• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권3호
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• pp.301-310
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• 2017

양자점 셀룰라 오토마타(QCA: quantum-dot cellular automata)는 나노 크기의 셀을 이용하여 다양한 연산을 수행하며, 매우 빠른 연산속도와 적은 전력손실로 차세대 기술로 떠오르고 있다. 본 논문에서는 QCA 상에서 새로운 유니버셜 게이트(universal gate)를 제안한다. 또한, 유니버셜 게이트를 이용하여 시공간 효율성 측면에서 우수한 XOR 게이트를 제안한다. 유니버셜 게이트는 자기 자신으로 모든 기본 논리 게이트를 만들어 낼 수 있는 게이트이다. 한편, 제안된 유니버셜 게이트는 기본 셀과 회전된 셀을 활용하여 설계한다. 제안된 유니버셜 게이트의 회전된 셀은 3-입력 다수결게이트 구조의 중앙부에 위치한다. 3-입력 다수결 게이트를 이용하여 XOR 게이트를 설계할 때는 5개 이상의 3-입력 다수결 게이트가 사용되지만, 본 논문에서는 3개의 유니버셜 게이트를 사용하여 XOR 게이트를 제안한다. 제안하는 XOR 게이트는 기존의 XOR 게이트보다 사용된 게이트 수가 줄었으며 설계 면적이나 소요 클럭면에서 우수함을 확인할 수 있다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 춘계종합학술대회 A
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• pp.221-224
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• 2008

Anghelescu 등은 전이규칙 51, 60 (또는 102) 만을 사용하는 주기가 8인 8셀 하이브리드 가산 셀룰라 오토마타를 이용하여 블록 암호시스템을 제안하였다. 그러나 이 암호시스템에 사용되는 셀룰라 오토마타중에서 암호시스템의 요구사항인 모든 상태들이 같은 길이의 사이클로 쪼개져야 한다는 요구조건을 만족시키지 못하는 셀룰라 오토마타가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 분석하고 개선된 방법을 제안한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.111-123
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• 2004

해쉬 함수란 임의의 길이의 비트 열을 입력으로 하여 고정된 길이의 비트 열을 출력하는 함수이다. 셀룰러 오토마타는 유한상태머신으로서 인접한 셀과의 결합 논리로 의사난수를 효과적으로 생성할 수 있는 특성을 가지고 있다. 신상욱 등$^{[1]}$ 과 Mihaljevic 등$^{[7]}$ 은 하드웨어 구현에 효율적인 셀룰러 오토마타에 기반한 해쉬 함수를 제안하였다. 본 논문에서는 [1]과 [7]에서 제안된 셀룰러 오토마타 기반 해쉬 함수에 대한 충돌 쌍을 각각 0.46875와 0.5의 확률로 찾을 수 있음을 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.334-334
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• 2023

도시침수는 사회 기반시설에 파괴적인 영향을 끼치고, 재산 및 인명 피해의 원인이 되므로, 고해상도 고정확도 예측 정보를 활용한 선제적 대응이 중요하다. 하지만, 기후변화로 인한 강수 강도의 증가, 도시의 확장 및 고밀화 등 토지피복 변화, 홍수방어시설의 노후화 등 여러 요인들의 복합적인 영향으로 인해 도시침수의 정확한 재현 및 예측은 여전히 난제로 남아 있다. 천수 방정식(Shallow Water Equations)을 기반으로 하는 물리과정 모형은 신뢰도 높은 예측 결과를 제공할 수 있지만, Courant-Friedrichs-Lewy 조건 등의 제약으로 인해 대규모 도시 지역의 고해상도 실시간 예측에는 적합하지 않은 한계가 있다. 본 연구에서는 상대적으로 간단한 연산 규칙의 중첩을 통해 복잡계 물리 시스템을 모의하는 셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA) 기술에 기반한 도시침수 해석 모형인 CA-Urban을 개발하고, 미국 Oregon 주 북서쪽에 위치한 Portland시의 도심지역에 대해 침수해석의 적용성을 평가한다. 세부적으로는, 기존 셀룰러 오토마타 기반 침수해석알고리즘의 수치 진동(Oscillation) 문제에 대한 원인을 분석하고, 안정성 향상 방법인 셀 간 최대유량 제한, 가중치 적용 기법, 모형의 계산 효율성 향상을 위한 최적 적응 시간 단계 기법(Adaptive time step)의 적용 결과를 소개한다. 또한, 침투 및 증발산 등 물순환 요소 해석 모듈의 개발 성과 및 방향에 대해서 토의한다.

• 문화기술의 융합
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• 제6권2호
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• pp.515-520
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• 2020

디지털 회로설계 기술에서 사용되는 CMOS는 양자 터널링 현상 등으로 인해 집적도의 한계에 다다르고 있다. 이를 대체할 수 있는 양자점 셀룰러 오토마타(QCA : Quantum-dot Cellular Automata)는 적은 전력 소모와 빠른 스위칭 속도 등으로 많은 장점이 있음으로 CMOS의 많은 디지털 회로들이 QCA 기반으로 제안되었다. 그중에서도 멀티플렉서는 D-플립플롭, 레지스터 등 다양한 회로에 쓰이는 기본 회로로써 많은 연구가 되고 있다. 하지만 기존의 멀티플렉서는 공간 효율성이 좋지 않다는 단점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 셀 간 상호작용을 이용하여 새로운 다층구조 멀티플렉서를 제안하고, 이를 이용하여 D-래치를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 멀티플렉서와 D-래치는 면적, 셀 개수, 지연시간이 개선되었으며, 이를 이용하여 큰 회로를 설계할 시 연결성과 확장성이 우수하다. 제안된 모든 구조는 QCADesigner를 이용해 시뮬레이션하여 동작을 검증한다.

• 문화기술의 융합
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• 제6권4호
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• pp.819-824
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• 2020

본 논문에서는 차세대 디지털 회로 설계기술인 양자점 셀룰러 오토마타(QCA)를 이용하여 새로운 멀티플렉서를 제안한다. 디지털 회로 중 멀티플렉서는 입력 신호 중 하나를 선택하여 하나의 라인에 전달하는 회로이다. 이는 D-플립플롭, 레지스터, 그리고 RAM 셀 등 많은 회로에 쓰이므로 현재까지도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 기존에 제안된 평면구조 멀티플렉서는 연결성을 고려하지 않아 큰 회로를 설계할 경우 비효율적으로 면적을 사용하게 된다. 기존에 다층구조로 제안된 멀티플렉서도 있으나 셀 간 상호작용을 고려하지 않아 필요면적이 여전히 높다. 이에 본 논문에서는 셀 간 상호작용을 이용하고, 다층구조를 이용하여 38% 면적축소, 17% 비용감소 그리고 연결성을 개선한 새로운 멀티플렉서를 제안한다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권3호
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• pp.291-300
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• 2017

양자점 셀룰라 오토마타(QCA: quantum-dot cellular automata)는 셀룰라 오토마타와 유사하게 고안된 컴퓨팅 모델이며, 빠른 연산속도와 적은 전력손실로 차세대의 각광받는 기술도 떠오르고 있다. QCA는 최근 실험 결과와 함께 다양한 연구가 진행되고 있으며 나노 단위 소재로서 디바이스 밀도 및 상호 연결 문제를 해결할 수 있는 트랜지스터의 패러다임 중 하나이다. XOR(exclusive or) 게이트는 논리의 둘 중 하나가 참일 때 결과가 참이 되도록 작동하는 게이트이다. 제안하는 XOR 게이트는 5개의 층으로 구성되어 있다. 첫 번째 층은 OR 게이트, 세 번째 층과 다섯 번째 층은 AND 게이트로 구성되어 있고 중간에 두 번째 층과 네 번째 층은 통로로 구성하여 설계한다. 반가산기는 XOR 게이트와 AND 게이트로 이루어져 있다. 제안한 반가산기는 제안하는 XOR 게이트에서 셀 두 개를 추가하여 설계한다. 제안한 반가산기는 기존의 반가산기에 비해 보다 적은 수의 셀, 전체 면적, 그리고 클럭으로 구성한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권10호
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• pp.2283-2291
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• 2010

스트림 암호시스템에 사용되는 불규칙 시각 제어 생성기인 수축수열 생성기는 두 개의 LFSR(Linear Feedback Shift Register)로 구성되며 이 생성기에 의해 생성되는 수열은 비선형수열임이 알려져 있다. 두 개의 최대길이를 갖는 90/150 셀룰라 오토마타 기반의 비선형수열 생성기는 각 셀에서 동일한 특성다항식을 갖는 의사 난수열을 효과적으로 생성할 수 있으므로 LFSR에 의해 생성되는 수열에 비하여 주기와 선형복잡도가 높은 비선형수열을 생성할 수 있다. 본 논문은 이러한 비선형수열에 대한 분석으로 90/150 셀룰라 오토마타 기반의 수축-삽입수열(shrunken-interleaved sequence)을 다룬다. 셀룰라 오토마타 기반의 비선형수열 생성기에 의해 생성되는 수축-삽입수열을 삽입수열로 분석이 가능함을 보이고 출력 수열의 일부를 알 때 알려지지 않은 새로운 출력 수열의 일부를 효과적으로 재구성하는 알고리즘을 제안한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.25-30
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• 2004

최대길이를 갖는 선형 90/150 셀룰라 오토마타(CA)가 패턴생성, 신호분석, 암호, 오류정정 부호에 응용되면서 n차 원시다항식을 특성다항식으로 갖는 선형 CA에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 논문은 최대길이를 갖는 다양한 셀룰라 오토마타의 효과적인 생성방법을 제안한다. 특성다항식이 n차 원시다항식인 선형이며 최대길이를 갖는 CA(MLCA)로부터 유도된 여원 CA가 MLCA임을 밝히며 여원 MLCA의 여러 가지 성질들을 분석한다 또한 n-셀 MLCA를 ${\phi}(2^{n}-1)2^{n+1}$/n.개 생성할 수 있음을 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2022

셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA)는 격자(cell)에 대해 사전 정의된 규칙을 바탕으로 이웃 격자 간 상호작용을 해석하여 복잡한 동력학적 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 이산형(discrete) 모의 기법이다. CA 기법은 격자 구조에 수치표고 자료 및 토양수분 정보 등을 직접 매칭 후 상호관계를 해석하기 때문에 공간정보를 최대한 활용하여 불균질성을 나타내는 것이 가능하다. 따라서, 도시 유출해석에 있어서 높은 정확도와 빠른 계산속도를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 CA 기반 고해상도 물순환·침수 연계 해석 framework 개발 방향 및 CA 기반 prototype 모형의 사면유출 적용 사례를 소개한다. 개발 중인 CA 모형에서는 격자별 침수 깊이, 침투, 토양수분 저류, 지표 유출 등의 물순환 요소를 모의할 수 있다. 기존의 집중형(lumped) 모형은 지표-지표하 유출에 대한 routing algorithm이 없고 각 셀의 물수지 모형 내 파라미터가 많은 단점이 있다. 따라서 개발 중인 CA 모형에서는 cell state 내 fast reservoir와 slow reservoir를 통해 지표-지표하 상태를 구현하고 단순화된 물수지 모형 및 흐름 방향 알고리즘을 적용함으로써 실제 현장에서 발생하는 다중 피크 형태의 지표 유출을 모사한다. 최적의 지표수 흐름 방향 알고리즘 선정을 위해 3개의 다중 흐름 방향 알고리즘(D4, D8, 4+4N)을 정량적으로 비교·분석한다. 이번 발표에서는 CA 모형을 소규모 산지 사면과 도심지 등 다양한 규모의 테스트베드에 적용하여 모형의 장단점을 평가한다.