스마트폰에서 최적 CPU 코어 할당을 통한 효율적인 전력관리 기법

Abstract

최근 모바일 디바이스에서는 멀티 코어 프로세서가 보편적으로 사용되고 있으며 점점 더 많은 CPU 코어를 탑재하는 추세이다. 또한 성능 향상과 소모전력 개선을 위하여 ARM big.LITTLE 구조와 같은 이종 멀티 프로세싱(Heterogeneous Multi-Processing)구조를 채용하는 스마트폰이 늘어나고 있다. 그러나 기존 멀티 코어 스케줄링 기법은 PC나 서버환경에서 최대한 성능 높이는 방향으로 최적화되어 에너지 측면에서 비효율적으로 동작하는 경우가 있다. 모바일 디바이스에서 배터리 사용시간은 가장 중요한 핵심요소이므로 workload를 고려한 효율적인 멀티 코어 관리 기법이 필요하다. 스마트폰 workload 관찰을 통해 CPU 부하가 매우 작은 경우와 비정상적으로 큰 경우, 기존 CPU 스케줄링 방식에 의해 에너지가 낭비되는 경우를 확인하였다. 본 연구에서는 big.LITTLE 구조 시스템에서 이 두 가지 경우에 대한 전력관리 기법을 제안한다. 첫째, 홈스크린 대기 상태와 같이 CPU 부하가 작은 상황에서는 기존 CPU 스케줄링 방식으로 동작하는 경우 불필요한 스케줄링 오버헤드에 의해 전력소모가 있으며 이를 개선하기 위한 멀티 코어 관리 기법을 제안한다. 둘째, 스마트폰에서 가장 전력을 많이 소모하는 응용 중 하나인 모바일 게임에서 비정상적으로 CPU 사용량이 높은 쓰레드에 의한 급격한 배소리 소모 문제 분석하고 사용자 Quality of Service(QoS)와 무관하게 비정상적으로 CPU 사용량이 높은 쓰레드를 검출하여 QoS 저하 없이 전력소모를 감소시키는 최적화 기법을 제안한다. 제안된 두 가지 기법을 리눅스 커널에 구현하고 상용 스마트폰인 삼성 Galaxy S6 Edge에 적용하여 실험을 진행하였다. 첫 번째 기법의 평가 결과 workload가 작은 시나리오에서 최대 22% 에너지 소모가 감소하였다. 두 번째 기법을 평가한 결과 비정상 쓰레드가 발견된 모바일 게임에서 사용자 QoS 저하 없이 최대 58%의 에너지 효율 향상이 가능하였다.