A Low Power Cache Memory Architecture based on Tag Compare Reuse

本稿では，低消費エネルギー化を実現する新しい命令キャッシュ・アーキテクチャとして、ヒストリ・ベース・ルックアップ・キャッシュ（HBLキャッシュ）を提案する。また、ベンチマーク・プログラムを用いた定量的評価を行い、その有効性を明らかにする。あるデータを格納可能なキャッシュ内ロケーションが複数存在するセット・アソシアティブ・キャッシュでは、参照データが唯一のウェイにのみ存在する（ヒットの場合）。それにも関わらず、従来型キャッシュでは、アクセス時間を短縮するために全てのウェイが並列に検索される。これに対し、HBL キャッシュは、過去のタグ比較結果を再利用し、参照データ検索における無駄なウェイ・アクセスを回避することで、低消費エネルギー化を実現する。ベンチマーク・プログラムを用いた定量的評価を行った結果、従来型キャッシュと比較して、約0.2％の性能低下を伴うだけで、最大72％のキャッシュ・アクセス消費エネルギーを削減できた。This paper proposes a novel architecture for low-power instruction caches called \u22history-based look-up cache (HBL cache)\u22. In conventional n-way set-associative cashes, there are ｎ locations where a cache line can be placed in the cache space, and all ways are activated on every cache access because of the parallel search strategy. On the other hand, the HBL cache attempts to reuse the tag comparison results, and reduces the cache-access energy by avoiding the unnecessary way activations. The tag-comparison results are recorded in an extended BTB (Branch Target Buffer) for branch prediction. In our evalutation, it is observed that the HBL cache reduces the energy consumption by about 72% while it degrades the performance by only 0.2%, compared with a conventional set-associative cache