High Bandwidth Memory의 열 시뮬레이션 및 관리 기법

Abstract

프로세서의 연산 성능이 점점 발전해 옴에 따라 높은 대역폭을 가진 메모리에 대한 수요는 항상 존재해 왔다. 이러한 대역폭 요구량을 만족시키기 위한 다양한 종류의 메모리 중 High Bandwidth Memory(HBM)가 있다. HBM은 TSV를 사용하여 DRAM 다이를 수직으로 적층한 구조를 가지고 있다. 하지만 이러한 구조적인 특성으로 인하여 열의 배출이 원활하지 못하다는 단점이 있다. 본 논문에서는 HBM의 열 문제를 파악하고 이를 해결하기 위하여 HBM을 포함한 GPU 시스템의 어플리케이션 기반 열 시뮬레이션 환경을 구성한다. 그리고 구성한 시뮬레이션 환경을 이용하여 열 문제를 파악하고 주소 매핑 방식의 변화를 통한 열 관리 기법을 제안한다. GPGPUSim과 Hotspot을 활용하여 HBM의 온도를 시뮬레이션 할 수 있는 환경을 구성하였으며 2D 컨볼루션 어플리케이션 수행시 온도 시뮬레이션 결과를 살펴보았다. 그 결과 HBM에서 수직적인 온도 불균형이 관찰되었다. 최하부의 로직 다이에서 멀어질수록 온도가 감소하는 분포를 보였다. 이를 해소하기 위해 어플리케이션의 주소 접근 패턴을 프로파일링하고 이 결과와 HBM의 채널 배치 특성을 고려한 주소 매핑 방식을 제안했다. 제안한 방식을 통해 메모리 접근을 재분배하여 HBM내의 온도 편차를 감소시켰다. 재배치 정도에 따라 두 가지 매핑 방식을 제안하였으며 각각 0.87℃, 1.45℃의 온도 편차 감소 효과가 있었다. 또한 최대온도는 각각 7.84℃, 11.82℃ 감소하였다. 제안 방법을 사용할 때 동일한 오류율을 유지하면서 리프레시 전력을 최대 52%까지 절약 가능하다.