• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권4호
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• pp.23-26
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• 2022

In this paper, our ray tracing hardware is implemented on the latest high-capacity FPGA board. The system included ray tracing hardware for rendering and tree building hardware for handling dynamic scenes. The FPGA board used in the implementation is a Xilinx Alveo U250 accelerator card for data centers. This included 12 ray tracing hardware cores and 1 tree-building hardware core. As a result of testing in various scenes in Full HD resolution, the FPS performance of the proposed ray tracing system was measured from 8 to 28. The overall average is about 17.7 FPS.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.109-119
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• 2020

FPGA는 초기 제작 후 다시 설계 할 수 있는 반도체로 신호 처리, 자동차 산업, 국방 및 군사 시스템 등과 같은 다양한 임베디드 시스템 분야에서 사용된다. 하지만 하드웨어 설계의 복잡성이 증가하고 설계 및 제조 과정이 세계화됨에 따라 하드웨어에 삽입되는 하드웨어 악성기능에 대한 우려가 커져가고 있다. 이러한 위협에 대응하기 위해 많은 탐지 방법들이 제시되었지만, 기존 방법 대부분은 IC칩을 대상으로 하고 있어 IC칩과 구성요소가 다른 FPGA에 적용하기 어렵다. 또한 FPGA 칩을 대상으로 하는 하드웨어 악성기능탐지 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 FPGA의 LUT-level netlist에서 나타나는 하드웨어 악성기능의 정적인 특징을 기계학습을 통해 학습하여 하드웨어 악성기능을 탐지하는 방법을 제시한다.

• 반도체공학회 논문지
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• 제1권1호
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• pp.1-8
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• 2023

본 논문에서는 High-Level Synthesis(HLS)을 이용하여, 차세대 양자내성암호인 Crystals-Kyber를 하드웨어 가속기로 설계하여 FPGA에 구현하였으며, 성능 분석결과 우수성을 제시한다. Crystals-Kyber 알고리즘을 Vitis HLS 에서 제공하는 여러 Directive 를 활용해서 최적화 설계를 진행하고, AXI Interface 를 구성하여 FPGA-기반 양자내성암호 하드웨어 가속기를 설계하였다. Vivado 툴을 이용해서 IP Block Design 를수행하고 ZYNQ ZCU106 FPGA 에 구현하였다. 최종적으로 PYNQ 프레임워크에서 Python 코드로 동영상 촬영 및 H.264 압축을 진행한 후, FPGA 에 구현한 Crystals-Kyber 하드웨어 가속기를 사용해서 동영상 암호화 및 복호화 처리를 가속화하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.20-26
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• 2021

오늘날의 시스템들은 더 빠른 실행 속도와 더 적은 전력 소모를 위해 하드웨어와 소프트웨어 요소를 함께 포함하고 있다. 기존 하드웨어 및 소프트웨어 공동 설계에서 소프트웨어와 하드웨어의 비율은 설계자의 경험적 지식에 의해 나뉘었다. 설계자들은 반복적으로 가속기와 응용 프로그램을 재구성하고 시뮬레이션하며 최적의 결과를 찾는다. 설계를 변경하며 반복적으로 시뮬레이션하는 것은 시간이 많이 소모되는 일이다. 본 논문에서는 에너지 효율적인 FPGA 가속기 설계를 위한 하드웨어 및 소프트웨어 공동 설계 플랫폼을 제안한다. 제안하는 플랫폼은 가속기를 구성하는 주요 성분을 변수화해 응용 프로그램 코드와 하드웨어 코드를 자동으로 생성하여 설계자가 적절한 하드웨어 비율을 쉽게 찾을 수 있도록 한다. 공동 설계 플랫폼은 Xilinx Alveo U200 FPGA가 탑재된 서버에서 Vitis 플랫폼을 기반으로 동작한다. 공동 설계 플랫폼을 통해 1000개의 행을 가지는 두 행렬의 곱셈 연산 가속기를 최적화한 결과 응용프로그램보다 실행 시간이 90.7%, 전력 소모가 56.3% 감소하였다.

• 실천공학교육논문지
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• 제6권2호
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• pp.91-97
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• 2014

FPGA를 이용해서 다양한 멀티미디어 데이터 처리가 가능한 교육장비를 소개한다. 이 장비를 이용해서 영상인식 기반의 하드웨어 설계의 한 사례를 소개하고 그 설계를 기반으로 "FPGA를 이용한 디지털시스템 설계" 교과목의 교육 가능한 사례를 소개한다. 학생들에 의해서 새롭게 설계한 하드웨어를 본 FPGA를 이용해서 하드웨어 장비에 적용시키는 능력을 배양할 수 있고, 또한 개념 설계, 부분설계, 상세설계를 통해서 FPGA 기반 하드웨어의 창의적 종합설계 능력을 키울 수 있다. 그리고 오디오 코덱을 제어하는 부분은 FPGA내에 있는 소프트 마이크로프로세서인 NIOS II를 이용해서 한 칩에 디지털 하드웨어와 마이크로컨트롤러를 결합한 SOC 설계 능력을 키울 수 있다. 또한, 무선통신, Labivew와 FPGA 설계 능력을 결합하는 적용능력도 키울 수 있다.

• 디지털산업정보학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.55-61
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• 2013

A field-programmable gate array (FPGA) is an integrated circuit designed to be configured by a customer or a designer after manufacturing. The FPGA configuration is generally specified using a hardware description language (HDL), similar to that used for an application-specific integrated circuit (ASIC) (circuit diagrams were previously used to specify the configuration, as they were for ASICs, but this is increasingly rare). Contemporary FPGAs have large resources of logic gates and RAM blocks to implement complex digital computations. In this paper, we implement a system of digital instrumentation using FPGA. This system consists of the trigger part, memory address controller part, control FSM part, Encoder part, LCD controller part. The hardware implement using FPGA and the verification of the operation is done in a PC simulation. The proposed hardware was mapped into Cyclone III EP2C5Q208 from Altera and used 1,700(40%) of Logic Element (LE). The implemented circuit used 24,576-bit memory element with 6-bit input signal. The result from implementing in hardware (FPGA) could operate stably in 140MHz.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제10권10호
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• pp.922-929
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• 2004

In this paper, we develop control hardware such as an FPGA based general purposed intelligent controller with a DSP board to solve nonlinear system control problems. PID control algorithms are implemented in an FPGA and neural network control algorithms are implemented in a BSP board. An FPGA was programmed with VHDL to achieve high performance and flexibility. The additional hardware such as an encoder counter and a PWM generator can be implemented in a single FPGA device. As a result, the noise and power dissipation problems can be minimized and the cost effectiveness can be achieved. To show the performance of the developed controller, it was tested fur nonlinear systems such as a robot hand and an inverted pendulum.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권10호
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• pp.3327-3334
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• 2021

Present electric grids are advanced to integrate smart grids, distributed resources, high-speed sensing and control, and other advanced metering technologies. Cybersecurity is one of the challenges of the smart grid and nuclear plant digital system. It affects the advanced metering infrastructure (AMI), for grid data communication and controls the information in real-time. The research article is emphasized solving the nuclear and smart grid hardware security issues with the integration of field programmable gate array (FPGA), and implementing the latest Time Authenticated Cryptographic Identity Transmission (TACIT) cryptographic algorithm in the chip. The cryptographic-based encryption and decryption approach can be used for a smart grid distribution system embedding with FPGA hardware. The chip design is carried in Xilinx ISE 14.7 and synthesized on Virtex-5 FPGA hardware. The state of the art of work is that the algorithm is implemented on FPGA hardware that provides the scalable design with different key sizes, and its integration enhances the grid hardware security and switching. It has been reported by similar state-of-the-art approaches, that the algorithm was limited in software, not implemented in a hardware chip. The main finding of the research work is that the design predicts the utilization of hardware parameters such as slices, LUTs, flip-flops, memory, input/output blocks, and timing information for Virtex-5 FPGA synthesis before the chip fabrication. The information is extracted for 8-bit to 128-bit key and grid data with initial parameters. TACIT security chip supports 400 MHz frequency for 128-bit key. The research work is an effort to provide the solution for the industries working towards embedded hardware security for the smart grid, power plants, and nuclear applications.

• International Journal of Control, Automation, and Systems
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• 제4권5호
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• pp.567-574
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• 2006

This paper presents the hardware implementation of a neural network controller for a nonlinear system with a micro-controller unit (MCU) and a field programmable gate array (FPGA) chip. As an on-line learning algorithm of a neural network, the reference compensation technique has been implemented on an MCU, while PID controllers with other functions such as counters and PWM generators are implemented on an FPGA chip. Interface between an MCU and a field programmable gate array (FPGA) chip has been developed to complete hardware implementation of a neural controller. The developed neural control hardware has been tested for balancing the inverted pendulum while controlling a desired trajectory of a cart as a nonlinear system.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제13권12호
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• pp.1153-1159
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• 2007

This paper presents the hardware implementation of nonlinear PID controllers for the ROBOKER humanoid robot arms. To design the nonlinear PID controller on an FPGA chip, nonlinear functions as well as the conventional PID control algorithm have to be implemented by the hardware description language. Therefore, nonlinear functions such as trigonometric or exponential functions are designed on an FPGA chip. Simulation studies of the position control of humanoid arms are conducted and results are compared. Superior performances by the nonlinear PID controllers are confirmed when disturbances are present. Experiments of humanoid robot arm control tasks are conducted to confirm the performance of our hardware design and the simulation results.