• 전자공학회논문지SC
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• 제39권4호
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• pp.25-35
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• 2002

본 논문에서는 단일 폴리 공정을 기반으로 하여 8b 해상도로 200MHz의 고속 동작을 하기 위해 최적화된 시간 공유 서브레인징 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 제안한다. 제안하는 ADC는 높은 정확도를 요구하는 하위 ADC에 이중 채널 구조를 적용하여 높은 샘플링 주파수를 보장하였고, 새로운 기준 전압 인가 방식을 적용하여 기준 전압의 빠른 정착 시간을 얻으면서 동시에 칩 면적을 크게 감소시켰다. 기준 전압을 생성하는 저항열에서는 선형성 및 속도 향상을 위해 기존의 인터메쉬드 구조를 보완한 새로운 저항열을 사용하였다. 8 비트 수준의 정밀도에서 면적 및 전력 소모를 최소화하기 위해 공통 드레인(common- drain) 증폭기 구조를 사용하여 샘플-앤-홀드 증폭기(Sample-and-Hold Amplifier：SHA)를 설계하였으며, 입력단에 스위치와 캐패시터로 구성된 동적 공통 모드 궤환 회로(Dynamic Common Mode Feedback Circuit)를 사용하여 SHA의 동적 동작 범위(dynamic range)를 증가시켰다. 동시에 상위 ADC와 하위 ADC간의 신호 처리를 단순화시키기 위해 상위 ADC에 새로운 인코딩 회로를 제안하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.94-104
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• 2008

본 논문에서는 고속의 곱셈-누적 연산을 수행할 수 있는 새로운 MAC의 구조를 제안한다. 곱셈과 누적 덧셈 연산을 통합하고 하이브리드 형태의 CSA 구조를 고안하여 임계경로를 감소시키고 출력율을 개선하였다. 즉, 가장 큰 지연시간을 갖는 누적기 자체를 제거하고 누적기의 기능을 CSA에 포함시킴으로써 전체적인 성능을 향상시킨다. 제안된 CSA 트리는 1의 보수 기반의 MBA 알고리즘을 이용하고, 연산자의 밀도를 높이고자 부호비트를 위한 수정된 배열형태를 갖는다. 또한 최종 덧셈기의 비트수를 줄이기 위해서 CSA 트리 내에 2비트 CLA를 사용하여 하위 비트의 캐리를 전파하고 하위 비트들에 대한 출력을 미리 생성한다. 또한 파이프라인의 효율을 최적화시켜 출력율을 증가시키고자 최종 덧셈기의 출력이 아닌 합과 캐리 형태의 중간 연산결과들을 누적시킨다. 제안한 하드웨어를 설계한 후에 $250{\mu}m,\;180{\mu}m,\;130{\mu}m$, 그리고 90nm CMOS 라이브러리를 이용하여 합성하였다. 이론 및 실험적인 결과를 토대로 제안한 MAC의 하드웨어 자원, 지연시간, 그리고 파이프라인 등의 결과에 대해 분석하였다. 지연시간은 수정된 Sakurai의 alpha power low를 이용하였다. 결과를 살펴보면 제안한 MAC은 표준 설계에 대해서는 여러 측면에서 매우 우수한 특성을 보였고, 최근 연구와 비교할 때 클록속도는 거의 유사하면서 성능은 두 배로 우수하였다.

• 방송공학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.374-387
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• 2012

본 논문에서는 이산 웨이블릿 패킷 변환을 이용하여 디지털 홀로그램의 중요 성분을 추적하고 암호화하는 알고리즘을 위한 하드웨어를 구현하였다. 웨이블릿 변환과 부대역의 패킷화를 이용한 암호화 방법을 이용하고, 적용된 암호화 기법은 웨이블릿 변환의 레벨과 에너지 값을 선택함으로써 다양한 강도로 암호화가 가능하다. 디지털 홀로그램의 암호화는 크게 두 부분으로 구성되는데 첫 번째는 웨이블릿 변환을 수행하는 것이고, 두 번째는 암호화를 수행하는 것이다. 고속의 웨이블릿 변환을 하드웨어로 구현하기 위해서 리프팅 기반의 하드웨어 구조를 제안하고, 다양한 암호화를 수행하기 위해서는 다중모드를 가지는 블록암호시스템의 구조를 제안한다. 동일한 구조의 반복적인 연산을 통해서 수행되는 리프팅의 특성을 이용하여 단위 연산을 수행할 수 있는 셀을 제안하고 이를 확장하여 전체 리프팅 하드웨어를 구성하였다. 블록 암호시스템의 구성을 위해서 AES, SEED, 그리고 3DES의 블록암호화 알고리즘을 사용하였고 데이터를 최소의 대기시간(최소 128클록, 최대 256클록)만을 가지면서 실시간으로 데이터를 암호화 혹은 복호화시킬 수 있다. 디지털 홀로그램은 전체 데이터 중에서 단지 0.032%의 데이터만을 암호화되더라도 객체를 분간할 수 없었다. 또한 구현된 하드웨어는 $0.25{\mu}m$ CMOS 공정에서 약 20만 게이트의 자원을 사용하였고, 타이밍 시뮬레이션 결과에서 살펴볼 때 약 165MHz의 클록속도에서 안정적으로 동작할 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권1호
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• pp.51-58
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• 2007

본 논문은 비동기식 프로세서에서 동작 상황에 따라 파이프라인 구조가 변경 가능하고 명령어 종류에 따라 병렬처리를 지원하는 적응형 파이프라인 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 동작이 불필요한 스테이지를 건너뛰는 스테이지 스키핑(stage-skipping)과 다음 스테이지가 비어 있으면 현재 스테이지와 다음 스테이지를 하나로 통합하는 스테이지 통합(stage-combining) 기법을 지원한다. 이 기법들은 명령어 종류에 따라 서로 다른 데이터패스를 사용하는 명령어들을 병렬로 처리하여 머신 사이클을 단축시켜 프로세서의 동작 속도를 증가시킨다. 본 논문에서는 제안된 파이프라인 구조를 적용한 ARM 명령어 호환 프로세서를 설계하였다. 이 프로세서는 VHDL로 설계한 후 $0.35-{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성되었다. SPEC2000 벤치마크를 사용하여 성능을 평가한 결과, 타겟 프로세서는 평균 365 MIPS의 속도로 동작하여 영국 맨체스터 대학에서 개발한 비동기 프로세서인 AMULET3i에 비해 2.3배 높은 성능을 보였다. 제안된 파이프라인 기법과 프로세서 구조는 고속 비동기식 프로세서 설계에 적용 가능하다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권8호
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• pp.35-42
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• 2005

본 논문에서는 전력소모 감소 및 강건성 (robustness) 향상을 위한 새로운 구조의 플립-플롭을 제안한다. 가변 샘플링 윈도우 플립-플롭(Variable sampling window flip-flop, VSWFF)은 입력 데이터에 따라 샘플링 윈도우의 폭을 변화시켜 강인한 데이터-래치 동작을 제공할 뿐 아니라 더욱 짧은 hold time을 갖는다. 또한, 이 플립-플롭은 입력 스위칭 행위(input switching activity)가 큰 경우에 기존의 저전력 플립-플롭보다 내부 전력소모를 감소시킬 수 있다. 클럭 진폭 감쇄형 가변 샘플링 윈도우 플립-플롭(Clock swing-reduced variable sampling window flip-flop, CSR-VSWFF)은 작은 스윙 폭의 클럭을 사용함으로써 클럭분배망(clock distribution network)의 전력소모를 감소시킬 수 있다. 기존의 클럭 진폭 감쇄형 플립-플롭(Reduced clock swing flip-flop, RCSFF)과 달리, 제안된 플립-플롭은 공급전압만으로 동작하므로 고전압의 발생 및 분배로 인한 설계 상의 비용증가를 제거한다. 시뮬레이션 결과, 기존의 플립-플롭과 비교하여 더욱 좁은 샘플링 윈도우에서도 불변의 지연값(latency) 을 유지하고 전력-지연 곱(power-delay product, PDP)이 개선됨을 확인하였다. 제안된 플립-플롭의 성능을 평가하기 위하여 $0.3\mu m$ CMOS 공정기술을 이용하여 테스트 칩을 설계하였으며, 실험 결과, VSWFF는 입력 스위칭 행위가 최대일 때 전력소모가 감소하며 CSR-YSWFF를 이용하여 설계된 동기 카운터는 부가 고전압의 사용 없이 전력소모가 감소됨을 확인하였다.

• 전자공학회논문지C
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• 제36C권12호
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• pp.11-19
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• 1999

최근에 등장한 프랙탈 영상 압축 알고리즘은 소프트웨어적인 측면에서는 많이 연구되고 있으나, 하드웨어 구현을 위한 연구는 드물다. 그러나 , 프랙탈 영상 압축 기법이 동영상 처리를 위해 사용될 경우 소프트웨어적으로는 실시간 처리의 어려움이 있어 고속의 전용 하드웨어가 필요하다. 그러나 , 아직 복호기의 구체적인 하드웨어의 설계 예는 드물다. 본 연구에서는 $256{\times}256$의 크기의 흑백 영상의 실시간 처리가 가능한 quadtree 방식의 프랙탈 영상 압축 복호기를 전용 하드웨어로 설계하였으며, 이를 위한 저전력 기법을 제안한다. 제안한 두 가지 방법 중 첫번째는 영상의 복원 후 발생하는 블록 현상을 제거하기 위한 post-processing 방법을 하드웨어 측면에서 최적화하는 것이다. 이 방식은 기존의 소프트웨어에서 사용하던 승산기가 필요한 가중 평균 방식보다 하드웨어를 적게 소모하여 비용을 줄이며, 속도는 69%정도의 향상이 있다. 두번째 방식은 데이터 패스 내부의 곱셈기를 입력 벡터의 통계적 특성을 이용하여 소비 전력이 적도록 설계하는 것이다. 이 방식으로 설계할 경우 8 bits 이하의 크기의 곱셈기에서 저전력에 유리하다고 알려진 어레이(array) 형태의 곱셈기에 비해 약 28%정도 소비 전력을 줄일 수 있었다. 위 두 가지 전력 절감 방식을 사용하여 동작 전압 3.3V, 1 poly 3 metal, $0.6{\mu}m$ CMOS 공정으로 복호기의 코어 부분을 칩으로 제작하였다.

• 대한전자공학회논문지SP
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• 제42권2호
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• pp.27-36
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• 2005

년 논문에서는 MPEG과 JPEG, H.26X 계열 등의 DCT-기반 영상/비디오 컨텐츠에 효과적인 암호화 방법을 제안하였고, 이를 최적화된 하드웨어로 구현하여 고속동작이 가능하도록 하였다. 영상/비디오의 압축, 복원 및 암호화로 인한 많은 연산량을 고려하여 영상의 중요한 정보(DC 및 DPCM계수)만을 암호화 대상 데이터로 선정하여 부분 암호화를 수행하였다. 그 결과 암호화에 소요되는 비용은 원 영상 전체를 암호화하는 비용이 감소하였다. 여기서 Nf는 GOP내의 프레임수이고 PI는 B와 P 프레임에 존재하는 인트라 매크로블록의 수이다. 암호화 알고리즘으로는 다중모드 AES, DES, 그리고 SEED를 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다. 제안한 암호화 방법은 C++로 구현한 소프트웨어와 TM-5를 사용하여 약 1,000개의 영상을 대상으로 실험하였다 그 결과 부분 암호화된 영상으로부터 원 영상을 추측할 수 없어 암호화 효과가 충분함을 확인하였으며, 이 때 암호화에 의한 압축률 감소율은 $1.6\%$에 불과하였다. Verilog-HDL로 구현한 하드웨어 암호화 시스템은 하이닉스 $0.25{\mu}m$ CMOS 팬텀-셀 라이브러리를 사용하여 SynopsysTM의 디자인 컴파일러로 합성함으로써 게이트-수준 회로를 구하였다. 타이밍 시뮬레이션은 CadenceTM의 Verilog-XL을 이용해서 수행한 결과 100MHz 이상의 동자 주파수에서 안정적으로 동작함을 확인하였다. 따라서 제안된 암호화 방법 및 구현된 하드웨어는 현재 중요한 문제로 대두되고 있는 종단간(end-to-end) 보안에 대한 좋은 해결책으로 유용하게 사용될 수 있으리라 기대된다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제40권6호
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• pp.447-458
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• 2003

고속동작을 하는 곱셈기는 DSP의 기본 블록 설계에 있어서 필수적이다. 전형적으로 신호처리분야에 있어서 반복 알고리듬은 다량의 곱셈연산을 필요로 하고, 이 곱셈연산을 첨가하고 실행하는데 사용된다. 본 논문은 32×32-b RST를 적용한 병렬 구조 곱셈기의 매크로 블록을 제시한다. Tree part의 속도를 향상시키기 위해 변형된 부분곱 발생 방법이 구조레벨에서 고안되었다. 이것은 4 레벨을 압축된 3 레벨로 줄였고, 4-2 압축기를 사용한 월리스 트리 구조에서도 지연시간을 감소시켰다. 또한, tree part가 CSA tree를 생성하기 위한 4개의 모듈러 블록과 결합이 되게 하였다. 그러므로 곱셈기 구조는 부스 셀렉터, 압축기, 새로운 부분곱 발생기(MPPG : Modified Partial Product Generator)로 구성된 같은 모듈에 규칙적으로 레이아웃 될 수 있다. 회로레벨에서 적은 트랜지스터 수와 엔코더로 구성된 새로운 부스 셀렉터가 제안되었다. 부스셀렉터에서의 트랜지스터 수의 감소는 전체 트랜지스터 수에 큰 영향을 끼친다. 설계된 셀렉터에는 9개의 PTL(Pass Transistor Logic)을 사용한다. 이것은 일반적인 트랜지스터 수의 감소와 비교했을 때 50% 줄인 것이다. 단일폴리, 5중금속, 2.5V, 0.25㎛ CMOS공정을 사용하여 설계하고, Hspice와 Epic으로 검증하였다. 지연시간은 4.2㎱, 평균 전력소모는1.81㎽/㎒이다. 이 결과들은 발표된 성능이 우수한 일반적인 곱셈기보다도 성능이 우수하다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권6호
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• pp.55-66
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• 2016

파워 게이팅은 반도체 칩의 누설전류(leakage current)를 감소시키는 데 효과적인 기술로 알려져 있으며, 전원 차단용 파워게이팅 셀 (power-gating cell, PGC)에서의 IR drop 증가로 인한 성능 및 신뢰성 저하에 대해 많은 연구가 이루어져왔다. 그러나 최신 공정에서는 트랜지스터 사이즈 감소 추세에도 불구하고 금속 배선의 스케일링이 제한됨에 따라, IR drop에 견고한 파워 게이팅 설계 시 셀 배치와 금속 배선 면적을 고려한 새로운 접근 방식이 필요하다. 본 논문에서는 셀 점유율(cell utilization)과 소모 전류에 근거한 로직 셀 배치 기법을 통해 PGC 면적 및 IR drop을 개선한 파워 게이팅 설계 방법을 제안한다. 28nm 공정으로 제조된 스마트폰용 어플리케이션 프로세서(Application processor, AP) 내 고속 디지털 코어에 적용한 결과 기존 PGC 배치 기법 대비 PGC 면적은 12.59~16.16%, 최대 IR drop은 8.49% 감소함을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제42권8호
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• pp.17-24
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• 2005

본 논문에서는 Blind 채널 등화를 위한 error feedback 필터를 갖는 Decision Feedback Equalizer(DFE) 구조의 등화기를 설계하였다. 제안하는 등화기는 Least Mean Square(LMS) 알고리즘과 Multi-Modulus Agorithm(MMA)을 이용하였으며 64/256 QAM을 위해 설계되었다. 기존의 MMA 등화기는 두개의 transversal 필터를 이용하거나 feedforward와 feedback 필터를 이용하는 반면에 제안하는 등화기는 feedforward와 feedback 그리고 error feedback 필터를 사용하여 채널 적응 성능을 향상시켰으며 탭 수를 감소시켰다. 제안하는 구조는 $SPW^{TM}$ 툴을 이용 시뮬레이션을 수행하여 성능을 개선시킬 수 있었다. 그리고 VHDL을 이용해 시뮬레이션을 수행하였으며 논리 합성은 0.25um 셀 라이브러리를 이용하였다. 설계한 등화기는 약 19만 게이트 수와 15MHz의 동작속도를 보였다 또한 FPGA 칩을 내장한 이뮬레이션 보드를 사용하여 성능 검증을 수행하였다.