• Proceedings of the IEEK Conference
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• 2003.07e
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• pp.2132-2135
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• 2003

본 논문에서는 고정소수점 DSP로 구현한 실시간 MP3 오디오 부호화기에 사용되는 초월함수용 하드웨어 가속기 구조를 제안한다. 구현된 하드웨어 가속기는 MP3 부호화 성능을 저하시키는 초월함수 연산오차에 강인하도록 설계되었다. 제안된 가속기의 연산오차는 Q1.23 고정소수점 출력에서 2비트, 즉 2/sup -21/ 까지의 연산오차를 가진다. LAME 부호화기[5]심리음향 모델의 SMR 오차는 테이블 보간법[4]을 사용할 경우에 비해 4dB이상 향상되었으며, 연산량은 총 4 MIPS 감소하였다. 제안한 하드웨어 가속기는 Verilog HDL로 기술되었으며, SYNOPSYS에서 0.18㎛ CMOS 표준 셀 라이브러리 공정으로 합성되었다. 합성 면적은 7514 게이트이며 초월함수 연산에 대한 동작속도는 3 사이클이다.

• Journal of the Korea Society of Computer and Information
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• v.29 no.6
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• pp.1-12
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• 2024

Deep learning with faster and more accurate results requires large amounts of storage space and large computations. Accordingly, many studies are using hardware accelerators for quick and accurate calculations. However, the performance bottleneck is due to data movement between the hardware accelerators and the CPU. In this paper, we propose a data prefetch strategy that can efficiently reduce such operational bottlenecks. The core idea of the data prefetch strategy is to predict the data needed for the next task and upload it to local memory while the hardware accelerator (Matrix Multiplication Unit, MMU) performs a task. This strategy can be enhanced by using a dual buffer to perform read and write operations simultaneously. This reduces latency and execution time of data transfer. Through simulations, we demonstrate a 24% improvement in the performance of hardware accelerators by maximizing parallel processing with dual buffers and bottlenecks between memories with data prefetch.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.23 no.12
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• pp.1609-1617
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• 2019

Described in this paper is a design of hardware accelerator for implementing public-key cryptographic protocols (PKCPs) based on Elliptic Curve Cryptography (ECC) and RSA. It supports five elliptic curves (ECs) over GF(p) and three key lengths of RSA that are defined by NIST standard. It was designed to support four point operations over ECs and six modular arithmetic operations, making it suitable for hardware implementation of ECC- and RSA-based PKCPs. In order to achieve small-area implementation, a finite field arithmetic circuit was designed with 32-bit data-path, and it adopted word-based Montgomery multiplication algorithm, the Jacobian coordinate system for EC point operations, and the Fermat's little theorem for modular multiplicative inverse. The hardware operation was verified with FPGA device by implementing EC-DH key exchange protocol and RSA operations. It occupied 20,800 gate equivalents and 28 kbits of RAM at 50 MHz clock frequency with 180-nm CMOS cell library, and 1,503 slices and 2 BRAMs in Virtex-5 FPGA device.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2021.11a
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• pp.313-314
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• 2021

최근 개인 정보 보호를 위해 주목 받고 있는 동형암호 알고리즘은 암호화된 상태로 덧셈과 곱셈 연산이 가능하여, 연산을 위한 복호화 과정 없이 데이터에 대한 가공이 가능하다. 따라서 이러한 동형암호 알고리즘이 개인 정보 보호를 위한 방법으로 떠오르고 있으며, 특히 완전동형암호 알고리즘의 경우 덧셈과 곱셈 연산을 모두 지원하며, 유효 연산 횟수에도 제한이 없어 응용 분야에서 널리 활용될 것으로 예상된다. 그러나, 완전동형암호 알고리즘의 경우 암호문의 크기가 평문대비 크게 증가하고, 다항식으로 구성된 암호문의 덧셈 및 곱셈 연산도 복잡하여 이에 대한 가속이 필요한 실정이다. 이에 FPGA 기반의 동형암호 가속기 개발이 많이 연구되고 있으며, 이를 통해 동형암호 연산의 특징을 이해하고 가속기 연구 동향을 알아보려 한다.

• Journal of IKEEE
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• v.25 no.1
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• pp.180-192
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• 2021

One widely used algorithm for image recognition and pattern detection is the convolution neural network (CNN). To efficiently handle convolution operations, which account for the majority of computations in the CNN, we use hardware accelerators to improve the performance of CNN applications. In using these hardware accelerators, the CNN fetches data from the off-chip DRAM, as the massive computational volume of data makes it difficult to derive performance improvements only from memory inside the hardware accelerator. In other words, data communication between off-chip DRAM and memory inside the accelerator has a significant impact on the performance of CNN applications. In this paper, a simulator for the CNN is developed to analyze the main memory or DRAM access with respect to the size of the on-chip memory or global buffer inside the CNN accelerator. For AlexNet, one of the CNN architectures, when simulated with increasing the size of the global buffer, we found that the global buffer of size larger than 100kB has 0.8x as low a DRAM access count as the global buffer of size smaller than 100kB.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.25 no.1
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• pp.20-26
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• 2021

Recent systems contain hardware and software components together for faster execution speed and less power consumption. In conventional hardware and software co-design, the ratio of software and hardware was divided by the designer's empirical knowledge. To find optimal results, designers iteratively reconfigure accelerators and applications and simulate it. Simulating iteratively while making design change is time-consuming. In this paper, we propose a hardware and software co-design platform for energy-efficient FPGA accelerator design. The proposed platform makes it easy for designers to find an appropriate hardware ratio by automatically generating application program code and hardware code by parameterizing the components of the accelerator. The co-design platform based on the Vitis unified software platform runs on a server with Xilinx Alveo U200 FPGA card. As a result of optimizing the multiplication accelerator for two matrices with 1000 rows, execution time was reduced by 90.7% and power consumption was reduced by 56.3%.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2008.06a
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• pp.251-255
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• 2008

최근 모바일 시스템의 성능이 향상되면서 다양한 형태의 동적인 메뉴 구성과, 메일 및 이차원 지도 등의 표현에 벡터 그래픽을 도입하고 있다. 모바일 기기에서 사용되는 벡터 그래픽 처리 기술은 Flash Lite, SVG(Scalable Vector Graphics)등이 널리 사용되고 있는데 두 가지 모두 소프트웨어 방식으로 사용되고 있다. 매크로미디어사의 Flash Lite는 연산에 많은 메모리를 필요로 하고, SVG는 웹 표준에 맞춘 스크립트 해석 기반으로 구동 속도가 느리다. 모바일 컴퓨팅 환경에서 벡터 그래픽스에 대한 필요성과 사용빈도가 증가함에 따라 메모리를 적게 사용하고 하드웨어 가속기를 지원 할 수 있도록 저 수준의 API(Application Programming Interface)인 OpenVG 1.0을 크로노스 그룹(Khronos Group)에서 제정하였다. 본 논문은 모바일 사용 환경에 맞추어 사용될 수 있도록 OpenVG 1.0에 기반한 API를 구현하고 실험하였다. 구현된 API는 느린 소프트웨어의 한계를 벗어나기 위해 하드웨어 가속기 설계에 적합하도록 각각의 API 블록 및 형태를 하드웨어 파이프라인 형태의 관점에서 설계하였고, 구현된 API를 윈도우즈 환경에서 기능을 검증하였다.

• Journal of IKEEE
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• v.24 no.1
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• pp.186-193
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• 2020

In this paper, we propose a multi-threading system to support reconfigurable hardware accelerators on Zynq SoC. We implement high-performance JPEG decoder with reconfigurable 2D IDCT hardware accelerators to achieve maximum performance available on the platform. In this system, up to four reconfigurable hardware accelerators synchronized with SW threads can be dynamically reconfigured to provide adaptive computing capabilities according to the given image resolution and the compression ratio. JPEG decoding is operated using images with resolutions 480p, 720p, 1080p at the compression ratio of 7:1-109:1. We show that significant performance improvements are achieved as the image resolution or the compression ratio increase. For 1080p resolution, the performance improvement is up to 79.11 times with throughput speed of 99 fps at the compression ratio 17:1.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.26 no.7
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• pp.1071-1077
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• 2022

A security SoC that can be used to implement elliptic curve cryptography (ECC) based public-key infrastructures was designed. The security SoC has an architecture in which a hardware accelerator for the elliptic curve digital signature algorithm (ECDSA) is interfaced with the Cortex-A53 CPU using the AXI4-Lite bus. The ECDSA hardware accelerator, which consists of a high-performance ECC processor, a SHA3 hash core, a true random number generator (TRNG), a modular multiplier, BRAM, and control FSM, was designed to perform the high-performance computation of ECDSA signature generation and signature verification with minimal CPU control. The security SoC was implemented in the Zynq UltraScale+ MPSoC device to perform hardware-software co-verification, and it was evaluated that the ECDSA signature generation or signature verification can be achieved about 1,000 times per second at a clock frequency of 150 MHz. The ECDSA hardware accelerator was implemented using hardware resources of 74,630 LUTs, 23,356 flip-flops, 32kb BRAM, and 36 DSP blocks.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2021.05a
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• pp.457-458
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• 2021

딥러닝 알고리즘 중 DCNN(DeConvolutional Neural Network)은 이미지 업스케일링과 생성·복원 등 다양한 분야에서 뛰어난 성능을 보여주고 있다. DCNN은 많은 양의 데이터를 병렬로 처리할 수 있기 때문에 하드웨어로 설계하는 것이 유용하다. 최근 DCNN의 하드웨어 구조 연구에서는 overlapping sum 문제를 해결하기 위해 deconvolution 필터를 convolution 필터로 변환하는 TDC(Transforming the Deconvolutional layer into the Convolutional layer) 알고리즘이 제안되었다. 하지만 TDC를 CPU(Central Processing Unit)로 수행하기 때문에 연산의 최적화가 어려우며, 외부 메모리를 사용하기에 추가적인 전력이 소모된다. 이에 본 논문에서는 저전력으로 구동할 수 있는 FPGA 기반 TDC 하드웨어 구조를 제안한다. 제안하는 하드웨어 구조는 자원 사용량이 적어 저전력으로 구동 가능할 뿐만 아니라, 병렬 처리 구조로 설계되어 빠른 연산 처리 속도를 보인다.