 파이프라인 연산 장치(210)가 각종 제어 대상 기기를 제어하는 프로그래머블 로직 콘트롤러(200)에 통합되어 있다. 따라서, 각종 제어 대상 기기의 제어에 대해, 수집한 데이터를 분석한 결과를 반영시키는 시스템을 사용자가 쉽게 구축할 수 있게 된다.
〔실시형태 3〕
실시형태 3에 관한 파이프라인 연산 장치는 상기 각 실시형태와 동일하다. 실시형태 3에서는, 파이프라인에 분기가 설정된 경우의 연산부의 동작이 설명된다.
도 4는 실시형태 3에 관한 파이프라인 연산 장치의 연산부에 속한 파이프라인(321)을 도시한 도면이다. 파이프라인(321)은 이하의 구성을 가진다.
입력 노드(330)가 파이프라인 연산 장치 외부의 공작 기계(14)로부터 메시지를 취득하고 로직 노드(340)가 필요 데이터를 추출한다. 로직 노드(340)의 전단에는 수신 큐(341)가 설치되어 있다. 로직 노드(340)는 처리된 메시지를 출력 노드 A(350)와 출력 노드 B(352)로 분기하여 출력한다.
출력 노드 A(350)는 파이프라인 연산 장치 외부의 데이터베이스(12)에 대해 처리된 메시지를 출력한다. 출력 노드 B(352)는 파이프라인 연산 장치 외부의 클라우드 서버(13)에 대해 메시지를 출력한다. 출력 노드 B(352)는, 예를 들면 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜에 의해 처리를 실행한다.
여기서, 데이터베이스(12)에 접속하는 출력 노드 A(350)의 노드 처리 시간(Toa)이 50ms이며, 클라우드 서버(13)에 접속하는 출력 노드 B(352)는 시간을 더 필요로 하며 노드 처리 시간(Tob)이 150ms인 케이스를 상정한다. 데이터베이스(12)가 공장 내부의 로컬 네트워크에 접속되어 있으며, 인터넷상의 클라우드 서버(13)에 대한 것보다 신속하게 출력 처리가 실행되는 케이스에 상당한다.
파이프라인(321)의 동작이 개시되면, 출력 노드 A(350)의 수신 큐(351)와 출력 노드 B(352)의 수신 큐(353)에는, 로직 노드(340)로부터 거의 동시에 메시지가 출력된다. 그리고 수신 큐 A(351)의 축적 메시지 수(Qoa)와 수신 큐 B(353)의 축적 메시지 수(Qob) 모두가 1이 된다.
그러면, 출력 노드 A(350)의 우선도 변수 PRIoa=1×50와 출력 노드 B(352)의 우선도 변수 PRIob=1×150의 비율은 1：3이 된다. 이 비율에 따라, CPU 시간이 할당되기 때문에 출력 노드 A(350)와 출력 노드 A(350)에서의 메시지 처리는 거의 동시에 종료된다.
이와 같이 메시지의 처리가 거의 동시에 종료되기 때문에 그 후에도 축적 메시지 수(Qoa), 수(Qob)는 거의 동수(同數)이며, 수신 큐 A(351)와 수신 큐 B에 주어지는 CPU 시간의 비는 노드 처리 시간에 대응한다. 따라서, 파이프라인(321)의 동작이 계속되는 동안, 출력 노드(350, 352) 중 어느 한쪽이 메시지 입력 대기가 되어 동작에 아이들 상태(idle state)가 발생하는 사태가 일어나지 않고 매우 효율적으로 각 노드에 CPU 시간이 배분되고 있다.
한편, 특허문헌 1의 종래 기술을 적용한 경우에는, 예를 들면, 파이프라인의 동작이 개시되어 수신 큐 A(351)의 축적 메시지 수(Qoa)와 수신 큐 B(353)의 축적 메시지 수(Qob) 모두가 1이 되었을 때 동일한 CPU 시간이 배분된다. 이와 같이 특허문헌 1의 종래 기술을 적용한 경우에는 노드 처리 시간이 더 짧은 출력 노드 A(350)에서 메시지 입력 대기에 의한 동작의 아이들 상태가 발생하는 사태가 일어나 파이프라인 전체 동작의 효율이 나빠진다.
이상과 같이, 실시형태 3의 예에서는, 노드에서의 동작 대기가 발생하지 않는 파이프라인 전체의 효율화가 도모된 파이프라인 연산 장치가 실현된다.
〔실시형태 4〕
실시형태 4에 관한 파이프라인 연산 장치는 상기 각 실시형태와 동일하다. 실시형태 4에서는, 파이프라인에 합류가 설정된 경우의 연산부의 동작이 설명된다.
도 5는, 실시형태 4에 관한 파이프라인 연산 장치의 연산부에 속한 파이프라인(421)을 도시한 도면이다. 노드 처리 시간(T), 수신 큐의 축적 메시지 수(Q), 및 우선도 변수(PRI)에 대한 첨자 ia, ib, na, nb, n2는 각각 입력 노드 A(430), 입력 노드 B(432), 로직 노드 A(440) 혹은 그의 수신 큐 A(441), 로직 노드 B(442) 혹은 그의 수신 큐 B(443), 로직 노드 2(444) 혹은 그의 수신 큐 2(445)를 나타낸다. 파이프라인(421)은 이하의 구성을 가진다.
입력 노드 A(430)가 파이프라인 연산 장치 외부의 공작 기계(14)로부터 메시지를 취득하고 로직 노드 A(440)가 필요 데이터를 추출한다. 로직 노드 A(440)의 전단에는 수신 큐 A(441)가 설치되어 있다. 로직 노드 A(440)는 처리한 메시지를 로직 노드 2(444)의 수신 큐 2(445)에 인큐(enqueue)한다.
입력 노드 B(432)가 파이프라인 연산 장치 외부의 공작 기계(15)로부터 메시지를 취득하고 로직 노드 B(442)가 필요 데이터를 추출한다. 로직 노드 B(442)의 전단에는 수신 큐 B(443)가 설치되어 있다. 로직 노드 B(442)는 처리한 메시지를 로직 노드(2)(444)의 수신 큐 2(445)에 인큐한다.
이와 같이 파이프라인이 합류하는 로직 노드 2(444)의 수신 큐 2(445)에서는, 각 노드로부터의 메시지를 1세트로 하여 축적 메시지 수(Qn2)를 카운트한다.
로직 노드 2(444)가 수신 큐(445)로부터 양(兩) 메시지를 디큐(dequeue)하고 양 메시지를 머지(merge)하는 등의 처리를 하여 출력 노드(450)에 출력한다. 출력 노드(450)의 전단에는 수신 큐(451)가 설치되어 있다. 출력 노드(450)는 파이프라인 연산 장치 외부의 데이터베이스(12)에 대해 메시지를 출력한다.
여기서, 로직 노드 A(440)의 노드 처리 시간(Tna)이 50ms이며, 로직 노드 B(442)의 노드 처리 시간(Tnb)이 100ms인 케이스를 상정한다.
각각의 입력 노드(430, 432)에 대해서도, 우선도 변수(PRI)에 기초한 CPU 시간의 할당이 실행되고 있으면, 상기 실시형태와 동일하게 하여 각 노드에서의 메시지 처리는 같은 시간에 완료될 수 있다.
따라서, 실시형태 4에 의하면, 합류점의 로직 노드 2(444)가 어느 한 메시지의 입력 대기가 되어 동작에 아이들링 상태가 발생하지 않도록 할 수 있어 매우 효율적으로 각 노드에 CPU 시간이 배분될 수 있다.
이와 같이, 실시형태 4의 예에서는, 노드에서의 동작 대기가 발생하지 않는 파이프라인 전체의 효율화가 도모된 파이프라인 연산 장치가 실현된다.
또한, 도 5에서, Qia=1, Qib=1, Qna=1, Qnb=1, Qn2=1, Tia=10ms, Tib=20ms, Tn2=100ms이다. 또, PRIia=1×10, PRIib=1×20, PRIna=1×50, PRInb=1×100, PRIn2=1×100이다.
〔실시형태 5〕
실시형태 4에 관한 파이프라인 연산 장치의 파이프라인(421)과 같이, 파이프라인에 복수의 입력 노드로부터의 합류가 설정되어 있는 경우에, 적어도 1개의 입력 노드에 정주기 실행의 예약이 되어 있으면 다음 현상이 발생한다.
합류하는 부분 파이프라인마다 메시지 처리에 필요한 시간이 다르기 때문에 합류 후 노드의 수신 큐(도 5에서는 수신 큐(445))에, 한쪽 부분 파이프라인으로부터의 메시지가 축적되면서도 다른쪽 부분 파이프라인으로부터의 메시지가 고갈되는 상황이 된다. 그리고나서, 합류 후의 노드가 메시지 대기가 되어 효율적인 파이프라인의 운용이 이루어지지 않는 상황이 된다. 실시형태 5에 관한 파이프라인 연산 장치는 이러한 현상을 해소할 수 있는 구성을 가진다.
도 6은 실시형태 5에 관한 파이프라인 연산 장치(610)의 구성을 도시한 개략도이다.
파이프라인 연산 장치(610)는 연산부(620)와 제어부(660)를 구비한다.
연산부(620)는 상기 실시형태의 파이프라인 연산 장치와 동일하며 각종 파이프라인을 내부에 설정할 수 있다.
제어부(660)는 파이프라인 연산 장치(110)의 제어부(160)의 구성에 추가하여 합류 감시부(665)와 보정 계수 산출부(666)를 더 구비한다.
합류 감시부(665)는 적어도 합류 직전 노드의 수신 큐(도 5에서는, 수신 큐(441, 443))의 축적 메시지 수를 큐 감시부(562)로부터 받아 그것들을 비교한다. 그리고나서, 비교한 결과, 합류하는 부분 파이프라인 간의 축적 메시지 수의 불균형 정도를 판단한다.
보정 계수 산출부(666)는 합류 감시부(665)로부터, 합류하는 부분 파이프라인 간의 축적 메시지 수의 불균형 상태 정보를 받는다. 보정 계수 산출부(666)는 합류하는 부분 파이프라인 간의 불균형 정도에 따라 메시지 축적이 발생하는 부분 파이프라인에 속한 노드에 대해 보정 계수(K)를 산출한다.
예를 들면, 만일 도 5와 같은 합류가 있는 파이프라인에서 수신 큐(441)의 축적 메시지 수(Qna)가 수신 큐(443)의 축적 메시지 수(Qnb)의 3배로 되어 있다고 하자. 이러한 경우 보정 계수 산출부(666)는 수신 큐(441)가 속한 부분 파이프라인의 노드인 입력 노드 A(430)와 로직 노드 A(440)에 보정 계수(K=3)를 설정한다.
시간 할당부(664)는 보정 계수 산출부(666)가 산출한 보정 계수(K)와 파이프라인 연산 장치(110)의 우선도 변수 산출부(163)와 동일하게 하여 우선도 변수 산출부(663)가 산출한 우선도 변수(PRI)에 따라 각 노드에 CPU 시간을 할당한다. 더 구체적으로는, 보정 계수가 설정된 노드에 대해서는, 우선도 변수(PRI)에 보정 계수를 곱한 값에 따른 CPU 시간을 할당한다.
그러면, 메시지 축적이 발생하는 부분 파이프라인에 속한 노드에 의해 CPU 시간의 리소스가 할당되어 합류점에서의 불균형이 해소된다.
이와 같이, 실시형태 5에 관한 파이프라인 연산 장치(610)에 의하면, 합류가 있는 파이프라인에서도, 확실히 파이프라인 처리를 전체적으로 효율적이게 실행할 수 있게 된다.
〔실시형태 6〕
실시형태 6에 관한 파이프라인 연산 장치는 상기 각 실시형태와 동일하지만, 우선도 변수(PRI)의 계산식이 다른 일 예이다.
상기 실시형태에서의 예시에서, 우선도 변수 산출부가 실행하는 우선도 변수 산출을 위한 계산식은 PRI=T×Q였다. 즉, 노드 처리 시간(T)과 축적 메시지 수(Q)는 같은 가중치(weight)를 가지고 있었다.
그러나, 연산부에 주어진 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우에는, 축적 메시지 수(Q)에 의해 가중치를 부여하여 잠시 축적 메시지를 감소시키는 방향으로 동작하는 것이 바람직한 경우가 있다.
실시형태 6에 관한 파이프라인 연산 장치에서는, 일 예로서 우선도 변수 산출부가 실행하는 우선도 변수 산출을 위한 계산식을 PRI=T×Qr,(r≥1)로 할 수 있다. 여기서 변수 r은 축적 메시지 수(Q)에 가중치를 부여하기 위한 파라미터로서, 1보다 큰 경우, 축적 메시지 수(Q)에 가중치가 부여된 것을 나타낸다. 또한, 가중치 부여를 고려한 계산식은 상기의 것에 한정되지 않으며 다른 계산식이 이용되어도 된다.
실시형태 6에 관한 파이프라인 연산 장치에서는, 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우에, 변수 r의 값을 1보다 크게 하여 축적 메시지 수(Q)를 감소시키는 방향으로 동작시킬 수 있어 메모리 자원의 부족이 발생하는 사태를 억제할 수 있다.
또, 실시형태 6에 관한 파이프라인 연산 장치에서는, 일 예로서 우선도 변수 산출부가 실행하는 우선도 변수 산출을 위한 계산식을, 연산부에 주어진 메모리의 사용률(m)을 직접 고려하여 PRI=T×Q(Q/Qmax＋m)로 할 수 있다. 여기서, Qmax는 수신 큐에 축적할 수 있는 메시지 수의 최대치이다. 본 계산식에 의해서도, 메모리 자원의 부족이 발생하는 사태를 억제할 수 있다.
〔실시형태 7〕
실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치는 상기 각 실시형태와 동일하지만 특정 상황에서 실시하는 특별한 처리를 더 구비한 일 예이다.
도 7은 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치(510)의 구성을 도시한 개략도이다.
파이프라인 연산 장치(510)는 연산부(520)와 제어부(560)를 구비한다.
연산부(520)는 상기 실시형태의 파이프라인 연산 장치와 동일하며 각종 파이프라인을 내부에 설정할 수 있다. 설정되는 파이프라인의 예에 대해서는 후술하기로 한다. 번잡함을 피하기 위해 도 7에는 하나의 파이프라인만이 도시되어 있다.
제어부(560)는 파이프라인 연산 장치(110)의 제어부(160)의 구성에 추가하여 메모리 감시부(567)와 보정 계수 산출부(566)를 더 구비한다.
메모리 감시부(567)는 각 노드의 축적 메시지 수를 큐 감시부(562)로부터 받아 그것들을 합계한다. 그리고나서, 파이프라인 연산 장치(510)의 수신 큐를 위해 확보되어 있는 메모리 자원의 할당과 비교하여 빈 용량이 소정값보다 작아졌는지 여부를 판단한다. 빈 용량이 소정값보다 작아진 경우, 메모리 감시부(567)는 그 취지를 보정 계수 산출부(566)에 통지한다.
보정 계수 산출부(566)는 메모리 감시부(567)로부터 해당 통지를 받은 경우, 특정 파이프라인에 속한 노드에 대한 보정 계수(K)를 설정한다. 보정 계수(K)는 규정치(예를 들면 K=2)여도 되고, 메모리의 사용 비율에 따른 값이어도 된다.
시간 할당부(564)는 보정 계수 산출부(566)가 산출한 보정 계수(K)와 파이프라인 연산 장치(110)의 우선도 변수 산출부(163)와 동일하게 하여 우선도 변수 산출부(563)가 산출한 우선도 변수(PRI)에 따라 각 노드에 CPU 시간을 할당한다. 더 구체적으로는, 보정 계수가 설정된 노드에 대해서는, 우선도 변수(PRI)에 보정 계수(K)를 곱한 값에 따른 CPU 시간을 할당한다.
도 8은 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치(510)의 연산부에서의 파이프라인 A(521)와 파이프라인 B(522)를 도시한 도면이다.
노드 처리 시간(T), 수신 큐의 축적 메시지 수(Q), 및 우선도 변수(PRI)에 대한 첨자 ia, na, oa는 각각 입력 노드 A(530), 로직 노드 A(540) 혹은 그의 수신 큐 A(541), 출력 노드 A(550) 혹은 그의 수신 큐 A(551)를 나타낸다.
마찬가지로 첨자 ib, nb, ob는 각각 입력 노드 B(532), 로직 노드 B(542) 혹은 그의 수신 큐 B(543), 출력 노드 B(552) 혹은 그의 수신 큐 B(553)를 나타낸다.
파이프라인 A(521)에는, 입력 노드 A(530), 수신 큐 A(541), 로직 노드 A(540), 수신 큐 A(551), 출력 노드 A(550)가 차례대로 접속되어 있다. 입력 노드 A(530), 로직 노드 A(540), 출력 노드 A(550)의 노드 처리 시간은 각각 Tia=10ms, Tna=50ms, Toa=100ms이다.
파이프라인 B(522)에는, 입력 노드 B(532), 수신 큐 B(543), 로직 노드 B(542), 수신 큐 B(553), 출력 노드 B(552)가 차례대로 접속되어 있다. 입력 노드 B(532), 로직 노드 B(542), 출력 노드 B(552)의 노드 처리 시간은, 각각 Tib=10ms, Tnb=200ms, Toa=50ms이다.
상기 구성에서, 주어진 메모리의 빈 용량이 줄어들어 메모리 감시부(567)로부터 통지된 경우에, 보정 계수 산출부(566)는 파이프라인(521)에 속한 각 노드에 보정 계수(K)(예를 들면 K=2)를 할당한다.
보정 계수를 할당한 파이프라인은, 파이프라인이 완료될 때까지의 시간이 짧은 것에서 선택된다. 도 8의 예에서는, 파이프라인(521)의 해당 시간은 Tia＋Tna＋Toa이며 160ms이다. 파이프라인(522)의 해당 시간은 Tib＋Tnb＋Tob이며 260ms이다. 따라서, 도 8의 예에서는 파이프라인(521)이 선택된다.
또한, 보정 계수 산출부(566)가 선택하는 파이프라인은, 파이프라인 연산 장치(510)를 구축하는 프로그램에 의해 각 파이프라인의 처리 시간의 개산치(槪算値)에 기초하여 미리 결정되어 있어도 된다. 혹은 노드 감시부(561)가 취득한 각 노드의 노드 처리 시간(T)에 기초하여 순서대로 산출되는 것이어도 된다.
이와 같이 하여, 파이프라인이 완료될 때까지의 시간이 짧은 소정의 파이프라인(521)에 우선적으로 CPU 시간이 배분되면, 해당 파이프라인(521) 중의 메시지 처리가 급속히 진행되어 메모리의 빈 용량이 증가한다.
또한, 도 8에서는 Qna=3, Qoa=3, PRIna=3×50, PRIoa=3×100, Qnb=3, Qob=3, PRInb=3×200, PRIob=3×50이다.
이와 같이 실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치(510)에서는, 연산부에 주어진 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우에 시간 할당부(564)가 파이프라인이 완료될 때까지의 시간이 짧은 파이프라인에 속한 노드의 가동 시간의 배분을 크게 하여 신속하게 연산부(520) 내의 메시지를 감소시킨다.
실시형태 7에 관한 파이프라인 연산 장치(510)에서는, 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우에, 제어부(560)가 상기 특별한 처리를 실시하여 연산부(520)에 체류하고 있는 메시지를 감소시킬 수 있어 메모리 자원의 부족이 발생하는 사태를 억제할 수 있다.
또한, 실시형태 7에서는, 분기가 없는 파이프라인을 복수 구비한 경우의 예에 대해 설명하였다. 한편, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같은 분기가 있는 파이프라인은 분기에 의해 파이프라인 내의 메시지가 급격히 증대된다. 따라서 상기와 같은 동작에 의해 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우 이러한 분기가 있는 파이프라인의 가동 시간의 배분을 상대적으로 줄여 메모리의 빈 용량의 회복을 도모하는 것도 효과적이다.
〔실시형태 8〕
실시형태 8에 관한 파이프라인 연산 장치(710)는 상기 각 실시형태와 동일하지만, 노드 감시부가 취득한 노드의 과거로부터의 복수의 노드 처리 시간(T)의 통계치에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수(PRI)를 산출하기 위한 노드 처리 시간을 생성하는 일 예이다.
도 9은 실시형태 8에 관한 파이프라인 연산 장치(710)의 구성을 도시한 개략도이다.
파이프라인 연산 장치(710)는 연산부(720), 제어부(760) 및 기록부(770)를 구비한다.
연산부(720)는 상기 실시형태의 파이프라인 연산 장치와 동일하며 각종 파이프라인을 내부에 설정할 수 있다.
제어부(760)는 파이프라인 연산 장치(110)의 제어부(160)의 구성에 추가하여 통계치 산출부(768)를 더 구비한다.
노드 감시부(761)는 연산부(720)의 각 노드로부터 취득한 노드 처리 시간(T)을 기록부(770)에 기록한다.
통계치 산출부(768)는 기록부(770)에 기록된 과거의 각 노드의 노드 처리 시간(T) 및 노드 감시부(761)가 취득한 최신 노드 처리 시간(T)에 기초하여 노드 처리 시간의 통계치를 산출한다. 통계치로서는, 평균치, 중앙치, 혹은 최빈치(最頻値)가 이용될 수 있다. 혹은 Smirnoff-Grubbs 검정 등의 수법을 이용하여 이상치를 채용하지 않도록 한 최신 노드 처리 시간(T)으로 해도 된다.
우선도 변수 산출부(763)는, 노드 처리 시간에 대해서는, 통계치 산출부(768)가 산출한 상기 통계치를 이용하는 것 외에는 파이프라인 연산 장치(110)의 우선도 변수 산출부(163)와 동일하게 하여 우선도 변수(PRI)를 산출한다.
시간 할당부(764)의 동작은 파이프라인 연산 장치(110)의 시간 할당부(164)와 동일하다.
실시형태 8에 관한 파이프라인 연산 장치(710)에 의하면, 우선도 변수(PRI)를 산출하기 위한 노드 처리 시간으로서 통계치를 채용하기 때문에 돌발적인 사유에 의한 각 노드에서의 극단적인 가동 시간 할당의 발생이 방지될 수 있다.
〔부기 사항〕
상기 실시형태에서 수신 큐의 축적 메시지량으로서 축적된 메시지의 수인 축적 메시지 수(Q)가 이용되었다.
그러나, 본 발명의 적용은 이에 한정되지 않으며 축적 메시지량으로서 수신 큐에 축적된 메시지의 총 사이즈(메모리의 사용량)가 이용되어도 된다. 이 경우, 우선도 변수(PRI)는 축적된 메시지의 총 사이즈와 노드 처리 시간(T)의 곱으로 산출될 수 있다.
또, 상기 실시형태에서 우선도 변수(PRI)로서 상술한 특정 예에 대해 설명되었다. 그러나, 본 발명의 적용은 이에 한정되지 않으며 우선도 변수(PRI)로서 메시지마다 그의 중요도 등 메시지의 처리 우선도를 산출한 후에 유용하다고 생각되는 지표에 따른 계수를 곱하고 그 총합을 이용하여 산출해도 된다.
또한, 본 발명의 파이프라인 연산 장치는, 연산부에서의 모든 노드가 본 발명의 제어부(160)로 제어되는 것에 한정되지는 않으며 일부 노드는 다른 방법에 따라 제어되는 것이어도 된다.
〔소프트웨어에 의한 실현 예〕
파이프라인 연산 장치(110, 210, 510, 610, 710)의 기능 블록(특히, 입력 노드, 로직 노드, 출력 노드, 수신 큐, 노드 감시부, 큐 감시부, 우선도 변수 산출부, 시간 할당부, 합류 감시부, 보정 계수 산출부, 메모리 감시부, 통계치 산출부)은 집적 회로(IC 칩) 등에 형성된 논리 회로(하드웨어)에 의해 실현되어도 되고 소프트웨어에 의해 실현되어도 된다.
후자의 경우, 파이프라인 연산 장치(110, 210, 510, 610, 710)는 각 기능을 실현하는 소프트웨어인 프로그램의 명령을 실행하는 컴퓨터를 구비하고 있다. 이 컴퓨터는, 예를 들면 1개 이상의 프로세서를 구비함과 동시에 상기 프로그램을 기억한 컴퓨터 독취가능 기록매체를 구비하고 있다. 그리고 상기 컴퓨터에서 상기 프로세서가 상기 프로그램을 상기 기록매체로부터 독취하여 실행함으로써 본 발명의 목적이 달성된다.
상기 프로세서로서는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)를 이용할 수 있다. 상기 기록매체로서는, "일시적이지 아닌 유형의 매체", 예를 들면, ROM(Read Only Memory) 등 외에 테이프, 디스크, 카드, 반도체 메모리, 프로그래머블 논리 회로 등을 이용할 수가 있다.
또, 상기 프로그램을 전개하는 RAM(Random Access Memory) 등을 더 구비해도 된다.
또, 상기 프로그램은 해당 프로그램을 전송 가능한 임의의 전송매체(통신 네트워크나 방송파 등)를 통해 상기 컴퓨터에 공급되어도 된다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 상기 프로그램이 전자적인 전송에 의해 구현화된, 반송파에 임베드(embed)된 데이터 신호의 형태로도 실현될 수 있다.
[정리]
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치는, 복수의 노드와, 복수의 수신 큐를 가진 연산부로서 상기 노드가 상기 수신 큐를 통해 복수 접속되는 파이프라인 중 적어도 1개로 구성되는 연산부와, 노드 감시부와, 큐 감시부와, 우선도 변수 산출부와, 시간 할당부를 가진 제어부를 구비하고, 상기 노드 감시부는, 상기 노드로부터 상기 노드에서의 1개의 메시지의 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하고, 상기 큐 감시부는 상기 수신 큐로부터 상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하고, 상기 우선도 변수 산출부는, 적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 해당 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수를 산출하고, 상기 시간 할당부는 상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 구성을 구비한다.
상기 구성에 의하면, 수신 큐의 오버플로우를 방지하면서도 파이프라인 처리를 전체적으로 더 효율적이게 실행할 수 있는, 개량된 파이프라인 연산 장치가 실현된다.
상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에서, 상기 축적 메시지량은 상기 수신 큐에 축적된 메시지수 또는 축적된 메시지의 총 사이즈이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 파이프라인 처리를 전체적으로 효율적이게 실행할 수 있도록 하기 위한 우선도 변수를 구체적으로 산출할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에서, 상기 우선도 변수 산출부는, 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 상기 축적 메시지량의 곱을, 해당 노드의 우선도 변수로서 산출하는 구성을 가지고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 메시지 입력 대기에 의한 노드 동작의 아이들 상태가 발생하는 사태가 일어나 파이프라인 전체 동작의 효율이 나빠지는 것을 억제할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에서, 상기 우선도 변수 산출부는, 상기 노드 감시부가 취득한 상기 노드의 과거부터의 복수의 상기 노드 처리 시간에 기초하여 해당 노드의 상기 우선도 변수를 산출하기 위한 상기 노드 처리 시간을 생성하는 구성을 가지고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 돌발적인 사유에 의한 각 노드에서의 극단적인 가동 시간 할당의 발생을 방지할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에서, 상기 연산부는, 합류 감시부와 보정 계수 산출부를 더 구비하고, 상기 합류 감시부는, 상기 파이프라인 중 복수의 부분 파이프라인이 합류하는 파이프라인에 대해 상기 복수의 부분 파이프라인의 합류점의 상기 노드보다 상류의, 서로 다른 부분 파이프라인에 속한 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량을 상기 큐 감시부로부터 취득하여 상기 서로 다른 부분 파이프라인에 속한 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량의 불균형 정도를 산출하고, 상기 보정 계수 산출부는, 상기 서로 다른 부분 파이프라인 중 어느 한 부분 파이프라인에 속한 노드에 대해 상기 불균형 정도에 따라 보정 계수를 산출하고, 상기 시간 할당부는 상기 노드에 대해 상기 보정 계수가 산출된 경우에는 상기 우선도 변수에 상기 보정 계수를 곱한 값에 따라 상기 가동 시간을 할당하는 구성을 가지고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 합류가 있는 파이프라인에서도 확실히 파이프라인 처리를 전체적으로 효율적이게 실행할 수 있게 된다.
상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치에서, 상기 연산부는 메모리 감시부와 보정 계수 산출부를 더 구비하고, 상기 메모리 감시부는 상기 수신 큐의 축적 메시지를 저장하는 메모리의 빈 용량이 소정값보다 작아진 경우에 상기 보정 계수 산출부에 통지하고, 상기 보정 계수 산출부는 상기 통지를 수신한 경우에 상기 복수의 파이프라인 중 파이프라인에서의 메시지 처리가 완료될 때까지의 시간이 더 짧은, 또는 분기의 것보다 적은 파이프라인에 속한 상기 노드에 대해 1보다 큰 보정 계수를 할당하고, 상기 시간 할당부는 상기 노드에 대해 상기 보정 계수가 주어진 경우에는 상기 우선도 변수에 상기 보정 계수를 곱한 값에 따라 상기 가동 시간을 할당하는 구성을 가지고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 메모리의 빈 용량이 줄어든 경우에 연산부에 체류하고 있는 메시지를 감소시킬 수 있어 메모리 자원의 부족이 발생하는 사태를 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 프로그래머블 로직 콘트롤러는 상기 일 측면에 관한 파이프라인 연산 장치를 구비한 프로그래머블 로직 콘트롤러이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 고성능화된 데이터 수집 기능을 가지고 각종 제어 대상 기기의 제어에 대해 수집한 데이터를 분석한 결과를 반영시키는 FA 시스템을 사용자가 쉽게 구축할 수 있게 된다.
본 발명의 일 측면에 관한 파이프라인 처리의 실행 방법은, 노드가 수신 큐를 통해 복수 접속되는 적어도 1개의 파이프라인에 의해 파이프라인 처리를 실행하는 방법으로서, 상기 노드에서의 1개의 메시지 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하는 단계와, 상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하는 단계와, 적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 해당 노드 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여 해당 노드의 우선도 변수를 산출하는 단계와, 상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 단계를 구비하고 있다.
상기 구성에 따르면, 수신 큐의 오버플로우를 방지하면서도 파이프라인 처리를 전체적으로 더 효율적이게 실행할 수 있는, 개량된 파이프라인 연산 처리가 실현된다.
본 발명은 상술한 각 실시형태로 한정되지는 않으며, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지 변경이 가능하고, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻을 수 있는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
110, 210, 510, 610, 710 파이프라인 연산 장치
120, 220, 520, 620, 720 연산부
121, 321, 421, 521, 522 파이프라인
130, 330, 430, 432, 530, 532, Input 입력 노드
140, 340, 440, 442, 444, 540, 542, Logic 로직 노드
150, 350, 352, 450, 550, 552, Output 출력 노드
141, 151, 341, 351, 353, 441, 443, 445, 451, 541, 543, 551, 553 수신 큐
160, 260, 560, 660, 760 제어부
161, 561, 661, 761 노드 감시부
162, 562, 662, 762 큐 감시부
163, 563, 663, 763 우선도 변수 산출부
164, 564, 664, 764 시간 할당부
665 합류 감시부
566, 666 보정 계수 산출부
567 메모리 감시부
768 통계치 산출부
770 기록부
200 프로그래머블 로직 콘트롤러
201, 202 데이터 파일
203, 204 어플리케이션
11 데이터 서버
12 데이터베이스
13 클라우드 서버
14, 15 공작 기계
T, Ti, Tia, Tib, Tn, Tna, Tnb, Tn2, To, Toa, Tob 노드 처리 시간
Q, Qi, Qia, Qib, Qn, Qna, Qnb, Qn2, Qo, Qoa, Qob 축적 메시지 수
PRI, PRIi, PRIia, PRIib, PRIn, PRIna, PRInb, PRIn2, PRIo, PRIoa, PRIob 우선도 변수
120, 220, 520, 620, 720 연산부
121, 321, 421, 521, 522 파이프라인
130, 330, 430, 432, 530, 532, Input 입력 노드
140, 340, 440, 442, 444, 540, 542, Logic 로직 노드
150, 350, 352, 450, 550, 552, Output 출력 노드
141, 151, 341, 351, 353, 441, 443, 445, 451, 541, 543, 551, 553 수신 큐
160, 260, 560, 660, 760 제어부
161, 561, 661, 761 노드 감시부
162, 562, 662, 762 큐 감시부
163, 563, 663, 763 우선도 변수 산출부
164, 564, 664, 764 시간 할당부
665 합류 감시부
566, 666 보정 계수 산출부
567 메모리 감시부
768 통계치 산출부
770 기록부
200 프로그래머블 로직 콘트롤러
201, 202 데이터 파일
203, 204 어플리케이션
11 데이터 서버
12 데이터베이스
13 클라우드 서버
14, 15 공작 기계
T, Ti, Tia, Tib, Tn, Tna, Tnb, Tn2, To, Toa, Tob 노드 처리 시간
Q, Qi, Qia, Qib, Qn, Qna, Qnb, Qn2, Qo, Qoa, Qob 축적 메시지 수
PRI, PRIi, PRIia, PRIib, PRIn, PRIna, PRInb, PRIn2, PRIo, PRIoa, PRIob 우선도 변수
Claims (8)
- 복수의 노드와, 복수의 수신 큐(reception queue)를 가진 연산부로서, 상기 노드가 상기 수신 큐를 통해 복수 접속되는 파이프라인 중 적어도 1개로 구성되는 연산부; 및
노드 감시부와, 큐 감시부와, 우선도(優先度) 변수 산출부와 시간 할당부를 가진 제어부;
를 구비하고,
상기 노드 감시부는, 상기 노드로부터, 상기 노드에서의 1개의 메시지의 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하며,
상기 큐 감시부는, 상기 수신 큐로부터, 상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하고,
상기 우선도 변수 산출부는, 적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과, 해당 노드의 전단(前段)의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여, 해당 노드의 우선도 변수를 산출하며,
상기 시간 할당부는, 상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 축적 메시지량은 상기 수신 큐에 축적된 메시지 수 또는 축적된 메시지의 총 사이즈인, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 우선도 변수 산출부는 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과 상기 축적 메시지량의 곱을 해당 노드의 우선도 변수로서 산출하는, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 우선도 변수 산출부는 상기 노드 감시부가 취득한 상기 노드의 과거로부터의 복수의 상기 노드 처리 시간에 기초하여 해당 노드의 상기 우선도 변수를 산출하기 위한 상기 노드 처리 시간을 생성하는, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산부는 합류 감시부와 보정 계수 산출부를 더 구비하고,
상기 합류 감시부는, 상기 파이프라인 중 복수의 부분 파이프라인이 합류하는 파이프라인에 대해 상기 복수의 부분 파이프라인의 합류점의 상기 노드보다 상류의, 서로 다른 부분 파이프라인에 속한 노드의 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량을 상기 큐 감시부로부터 취득하여 상기 서로 다른 부분 파이프라인에 속한 노드의 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량의 불균형 정도를 산출하며,
상기 보정 계수 산출부는, 상기 서로 다른 부분 파이프라인 중 어느 한 부분 파이프라인에 속한 노드에 대해 상기 불균형 정도에 따라 보정 계수를 산출하고,
상기 시간 할당부는, 상기 노드에 대해 상기 보정 계수가 산출된 경우에는 상기 우선도 변수에 상기 보정 계수를 곱한 값에 따라 상기 가동 시간을 할당하는, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산부는 메모리 감시부와 보정 계수 산출부를 더 구비하고,
상기 메모리 감시부는 상기 수신 큐의 축적 메시지를 저장하는 메모리의 빈 용량이 소정값보다 작아진 경우에 상기 보정 계수 산출부에 통지하며,
상기 보정 계수 산출부는 상기 통지를 수신한 경우에 상기 복수의 파이프라인 중 파이프라인에서의 메시지 처리가 완료될 때까지의 시간이 더 짧거나, 또는 분기가 더 적은 파이프라인에 속한 상기 노드에 대해 1보다 큰 보정 계수를 할당하고,
상기 시간 할당부는 상기 노드에 대해 상기 보정 계수가 주어진 경우에는 상기 우선도 변수에 상기 보정 계수를 곱한 값에 따라 상기 가동 시간을 할당하는, 파이프라인 연산 장치. - 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 파이프라인 연산 장치를 구비한 프로그래머블 로직 콘트롤러.
- 노드가 수신 큐를 통해 복수 접속되는 적어도 1개의 파이프라인에 의해 파이프라인 처리를 실행하는 방법으로서,
상기 노드에서의 1개의 메시지 처리에 필요한 시간인 노드 처리 시간을 취득하는 단계;
상기 수신 큐로의 축적 메시지량을 취득하는 단계;
적어도 상기 노드의 상기 노드 처리 시간과, 해당 노드의 전단의 수신 큐의 상기 축적 메시지량에 기초하여, 해당 노드의 우선도 변수를 산출하는 단계; 및
상기 노드별 상기 우선도 변수에 따라 상기 각 노드에 대해 가동 시간을 할당하는 단계;
를 구비한, 파이프라인 처리의 실행 방법.
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