IMPLY 기반 멤리스티브 프로세싱 인 어레이 (Processing-in-Array)를 위한 명령어 집합 구조 (ISA)

확장된 초저전력 에지 컴퓨팅 (edge computing)을 향한 추진력은 매우 엄격한 에너지 제약 조건 하에서 작동할 수 있는 하드웨어를 필요로 합니다. 전통적인 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS) 마이크로컨트롤러는 폰 노이만 병목 현상 (von Neumann bottleneck)과 휘발성 메모리에 내재된 정적 전력 누설 (static power leakage)로 인해 이 영역에서 근본적인 한계를 가집니다. 멤리스티브 인메모리 컴퓨팅 (Memristive In-Memory Computing, IMC)은 데이터 저장과 연산을 단일 비휘발성 구성 요소로 통합함으로써 이러한 비효율성에 대한 유망한 해결책을 제공합니다. 그러나 현재의 기술 수준 (State of the Art, SoA)은 주로 데이터 집약적 연산을 위한 보조 프로세서 (co-processor)로 설계된 가속기에 집중되어 있습니다. 이는 독립형 범용 IMC 마이크로컨트롤러 아키텍처의 전망을 충분히 탐구되지 않은 상태로 남겨둡니다. 본 논문은 초저전력 에지 장치에 맞춤화된 아키텍처와 RV32I 표준에서 밀접하게 유도된 명령어 집합을 제안합니다. IMPLY 상태 기반 로직 (stateful logic) 패러다임을 사용하여 제안된 명령어 집합의 완전한 구현을 제공하며, 멤리스티브 크로스바 어레이 (memristive crossbar array)에서의 연산을 지원하는 데 필요한 새로운 주소 지정 스키마 (addressing schema)를 설명합니다. 그 후, 시뮬레이션을 통해 제안된 아키텍처의 에너지 사용량 및 기타 회로 수준 지표를 평가하고 이를 전통적인 마이크로컨트롤러와 비교합니다. 마지막으로, 제안된 설계가 지능형 환경 센서 노드에서 어떻게 사용될 수 있는지 설명하는 애플리케이션 사례 연구를 통해 설계의 기능적 생존 가능성을 입증합니다.