NG-SDH망에서 측정된 클럭잡음을 이용한 동기클럭 성능분석 연구가 필요하다. 따라서 본 논문은 NG-SDH망에서 측정된 클럭잡음을 이용하여 다양한 클럭상태에 따른 동기클럭 성능을 분석하고 최대 망노드수를 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 측정된 클럭잡음을 이용하여 적합한 클럭잡음모델을 생성하였고, 다양한 클럭상태에 따른 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 볼 때 정상상태에서 최대노드수는 80개 노드 이상 이였고, 단기위상변위(SPT)상태에서는 37개 이하였고, 장기위상변위(LPT)상태에서는 50개 이상으로 나타났다. 따라서 3가지 클럭상태에서 ITU-T 규격을 만족할 수 있는 최대 노드수는 37개 이하 임을 알았다. 또한 DOTS 이전의 NE망에서 SPT이나 LPT상태가 발생하면 정상상태의 안정된 다른 동기원 소스로 절체해야 함을 알았다.
본 논문은 NG-SDH망에서 정상상태와 SPT상태 및 LPT상태 등 다양한 클럭상태에 따른 동기클럭 특성분석과 최대 망노드수 도출을 위한 연구를 수행하는 것이다. 시뮬레이션을 통해서 정상상태일 경우 NG-SDH 최대 망노드수는 42개에서 38개로 나타났다. SPT상태에서 최종단 NE망을 SPT상태로 적용할 때 최대 망노드수는 19개에서 4개까지로 정상상태에 비하여 많이 감소하였고, 모든 NE망에서 SPT상태가 발생하면 규격만족 노드수가 크게 감소하였다. LPT상태에서 최종단 NE망을 LPT상태로 적용할 경우 최대 노드수는 모두 50개 이상까지로 나타났고, 모든 NE망을 LPT상태로 적용하더라도 동일한 결과를 얻었다. 그러나 모든 DOTS를 LPT상태로 적용하였을 경우 규격만족 전송망 노드수는 SPT상태나 정상상태에 비해 차이가 크지 않았다.
본 논문에서는 미래의 온칩통신 구조로 각광받고 있는 NoC의 GALS 클럭 구조에서 불안정 상태를 제거하기 위한 위상차 동기방법과 위상차 동기회로를 제안한다. 제안된 방법은 송신부의 클럭을 입력 스트로브 신호로 사용하고, 송수신부 클럭의 위상차가 불안정 상태 영역에 존재하더라도 샘플링 결과 값에 따라 클럭의 상승 모서리 또는 하강 모서리 중의 하나를 선택하여 불안정 상태를 피할 수 있다. 고장을 삽입한 로직 시물레이션을 통하여 $0^{\circ}{\sim}360^{\circ}$ 위상차에서 불안정 상태에 관계없이 위상차 클럭 동기회로가 잘 동작함을 확인하였다. 그리고 제안된 위상차 클럭 동기회로는 위상 검출기가 필요하지 않아 제어가 간단하며, 모든 회로가 디지털 회로로 구성되어 NoC의 클럭 동기회로에 적합하다.
동기망과 동기식 전송망을 설계할 때에는 동기클럭의 단기안정 클럭특성과 이에 따른 망구성 노드수가 중요하게 고려되어야 할 사항이다. 또한 동기망과 전송망을 동시에 고려하여야 한다. 만일 전송망 만을 고려한다면 동기망에서의 발생할 수 있는 클럭성능 저하를 반영시킬 수 없기 때문이다. 지금까지의 연구는 주로 동기식 전송망만을 적용하여 연구되었다. 본 논문에서는 동기망과 동기식 전송망을 통합 고려하고, 최악의 원더생성을 적용하였을 때의 세가지 클럭상태에 따른 망동기클럭의 MTIE와 TDEV 특성을 얻었다. 또한 현 ITU-T 규격을 적용하여 세 가지 클럭상태에 따른 최대 망 구성 노드수를 구하였다.
동기식 전송망에서는 다양한 동기클럭 성능과 상태가 나타날 수 있고, 이는 전송성능에 영향을 줄 수 있기 때문에 전송망 설계에 필요한 최대노드수의 변화가 생길 수 있다. 이에 따라 전송망에서 다양한 클럭성능과 상태를 적용할 수 있는 시뮬레이터가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 전송망 동기클럭 시뮬레이터를 살펴보고, 또한 이를 이용하여 NE 노드에 따른 동기클럭 특성과 최대 노드수 결과를 얻었다. 본 연구 결과를 통해 볼 때 NE 노드의 성능보다 동기원의 성능이 최대 노드수에 미치는 영향이 크다는 것은 알 수 있었다.
동기식 전송망과 장치를 설계할 때 고려해야 할 중요사항은 최대 노드수와 노드의 클럭특성이다. 이를 위해서는 클럭상태가 정상상태일 때 뿐 아니라 단기위상순서변위, 그리고 장기위상변위 등에 관한 클럭특성 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 국내 동기클럭 분배망의 구성을 바탕으로 최근 확정된 ITU-T 및 ANSI의 클럭규격을 적용하여 동기식 선형망에서 정상상태와 위상변위상태일 때의 망구성에 따른 MTIE 및 TDEV 특성을 살펴보았고, ITU-T와 ANSI규격을 동시에 만족하는 최대 노드수를 제시하였다. 또한 본 논문에서 얻은 결과를 AT&T의 것과 비교 분석하였다.
동기 망과 전송망에서의 동기클럭 성능은 망의 안정성 화보와 데이터 전송 보장 측면에서 중요한 요소이다. 그러므로 망을 설계할 때 동기망과 전송망의 동기클럭 성능을 분석하기 위하여 다양한 파라메타를 적용할 수 있고, 그리고 최상상태에서 최악상태까지 망에서 나타날 수 있는 여러 가지 입력레벨을 적용할 수 있는 시뮬레이터가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 동기망과 전송망에서의 동기클럭 특성을 분석할 수 있는 SNCA와 TNCA를 개발하였고, 또한 개발된 시뮬레이터를 활용하여 다양한 원더생성, 노드 수, 클럭 상태 등의 입력조건에 따른 NEl, NE2, NE3 등 전송망과 DOTS1과 DOTS2 등 동기 망에서의 동기 클럭 특성과 최대 노드수 결과를 얻었다.
NoC는 SoC의 IP 코어들 사이에서 통신하는 시스템으로 기존의 버스 시스템이나 크로스바 상호연결 시스템보다 월등히 향상된 성능을 제공한다. 그러나 NoC의 송신부와 수신부 사이에서 데이터 이동 시에 송신부와 수신부 사이에 발생하는 불안정 상태(metastability)는 극복하기 위하여 동기회로가 필요하다. 본 논문에서는 신호 영역 발생기, 선택 신호 발생기와 데이터 버퍼로 구성된 새로운 위상차 동기회로를 설계하였다. 불안정 상태가 없는 선택구간을 구하기 위하여 전송된 클럭을 지연하는 회로가 사용되며, 전송클럭과 지역 클럭을 비교하여 선택신호를 발생한다. 제안된 위상차 동기회로는 선택신호 값에 의하여 지역클럭의 상승 또는 하강 모서리 중의 하나를 선택하여 불안정 상태를 제거한다. 모의실험 결과는 제안된 위상차 동기회로가 전송된 클럭과 지역 클럭의 어떤 위상차에서도 잘 동작하는 것을 보여 주었다.
최근에 SoC 버스구조의 대안으로 NoC가 대두되고 있으며, NoC에서 다중클럭이 사용되어 클럭의 주파수는 같지만 clock skew 등으로 인한 위상차이가 발생하므로 데이터 전송 시에 클럭에 대한 동기회로가 사용되고 있다. 본 논문에서는 NoC 클럭의 위상차가 발생하는 경우 데이터의 손실이 발생할 수 있는 불안정상태 (metastability)를 정의하고 분석한다. 180nm CMOS 공정 파라미터를 사용하여 래치와 플립플롭을 설계하고, 1GHz 클럭을 사용하여 모의실험을 수행하였다. 모의실험 결과에서 출력에 로직 1과 0이 아닌 중간 값을 가지는 불안정상태를 래치와 플립플롭에서 확인하였다. 그리고 불안정상태 값이 상당히 긴 시간 동안 존재하여 온도, 공정변수, 전원 크기 등의 주변 환경에 의하여 출력 값이 변할 수 있어 입력값을 손실할 수 있다는 것을 확인하였으며, 이러한 결과는 NoC에서 위상차 동기회로 설계 시에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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