Simplescalar를 사용한 메모리 캐시 성능 분석(Performance Analysis of Cache Memory using Simplescalar)

1. 서론

메모리 캐시 성능 분석은 현대 컴퓨터 시스템의 효율성을 평가하는 중요한 연구 분야이다. 특히, 캐시는 CPU와 메인 메모리 간의 속도 차이를 극복하기 위해 필수적인 구성 요소로 자리 잡았다. 이번 연구에서는 Simplescalar라는 시뮬레이션 도구를 활용하여 캐시 메모리의 성능을 분석하고자 한다. Simplescalar는 다양한 캐시 정책과 설계를 손쉽게 실험할 수 있도록 만들어졌으며, 이를 통해 캐시 크기, 대체 정책, 블록 크기 등의 영향력을 체계적으로 분석할 수 있다. 두뇌 역할을 하는 CPU는 점차 고성능이 요구되어 왔으며, 이에 따른 데이터 처리 속도 증가와 함께 캐시 설계의 중요성도 함께 커지고 있다. 예를 들어, 2020년 기준으로 최신 서버 CPU의 경우 12MB 이상의 L3 캐시를 장착하였으며, 이로 인해 평균 메모리 액세스 지연 시간이 100ns 이상이던 시절과 달리 현재는 50ns 이하로 감소하였다. 그러나 캐시 크기를 늘리는 것에는 한계도 존재하며, 크기 증가에 따른 비용 상승과 전력 소비 증가 역시 간과할 수 없다. 따라서 본 연구는 다양한 캐시 구조와 정책들을 Simplescalar 시뮬레이터를 통해 실험하고, 이를 토대로 최적의 설계 방안을 …