영상에 관련된 다양한 응용 시스템들을 구현하는 많은 연구들이 진행되어 왔지만, 그러한 영상 관련 응용 시스템을 구현함에 있어서 처리속도의 저하로 인하여 많은 어려움을 겪고 있다. 이를 해결하기 위해 대두된 여러 방법들 중에서 최근 하드웨어 접근 방법에 고려한 많은 관심과 연구가 진행되고 있다. 본 논문은 영상을 실시간으로 처리하기 위하여 하드웨어 구조를 갖는 병렬처리시스템을 기술하며, 또한 병렬처리시스템을 얼굴 검색 시스템에 적용한 후 처리속도 및 실험 결과를 기술한다. 병렬처리시스템은 SIMD와 MIMD가 결합된 구조를 갖고 있기 때문에 다양한 영상 응용시스템에 대해서 융통성과 효율성을 제공하며, 144개의 처리기와 12개의 다중접근기억장치, 외부 메모리 모듈을 위한 인터페이스와 외부 프로세서 장치(i960Kx)와의 통신을 위한 인터페이스로 구성되어있다. 다중접근기억장치는 메모리 모듈선택회로, 데이터 라이팅회로, 그리고, 주소계산 및 라우팅회로로 구성되어 있다. 또한 얼굴 검색 시스템을 병렬처리 시스템에 적합한 병렬화를 제공하기 위해 메쉬방법을 이용하여 전처리, 정규화, 4개 특징값 추출, 그리고 분류화로 구성하였다. 병렬처리시스템은 하드웨어 모의실험 패키지인 CADENCE사의 Verilog-XL로 모의실험을 수행하여 기능과 성능을 검증하였다.
새로운 컨텍스트 기반 적응형 가변 길이 코드의 효율적인 병렬처리 기법을 개발하였다. 본 논문에서는 확장적인 병렬처리, 작은 면적, 저전력 설계를 위한 몇 가지 새로운 아이디어 제시한다. 첫 번째, 빠른 저전력 연산을 위해 메모리 방식 대신에 단순화된 논리 연산 방식으로 회로를 설계하였다. 두 번째, 효율적인 논리 연산을 위하여 코드 길이를 이용하여 코드들을 그룹지었다. 세 번째, M 비트까지의 입력은 고속 처리를 위하여 병렬 처리하였다 비교를 위해 M=8인 병렬 논리 연산 복호기와 대표적인 기존 방식의 복호기를 설계하여 비교하였다. 실험 결과, 제안한 기법은 고속 병렬처리가 가능하며 같은 복호 속도 (M=8일 때, 1.57codes/cycle) 에서는 기존 방식의 복호기보다 46% 작은 면적을 사용한다.
본 논문에서는 연상 메모리 소자에 대한 데이터와의 병렬 처리 최적 정합 방식을 적용하여 계산 효율과 처리율을 높인 단일 PE 아키텍쳐를 이용하여 CAM을 설계하였다. 설계한 CAM은 크게 3개의 기능 블록(입력 MUX, 최적 정합 CAM, 제어부)으로 구성되어 있다. 데이터 처리는 병렬 입력 및 병렬 비교를 하여 고속으로 데이터를 처리하는 전.병렬 방식을 채택하였다. 이러한 특성을 갖는 CAM은 회로 및 논리 시뮬레이션을 통하여 ETRI 3 m-well 공정 설계 규칙을 사용하여 설계하였다. 본 논문에서 설계된 CAM의 최대 동작 주파수는 20MHz이다.
본 논문에서는 시뮬레이션 속도 향상을 위하여 VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)로 기술된 디지털 회로 시뮬레이션을 위한 병렬 분산 VHDL 시뮬레이터(Parallel Distributed VHDL Simulator : PDVS)를 개발한다. 개발된 프로그램을 대규모 병렬 프로그래밍 환경에서도 수행될 수 있도록 하기 위해서 표준 통신 라이브러리인 MPI(Message Passing Interface)를 이용하여 구현된다. PDVS 의 전체적인 시스템구성도, PDVS 에 사용된 시뮬레이션 프로토콜, 전역가상시간 계산 메카니즘 및 논리적 프로세스의 내부 구성요소들간의 관계와 PDVS의 제어 흐름도를 제시한다. 그리고 본 연구에서는 병렬 분산 시뮬레이션의 병렬성 정도를 분석하기 위하여 디지털 회로의 크기 변화와 처리되는 사건수(grain size)의 변화에 따른 성능 결과를 제시한다. 이 연구에서 4배크기의 디지털 회로를 적용한 경우는 프로세서를 12개 사용할 때에 8배의 속도향상을 얻었다. 그리고 처리되는 사건의 수가 200인 경우는 프로세서를 32개 사용할 때에 12배의 속도향상을 얻었다. 또한 동일한 방법을 SGI Origin 2000, Cray T3e 및 IBM SP2에 적용함으로서 그 성능의 간접적인 비교결과도 제시한다.
VLSI 회로의 복잡도 및 집적도가 증가함에 따라서 이들의 검증에 사용되는 논리 시뮬레이션을 위해서 시간이 많이걸린다. 본 논문에서는 SIMD 병렬처리 컴퓨터 상에서 빠른 논리 시뮬레이션 구현을 위한 병렬처리 기법, 자료구조, 알고리즘을 제시한다. 대표적인 병렬처리 컴퓨터인 CM-2상에서 수행한 결과를 제시하고 이를 분석하고자 한다.
DVD용 PRML신호를 디코딩할 수 있는 병렬 아날로그 비터비 디코더를 칩으로 제작하고 테스트 결과를 기술하였다. 병렬 아날로그 비터비 디코더는 기존의 디지털 비터비 디코더를 아날로그 병렬처리 회로를 이용하여 구현한 것으로, 전력 소모가 매우 적다는 장점이 있다. 본 연구에서는 제안한 순환형 아날로그 비터비 디코더 회로를 DVD의 PRML 신호 디코딩용으로 설계 제작하였고, 그 상세 설계 내용과 각 회로의 신호 특성을 분석하였으며, 이를 기반으로 향후 개선 사항을 기술하였다. 또한, 칩으로 제작된 회로가 동작하여 PRML용 신호가 잘 디코딩됨을 보였다.
본 연구는 Ramadege 와 Wonham 의 Supervisor Control 을 기반으로 한다. 초기 이 이론은 오토마타를 이용하여 모델링 하였으며, 많은 연구가 활발하게 이루어져왔다. 그러나, 유한 오토마타는 병렬처리 및 동기화, 자원공유를 모델링하기 어렵다는 단점이 있다. 유한 오토마타를 기반으로 한 연구는 일반적으로 복잡한 시스템을 모델링 할 때 발생하는 결합 폭발성에 의한 제한성이 있다. 반면, 패트리 넷은 병렬처리나 동기화에 대한 모델링을 하기에 보다 더 강력한 도구이지만, 패트리 넷을 이용한 통합법은 아직까지 광범위하게 연구되지는 않았다. 따라서, 본 연구에서는 공장설비(plant)모델과 이 설비에 대해 사용자가 원하는 작업을 명시한 사용자 설계명세 (user specifications)모델을 패트리 넷을 이용하여 모델링하는 방법을 제안한다. 본 연구는 사용자 설계명세에 관련한 폐쇄 회로 패트리 넷(closed-loop PN)을 획득하고자 원시 공장설비 모델에 제어 플래이스(control place)를 추가하는 통합을 실행하기 위한 방법으로 Ghaffari의 영역 이론(Theory of Region )을 이용하여 연구개발 하였다
본 논문에서는 Mamdani 방법과 Koczy 방법의 퍼지 추론 알고리즘에 대햇 병렬머신에 적합한 병렬 퍼지 추론 방법을 제안하고, 효율적인 병렬 퍼지 아키텍처를 설계한다. 제안된 아키텍처는 비교적 높은 성능을 갖고, 확장이 용이한 구조로서, 여러개의 FPE(Fuzzy Processing Element), CP(Control Processor), 메모리 모듈, 상호연결망 및 Min 회로로 구성되어 있다. 이러한 구조의 특징은 iqjsWo의 FPE는 I번째의 전건부 및 I번째의 후건부의 처리만을 수행하기 때문에 전건부, 변수들의 처리는 각각 병렬도 수행되고, 후건부의 처리도 또한 각각 병렬로 수행된다. 따라서 프로세서의 활용도가 높아지며, 전건부와 후건부의 변수, 퍼지규칙의수에 관계없이 쉽게 구성할 수 있다. 이러한 구조는 실시간에 고속추론을 요하는 시스템 또는 전건부와 후건부의 변수가 많은 대규모 전문가 시스템에 사용되어 질 수 있으며, MISO(Multiple-input, Single-output) 시스템보다 MIMO(Multiple-input, Multiple-output) 시스템에 특히 적합하다.
고성능 네트워크와 분산처리구조가 병렬처리와 함께 결합되면, 전체적인 디지털 신호처리 시스템의 계산능력, 신뢰도, 다양성을 향상시킨다. 본 논문에서는, 발전된 형태의 수중레이더 (sonar) 알고리즘인 수중정합장처리 (Matched-Field Processing MFP)를 위한 병렬처리 알고리즘을 디자인하고 다중 DSP 프로세서 기반의 병렬처리 시스템 상에서 성능분석과 함께 최적의 병렬처리 솔루션을 제안한다. 각각의 병렬 알고리즘은 특정한 도메인에서 주어진 계산량을 분산시키며 이를 통한 속도향상을 추구한다. 필요한 연산량과 형태에 따라서 병렬 알고리즘은 각기 다른 성능향상을 보여준다. 또한, 알고리즘의 계산량 분산방식 프로세서간의 통신방식, 알고리즘의 복잡도, 프로세서의 속도, 목적하는 시스템의 구성에 따라서 다양한 성능지표를 보여준다. 제안하는 주파수와 출력값 기반의 병렬 알고리즘은 상당한 계산량을 요구하는 수중정합처리 알고리즘을 적절히 다중 프로세서에 균형 있게 분산시켜 프로세서의 개수와 비례하는 성능향상을 보여주고 있다.
분산/병렬처리기법은 중앙집중식 또는 순차적 처리기법에 비해 장비의 신뢰성 및 신속성이 매우 증대되기 때문에, 군사적으로 사용되고있는 각종 통신.전자무기체계에서의 적용 필요성은 두말할 필요도 없다. 따라서 이러한 요구에 대비해서 분산/병럴처리기법의 중요성을 이해하고 각종 군사용 시스템을 선정 및 설계할 때에 이 글의 제안이 참조가 되기를 기대한다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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