• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2016년도 추계학술발표대회
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• pp.58-61
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• 2016

.PCI Express는 고속, 저전력 등의 특성으로 업계 표준으로서 많이 쓰이고 있는 프로세서와 주변 I/O 장치들을 연결하는 버스 기술이다. 또한, PCI Express는 인피니밴드와 이더넷과 더불어 고성능 컴퓨터나 컴퓨터 클러스터를 위한 시스템 인터커넥트 기술로 널리 쓰이고 있다. PGAS(partitioned global address space) 프로그래밍 모델은 컴퓨터 클러스터와 같은 다중 호스트 시스템에서 단측 RDMA(remote direct memory access)를 구현하는데 많이 이용된다. 본 논문에서는 PCI Express 기반 RDMA를 구현하기 위해 PGAS 프로그래밍 모델인 OpenSHMEM의 기존의 특징을 유지하여 PCI Express 기반 OpenSHMEM API를 설계 및 구현하였다. 구현한 OpenSHMEM API는 PCI Express의 NTB(non-transparent bridge) 기술로 2대의 PC를 연결한 시스템에서 매트릭스 곱셈 예제를 통하여 실험하였다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제48권3호
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• pp.69-75
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• 2011

본 논문에서는 다중 프로세서 구조에서 캐쉬 메모리 동기화 시 생기는 전력 오버헤드를 줄이기 위한 애니캐스트 방식의 이벤트 드리븐(Event Driven) 동기화 방법을 제안한다. 제안하는 동기화 방법은 기본적인 동기화 프로토콜에서 SHI(Snoop Hit Invalidate) 또는 SHR(Snoop Hit Read) 발생 시, 락 권한 획득에 실패 하였을 때 발생하는 불필요한 폴링 동작을 줄여 줌으로서 버스 대역폭이 낭비되는 것을 막아주고, 통신에 의한 전력 오버헤드를 감소시켜준다. 더 나아가 브로드캐스트 방식의 이벤트 드리븐 동기화 방법에 비해 불필요한 절전 상태 변화로 인하여 생기는 트랜지션 전력을 줄여 전력 소모를 더욱 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 시뮬레이션 결과 기존 스핀-락 방식에 비해 15.3% 정도의 에너지 절감효과를 얻을 수 있었고 브로드캐스트 방식에 비해서 4.7%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있었다. 따라서 제안하는 동기화 방법은 저전력 다중 프로세서 시스템에 적합한 방식이라고 할 수 있다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
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• pp.288-290
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• 2014

본 논문에서는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DSI(Display Serial Interface) 규격을 지원하는 마스터 브릿지 IC의 Escape 모드와 BTA(Bus Turn Around) 모드를 구현하였다. MIPI DSI 마스터 브릿지 IC는 RGB 데이터 및 각종 제어 명령어를 디스플레이 모듈(슬레이브)로 전송하여 디스플레이 모듈을 시험하는 용도로 사용된다. 슬레이브로 저속 명령어 전송을 위한 저전력 패킷전송(LPDT), 초저전력상태(ULPS) 전송, 트리거 메시지 전송을 위한 Escape 모드를 구현하였다. 또한 BTA 모드를 통해 슬레이브로부터 데이터를 수신하여 디스플레이 모듈의 정보를 얻는 버스 방향전환 동작을 구현하였다. 설계된 Escape 및 BTA 기능이 MIPI DSI 규격에서 정의되는 다양한 조건들에 대해 올바로 동작함을 기능검증을 통해 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권5호
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• pp.25-31
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• 2009

본 논문에서는 공급전압의 전하를 재활용하여 전력소모를 줄인 저전력 SRAM(Low power SRAM using supply voltage charge recycling: SVCR-SRAM)을 제안하였다. 제안한 SVCR-SRAM은 SRAM 셀 블록을 두 개의 셀 블록으로 나누어 두 종류의 공급전압을 공급한다. 이중 하나는 $V_{DD}$와 $V_{DD}/2$이고, 다른 하나는 $V_{DD}/2$와 GND이다. N비트 셀들이 연결되었을 때 $V_{DD}$와 $V_{DD}/2$의 전원으로 동작하는 N/2비트의 셀들에서 사용된 전하는 나머지 $V_{DD}/2$와 GND의 전원으로 동작하는 N/2비트의 셀들에서 재활용된다. SVCR 기법은 전력소모가 많은 비트라인, 데이터 버스, SRAM 셀에서 사용되어 전력소모를 줄여준다. 다른 부분들에서는 동작속도를 높이기 위해 $V_{DD}$와 GND의 공급전압을 사용하였다. 또한, SVCR-SRAM에서는 Body-effect로 인한 SRAM 셀들의 누설전류가 크게 감소하는 효과가 있다. 검증을 위하여, 64K비트($8K{\times}8$비트)SRAM chip을 $V_{DD}=1.8V,\;0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 구현하였다. 제작된 SVCR-SRAM에서는 쓰기전력의 57.4%와 읽기전력의 27.6%가 줄었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권1호
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• pp.14-21
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• 2011

본 논문에서는 LTE-Advanced, Software defined radio(SRD)등 4G 이동통신 핵심기술에 응용 가능한 10b 500MS/s $0.13{\mu}m$ CMOS A/D 변환기(ADC)를 제안한다. 제안하는 AD는 저전력 특성을 만족하기 위해 특별한 보정기법을 포함하지 않는 단일 채널 형태로 설계되었으며, 500MS/s의 고속 변환속도를 만족하기 위해 폴딩 신호처리 기법을 사용하였다. 또한 하위 7b ADC의 높은 folding rate(FR)을 극복하기 위해 cascaded 형태의 폴딩 인터폴레이팅 기법을 적용하였으며, 폴딩 버스에서 발생하는 기생 커패시턴스에 의한 주파수 제한 및 전압이득 감소를 최소화하기 위해 folded cascode 출력단을 갖는 폴딩 증폭기를 설계하였다. 제안하는 ADC는 $0.13{\mu}m$ lP6M CMOS 공정으로 설계되었으며 유효면적은 $1.5mm^2$이다. 시제품 ADC의 INL, DNL은 10b 해상도에서 각각 2.95LSB, 1.24LSB 수준으로 측정되었으며, 입력주파수 9.27MHz, 500MHz의 변환속도에서 SNDR은 54.8dB, SFDR은 63.4dBc의 특성을 보인다. 1.2V(1.5V)의 전원전압에서 주변회로를 포함한 전체 ADC의 전력소모는 150mW ($300{\mu}W/MS/s$)이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권1호
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• pp.36-44
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• 2007

본 논문은 Delay-Insensitive(DI) 지연 모델을 갖는 비동기식 회로에 3치 전압 레벨을 사용한 하이브리드 터너리 데이터 전송 방식을 제안하고, 이를 이용하여 다양한 비동기 프로토콜과의 데이터 송신 및 수신을 위한 래퍼를 설계하였다. 제안된 하이브리드 터너리 데이터 전송 방식은 기존의 2 선식 전송 방식이나 1-of-4 전송 방식에 비해 데이터 전송선을 50% 줄일 수 있으며, 터너리 전송 방식과 비교하였을 때도 50%의 신호 천이 감소 결과를 보였다. 본 논문에서는 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정을 적용하여 래퍼를 설계하고 검증하였다. 하이브리드 터너리 전송 방식이 적용된 래퍼는 2 GHz 이상의 속도로 동작 하였으며 2 선식, 1-of-4, 그리고 터너리 전송 방식에 비해 각각 65%, 43%, 36%의 소비 전력이 줄어든 결과를 보였다. 제안된 전송 방식과 설계된 래퍼 회로는 비동기식 고속 및 저전력 인터페이스로 사용 가능하다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권12호
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• pp.91-102
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• 2005

최근의 저 전력 컴퓨터 시스템은 내장 프로세서의 성능 향상과 공정 기술의 발전을 통한 디바이스 크기 감소로 인해 전압 변동, 커플링 효과 등으로 인한 SEU(single event upset)로 모델링 되는 천이고장으로 인한 예기치 못한 동작 중 에러 발생가능성이 매우 높아지고 있다. 제안하는 방식은 프로세서가 처리하는 프로그램 분기 흐름상에서 에러를 검출하는 효과적인 watchdog 프로세서 구조로서, 기존 방식이 가지는 오버헤드를 줄이면서 프로그램 내부에서 빈번히 발생되는 루프를 매번 검사할 때, 동일한 동작을 watchdog 프로세서가 반복함으로써 생기는 비효율적인 메모리 접근, 버스 점유 경쟁등과 같은 추가적인 시스템 수준의 오버헤드를 줄이는 새로운 방법을 제안하였다. 본 논문은 기존의 실시간 분기 및 제어 흐름 연구에서는 다루지 않았던 루프 검출 및 예측 기능을 추가함으로써 실제 시스템 적용에 보다 적합한 비용 효율적인 구조를 제안하고 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제13권5호
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• pp.922-930
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• 2009

유도 전동기를 전압 제어하기 위한 최적 PWM 스위칭 방법을 제시하려한다. 전압 인버터의 공간 벡터 변조 방식은 DC-버스 이용을 향상시키고 정류 손실을 감소시키기 때문에 디지털 구현의 경우 특히 선호하는 PWM 방법이다. 유도 전동기 전압 제어를 위한 최적 PWM 스위칭 방법은 제시한 최적 PWM 알고리즘을 사용하여 두 개의 활성 전압 벡터(active voltage vector)와 하나의 영 전압 벡터(zero voltage vector)로 구성하였다. 선택된 스위칭 순차 열은 변조 지수(modulation index)와 운송파(carrier wave) 주기의 함수로 정의 된다. 순차 열은 인버터 스위칭 손실과 전류 리플 값을 기준으로 사용하여 선택된다. 실험 결과 중 저 전력용으로 사용할 경우 스위칭 주파수를 증가시킴에 따라 고조파 왜곡이 감소하고 동특성이 좋아짐을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.699-707
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• 2016

중앙처리장치를 중심으로 하는 각종 내장형 시스템은 현재 각종 산업에 매우 광범위하게 쓰이고 있다. 특히 사물인터넷 등의 deeply embedded (심층 내장형) 시스템은 저비용, 소면적, 저전력, 빠른 시장 출시, 높은 코드 밀도 등을 요구한다. 본 논문에서는 이러한 요구 조건을 만족시키는 중앙처리장치를 제안하고, 이를 중심으로 한 시스템온칩 플랫폼을 소개한다. 제안하는 중앙처리장치는 16 비트라는 짧은 명령어로만 이루어진 확장형 명령어 집합 구조를 갖고 있어 코드 밀도를 높일 수 있다. 그리고, 다중사이클 아키텍처, 카운터 기반 제어 장치, 가산기 공유 등을 통하여 로직 게이트가 차지하는 면적을 줄였다. 이 코어를 중심으로, 코프로세서, 명령어 캐시, 버스, 내부 메모리, 외장 메모리, 온칩디버거 및 주변 입출력 장치들로 이루어진 시스템온칩 플랫폼을 개발하였다. 개발된 시스템온칩 플랫폼은 변형된 하버드 구조를 갖고 있어, 메모리 접근 시 필요한 클락 사이클 수를 감소시킬 수 있었다. 코어를 포함한 시스템온칩 플랫폼은 상위 언어 수준과 어셈블리어 수준에서 모의실험 및 검증하였고, FPGA 프로토타이핑과 통합형 로직 분석 및 보드 수준 검증을 완료하였다. $0.18{\mu}m$ 디지털 CMOS 공정과 1.8V 공급 전압 하에서 ASIC 프론트-엔드 게이트 수준 로직 합성 결과, 50MHz 동작 주파수에서 중앙처리장치 코어의 논리 게이트 개수는 7700 수준이었다. 개발된 시스템온칩 플랫폼은 초소형 보드의 FPGA에 내장되어 사물인터넷 분야에 응용된다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제6권3호
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• pp.105-112
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• 2017

PCI Express는 고속, 저전력 등의 특성으로 인하여 프로세서와 주변 I/O 장치들을 연결하는 업계 표준의 버스 기술이다. PCI Express는 최근 고성능 컴퓨터나 클러스터/클라우드 컴퓨팅 등의 분야에서 시스템 인터커넥션 네트워크로서 그 활용가능성을 검증하고 있는 추세이다. PCI Express가 시스템 인터커넥션 네트워크로서 활용가능하게 된 계기는 PCI Express에 NTB(non-transparent bridge) 기술이 도입되면서부터이다. NTB 기술은 물리적으로 두 PCI Express subsystem을 연결가능하도록 하지만, 필요할 경우 논리적인 격리(isolation)를 제공하는 특징이 있다. 또한, PGAS(partitioned global address space)와 같은 공유 주소 공간(shared address space) 프로그래밍 모델은 최근 멀티코어 프로세서의 보편화로 인하여 병렬컴퓨팅 프레임워크로 각광받고 있다. 따라서, 본 논문에서는 차세대 병렬컴퓨팅 플랫폼을 위하여 PCI Express 환경에서 OpenSHMEM을 구현하기 위한 초기 OpenSHMEM API를 설계 및 구현하였다. 본 연구에서 구현한 15가지 OpenSHMEM API의 정확성을 검증하기 위해서 Github의 openshmem-example 벤치마크의 수행을 통하여 확인하였다. 현재 시중에서는 PCI Express 기반 인터커넥션 네트워크는 가격이 매우 비싸고 아직 일반인이 사용하기 용이하도록 NIC형태로 널리 보급되지 않은 실정이다. 이러한 기술개발 초기단계에서 본 연구는 PCI Express 기반 interconnection network를 RDK(evaluation board) 수준에서 실제로 동작하는 실험환경을 구축하고, 여기에 추가로 최근 각광받는 OpenSHMEM software stack를 자체적으로 구현하였다는 데 의의가 있다.