본 논문에서는 전류모드 CMOS의 기본회로를 이용해 다치 논리(Multiple-Valued Logic) 연산기를 설계하고자 한다. 우선, 2진(Binary)FFT(Fast Fourier Transform)를 확장해 다치 논리회로를 이용해서 고속 다치 FFT 연산기를 구현하였다. 다치 논리회로를 이용해서 구현한 FFT연산은 기존의 2치 FFT과 비교를 해 본 결과 상당히 트랜지스터의 수를 줄일 수 있으며 회로의 간단함을 알 수가 있었다. 또한, 캐리 전파 없는 가산기를 구현하기 위해서 {0,1,2,3}의 불필요한(Redundant) 숫자 집합을 이용한 양의 수 표현을 FFT회로에 내부적으로 이용하여 결선의 감소와 VLSI 설계시 정규성과 규칙성으로 효과적이다. FFT승산을 위해서는 승산기의 연산시간과 면적을 다치 LUT(Look Up Table)로 이용해 승산의 역할을 하였다. 마지막으로 이진시스템(Bin system)과의 호환을 위해 다치 하이브리드형 FFT 프로세서를 제시하여 2진4치 부호기와 4치 2진 복호기 및 전류모드 CMOS회로를 사용하여 상호 호환성을 갖도록 설계를 하였다.
This paper describes 16-point FFT processor using systolic array and its implementation into VLSI. Designed FFT processor executes FFT/IFFT arithmetic under mode control and consists of cell array, array controller and input/output buffer memory. For design for testibility, we added built-in self test circuit into designed FFT processor. To verify designed 16-point FFT processor, logic simulation was performed by YSLOG on MICRO-VAXII. From the simulation results, it is estimated that the proposed FFT processor can perform 16-point FFT in about 4400[ns].
본 논문에서는 방대한 양의 데이터를 실시간으로 처리하기 위한 병렬 디지털 신호처리시스템을 제안하고 성능을 분석한다. 병렬 디지털 신호처리시스템의 성능분석은 FFT를 대상으로 하여 FFT의 알고리즘에 기반한 성능분석, FFT 소스코드에 기반한 성능분석, 그리고 확률적 분석에 의한 성능분석 등 세 가지의 서로 다른 분석방법을 사용하였다. 성능분석 결과, FFT를 대상으로 한 버스 기반의 시스템에서는 네 개의 프로세서로 구성된 단일 보드 시스템이 가장 우수한 성능을 보였다. 이것은 FFT처럼 프로세서간 또는 보드간에 데이터 교환이 많은 응용 프로그램에서는 통신부담이 증가하여 시스템의 전체 성능을 저하시키기 때문이다. 그러나 보드간 연결에 사용하는 버스의 수가 늘어남에 따라 시스템의 성능도 선형적으로 증가함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 32768-point FFT에서 radix-2에 기반한 구조들을 비교한다. Radix-2에 기반한 radix-$2^k$ 구조들은 버터플라이가 단순하면서 곱셈기의 수를 줄일 수 있어서 많이 이용되고 있다. 본 논문에서는 근래에 많이 연구되고 있는 ultra-long FFT 중 대표적인 32768-point FFT에 대해 다양한 radix-$2^k$ 구조를 적용하였다. 합성했을 때의 복잡도와 SQNR 성능을 비교한 결과 radix-$2^4$ 구조가 가장 적합함을 보였다.
본 논문에서는 유럽형 DTV용 FFT를 설계하고 Stratix EP1S25F672C6 FPGA를 이용하여 구현하였다. SIC 구조를 사용하여 FFT를 구현하였으며, 사용된 SIC 구조는 특정 알고리즘 처리 연산을 수행하기 위한 처리기와 RAM 메모리, 레지스터들과 전체 블록 및 부분 블록의 동작을 통제하기 위한 조정기로 구성된다. 디자인된 FFT는 DVB-T 표준사양을 만족하도록 2K/8K FFT 연산을 처리 가능하며, 선택적으로 1/4, 1/8, 1/16, 1/32의 4가지 보호구간 모드를 모두 지원한다. 구현된 FFT는 사용된 Stratix FPGA에 전체 로직의 12%, 전체 메모리의 53%를 사용한다.
본 논문은 MPEG 오디오 부호화 과정 중 심리음향모델(PAM: Psychoacoustic Model)에 사용되는 FFT를 효율적으로 계산할 수 있는 방법을 제안한다. MPEG 오디오 부호화 과정 중 심리음향 모델 연산은 많은 연산량을 차지하며, 부호화의 실시간 및 저 전력 구현을 위해서는 이의 최적화가 요구된다. 최적화를 위하여 제안하는 알고리듬은 심리음향모델에서 사용하는 입력신호에 대한 1024-샘플 FFT 대신에 서브밴드과정에서 나온 각각의 32개의 밴드에 대하여 32-샘플 FFT를 함으로써 1024-샘플 FFT의 효과를 얻는데 있다. 이때 서브밴드과정을 거친 신호에 대한 FFT에는 에일리어징이 발생하며 이를 줄이기 위하여 버터플라이 구조의 에일리어징 제거블록을 제안한다. 제안한 알고리듬으로 심리음향모델을 구현할 경우 SMR이 약 1dB이내의 오차를 가지며, 기존 알고리듬에 비해 절반의 연산량으로 심리음향 모델을 위한 FFT 스펙트럼을 얻을 수 있다.
이 논문에서는 OFDM시스템에서 가장 큰 칩 면적을 차지하고 높은 전력을 요구하는 핵심 연산 블록인 FFT에 대하여 파이프라인 Radix-4 MDC 방식의 저면적 구조를 제안하였다. 나비연산기에서 Twiddle factor 복소 곱셈연산을 수행할 때, 기존의 곱셈기를 사용하지 않고 CSD형 계수의 공통패턴을 공유하여 덧셈의 수를 줄일 수 있는 Common sub-expression sharing 방식과 CORDIC 알고리즘을 사용하여 구현 면적을 감소시켰다. 제안구조는 Verilog-HDL을 통해 모델링하고 Synopsys로 논리합성한 결과 기존구조와 비교하여 복소곱셈부는 48.2%감소효과, 전체 FFT구조는 22.1%의 면적 감소효과를 달성하였다. 따라서 제안된 FFT구조는 다양한 크기의 FFT를 사용하는 OFDM용 시스템에 효율적으로 사용될 수 있는 구조임을 보였다.
고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)은 다양한 응용처에서 널리 사용되는 주요 신호처리 블록이다. 일반적으로 1024 포인트 이상의 긴 FFT 처리의 경우 높은 SQNR(Signal-to-Quantization Ratio)를 유지하면서도 낮은 하드웨어 복잡도의 구현이 매우 중요하다. 본 논문에서는 낮은 복잡도의 FFT 알고리즘과 간단한 동적스케일링 기법을 제시한다. 이를 통해 2048 포인트 FFT연산에 대해서 널리 알려진 radix-2 알고리즘에 비해 곱셉기의 수를 절반으로 줄일 수 있으며, 또한 twiddle factor를 저장하기 위해 필요한 테이블의 크기를 radix-2 및 radix-22 알고리즘에 비해 각각 35% 및 53%로 축소할 수 있다. 그리고 내부 데이터의 폭을 점진적으로 늘리지 않고서도 55dB 이상의 높은 SQNR을 달성하는 것을 확인하였다.
최근 신호처리, 암호학 등 다양한 분야에서 FFT(Fast Fourier Transform)의 활용이 증가함에 따라 최적화 연구의 중요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 하드웨어를 사용하여 radix-2 16 points FFT 알고리즘을 기존 연구들보다 빠르고 효율적으로 처리하는 가속기 구현 연구에 대해 기술한다. FPGA가 갖는 병렬처리 및 파이프라이닝 등의 하드웨어 이점을 활용하여 PL(Programmable Logic) 파트에서 Verilog 언어를 통해 FFT Logic을 설계 및 구현한다. 이후 PL 파트에서의 처리 시간 비교를 위해 PS(Processing System) 파트에서 Zynq 프로세서만을 사용하여 구현 후, 연산 시간을 비교한다. 또한 관련 연구와의 비교를 통해 본 구현 방법의 연산 시간 및 리소스 사용의 효율성을 보인다.
본 논문에서는 전류모드 CMOS의 기본회로를 이용해 다치 논리(Multiple Valued Logic) 연산기를 설계하고자 한다. 우선, 2진(binary)FFT(Fast courier Transform)를 확장해 다치 논리회로를 이용해서 고속 다치 FFT 연산기를 구현하였다. 다치논리회로를 이용해서 구현한 FFT연산은 기존의 2치 FFT과 비교를 해 본 결과 트랜지스터의 수를 상당히 줄일 수 있으며 회로의 간단함을 알 수가 있었다. 또한, 캐리 전파 없는 가산기론 구현하기 위해서 {0, 1, 2, 3}의 불필요한(redundant) 숫자 집합을 이용한 양의 수 표현을 FFT회로에 내부적으로 이용하여 결선의 감소와 VLSI 설계시 정규성과 규clr성으로 효과적이다. FFT 승산을 위해서는 승산기의 연산시간과 면적을 다치 LUT(Look Up Table)로 이용해 승산의 역할을 하였다. 마지막으로 이진시스템(binary system)과의 호환을 위해 다치 하이브리드형 FFT 프로세서를 제시하여 2진 4치 부호기와 4치 2진 복호기 및 전류모드 CMOS회로를 사용하여 상호 호환성을 갖도록 설계를 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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