[논문 리뷰] Arch2030: A Vision of Computer Architecture Research over the Next 15 Years

Luís Ceze, Mark D. Hill외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 09.

Cloud Computing and Resource Management인용 수 24

한 줄 요약

Arch2030는 향후 15년간 컴퓨터 아키텍처 연구를 위한 전략적 비전을 제안하며, 무어의 법칙과 덴너드 스케일링의 종말에 대비해 응용 분야와 새로운 장치 기술 간의 다각도적 기회를 식별함으로써 아키텍처가 다리 역할을 할 수 있도록 한다. 이 논문은 하드웨are-소프트웨어 공동 설계, 도메인 특화 가속기, 내성적인 시스템과 같은 전환적 연구 방향을 제시하여 전통적 스케일링을 초월한 정보 기술의 진보를 지속한다.

ABSTRACT

Application trends, device technologies and the architecture of systems drive progress in information technologies. However, the former engines of such progress - Moore's Law and Dennard Scaling - are rapidly reaching the point of diminishing returns. The time has come for the computing community to boldly confront a new challenge: how to secure a foundational future for information technology's continued progress. The computer architecture community engaged in several visioning exercises over the years. Five years ago, we released a white paper, 21st Century Computer Architecture, which influenced funding programs in both academia and industry. More recently, the IEEE Rebooting Computing Initiative explored the future of computing systems in the architecture, device, and circuit domains. This report stems from an effort to continue this dialogue, reach out to the applications and devices/circuits communities, and understand their trends and vision. We aim to identify opportunities where architecture research can bridge the gap between the application and device domains.

연구 동기 및 목표

• 무어의 법칙과 덴너드 스케일링의 수익 감소를 해결하기 위해 컴퓨터 아키텍처의 미래 방향을 재정의한다.
• 응용 워크로드와 새로운 장치/회로 기술 간의 다리 역할을 할 수 있는 컴퓨터 아키텍처 연구 기회를 식별한다.
• 응용 분야, 아키텍처, 장치, 회로 등 컴퓨팅 생태계 전반의 협업을 촉진하여 정보 기술의 지속적 혁신을 보장한다.
• 비전 수립 활동과 커뮤니티의 피드백을 통합하여 학계와 산업의 자금 지원 및 연구 우선순위를 이끌어낸다.
• 기존 스케일링 추세를 초월해 성능, 효율성, 신뢰성 분야에서의 지속적 진보를 보장하는 장기 연구 계획을 수립한다.

제안 방법

• 응용 분야, 장치, 회로 커뮤니티를 포함한 다수 이해관계자들이 참여하는 비전 수립 과정을 수행하여 향후 추세와 과제를 식별한다.
• 21세기 컴퓨터 아키텍처 화이트페이퍼 및 IEEE Rebooting Computing 이니셔티브를 포함한 이전 비전 수립 활동의 통찰을 통합한다.
• 지속적인 트anz이터 스케일링이 없는 상황에서 성능 및 효율성 향상을 이끌 수 있는 아키텍처 혁신을 중심으로 집중한다.
• 응용 워크로드를 신규 하드웨어 프리미티브와 장치 수준의 능력과 조율하는 공동 설계 접근법을 강조한다.
• 컴퓨팅 시스템의 기초적 진보를 가능하게 할 잠재력을 기반으로 아키텍처 연구 방향을 평가하는 프레임워크를 제안한다.
• 특히 이질적 및 도메인 특화 아키텍처에서 중요한 주제로 시스템 수준의 내성성, 보안성, 에너지 효율성을 중심에 두고 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무어의 법칙과 덴너드 스케일링의 종말 이후에도 컴퓨터 아키텍처 연구가 성능과 효율성의 진보를 어떻게 지속할 수 있는가?
• RQ2 실세계 응용 분야에서 새로운 장치 및 회로 기술을 효과적으로 활용하기 위해 어떤 아키텍처 혁신이 필요한가?
• RQ3 하드웨어-소프트웨어 공동 설계는 응용 워크로드와 새로운 하드웨어 프리미티브 사이의 격차를 어떻게 해소할 수 있는가?
• RQ4 미래의 컴퓨터 아키텍처에서 우선시되어야 할 시스템 수준의 특성들—내성성, 보안성, 에너지 효율성—는 무엇인가?
• RQ5 컴퓨터 아키텍처 커뮤니티는 학계 및 산업의 자금 지원 우선순위와 연구 계획을 어떻게 조율하여 장기적 영향을 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 기존 스케일링의 종말은 정보 기술의 진보를 지속하기 위해 컴퓨터 아키텍처 연구에 대한 근본적인 재고가 필요함을 시사한다.
• 아키텍처 혁신은 점점 더 응용 분야 및 장치 기술과의 공동 설계에 집중해야만 의미 있는 성능 및 효율성 향상을 이룰 수 있다.
• 머신 러닝 및 데이터 분석과 같은 새로운 워크로드를 위한 도메인 특화 가속기 및 전용 하드웨어는 향후 진보에 핵심적이다.
• 내성성, 보안성, 에너지 효율성은 더 이상 보조적 고려사항이 아니라 미래 시스템 설계의 중심 축이 되어야 한다.
• 트랜지스터 스케일링을 초월한 복잡한 과제를 해결하기 위해 응용 분야에서 장치에 이르기까지 컴퓨팅 스택 전반의 협업이 필수적이다.
• Arch2030에서 제시된 비전은 이미 학계 및 산업의 자금 지원 프로그램에 영향을 미쳐 연구 방향 설정에 실질적인 영향을 미친 바 있다.