QoS를 고려한 스마트폰 GPU의 에너지 최적화 기법

Abstract

모바일 GPU의 소비 전력이 전체 시스템 전력 소모량에서 큰 비중을 차지하게 됨에 따라 스마트폰에서 중요한 전력 관리 대상으로 부상하였다. 그러나 모바일 GPU로써 스마트폰에 널리 탑재되고 있는 ARM Mali-400MP의 장치 드라이버를 분석한 결과, 기본으로 제공되는 전력 관리 기법인 단순 장치 사용률 기반의 동적 주파수 및 전압 스케일링(DVFS) 알고리즘은 부하가 요구하는 성능보다 높은 성능으로 GPU를 동작하도록 하여 비효율적인 전력 에너지 소모가 발생하였다. 따라서 본 논문은 장치 사용률뿐만 아니라 스마트폰 응용의 서비스 품질 요소로써 초 당 프레임 수(FPS)와 배터리 시간을 함께 고려하여 기존 DVFS 알고리즘에서 발생한 비효율적인 주파수 상승을 방지할 수 있는 전력 에너지 최적화 기법을 제안한다. 본 연구에서 제안하는 기법은 응용 별로 GPU가 제공하는 동작 주파수 별로 FPS를 관측하여 성능 하락이 어느 정도 되는지 관측하고 이를 바탕으로 배터리 잔량을 함께 고려하여 목표 FPS를 유지하며 전력 소모를 최소화할 수 있는 최적의 주파수로 GPU를 동작하도록 한다. 제안한 에너지 최적화 기법을 적용하면 기존 장치 사용률 기반의 DVFS 기법 대비 평균 9.9%, 최대 23%의 에너지 효율 향상이 가능하였으며 FPS는 평균 0.4 정도의 차이를 보이며 성능 하락이 거의 없었다. 추가로 배터리 잔량이 부족하여 사용자가 응용을 사용하는 평균 시간을 만족할 수 있도록 어느 정도의 성능 하락을 허용한 경우 평균 8.5분의 배터리 시간 연장이 가능하였다.