Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.24
no.2
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pp.268-275
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2020
A lightweight hardware design of self-timed ring based true random number generator (TRNG) suitable for information security applications is described. To reduce hardware complexity of TRNG, an entropy extractor with feedback structure was proposed, which minimizes the number of ring stages. The number of ring stages of the FSTR-TRNG was determined to be a multiple of eleven, taking into account operating clock frequency and entropy extraction circuit, and the ratio of tokens to bubbles was determined to operate in evenly-spaced mode. The hardware operation of FSTR-TRNG was verified by FPGA implementation. A set of statistical randomness tests defined by NIST 800-22 were performed by extracting 20 million bits of binary sequences generated by FSTR-TRNG, and all of the fifteen test items were found to meet the criteria. The FSTR-TRNG occupied 46 slices of Spartan-6 FPGA device, and it was implemented with about 2,500 gate equivalents (GEs) when synthesized in 180 nm CMOS standard cell library.
This work describes the design and characterization of a Ku-band monolithic microwave integrated circuit (MMIC) power amplifier (PA) for satellite communication applications. The device technology used relies on 0.25 ㎛ gate length gallium arsenide (GaAs) pseudomorphic high electron mobility transistor (PHEMT) of wireless information networking (WIN) semiconductor foundry. The developed Ku-band PHEMT MMIC power amplifier has a small-signal gain of 22.2~23.1 dB and saturated output power of 34.8~35.4 dBm over the entire band of 13.75 to 14.5 GHz. Maximum saturated output power is a 35.4 dBm (3.47 W) at 13.75 GHz. Its power added efficiency (PAE) is 30.6~37.83% and the chip dimensions are 4.4 mm×1.9 mm. The developed 3 W PHEMT MMIC power amplifier is expected to be applied in a variety of Ku-band satellite communication applications.
This paper describes a design of high performance modular multiplier that is essentially used for elliptic curve cryptography. Our modular multiplier supports modular multiplications for five field sizes over GF(p), including 192, 224, 256, 384 and 521 bits as defined in NIST FIPS 186-2, and it calculates modular multiplication in two steps with integer multiplication and reduction. The Karatsuba-Ofman multiplication algorithm was used for fast integer multiplication, and the Lazy reduction algorithm was adopted for reduction operation. In addition, the Nikhilam division algorithm was used for the division operation included in the Lazy reduction. The division operation is performed only once for a given modulo value, and it was designed to skip division operation when continuous modular multiplications with the same modulo value are calculated. It was estimated that our modular multiplier can perform 6.4 million modular multiplications per second when operating at a clock frequency of 32 MHz. It occupied 456,400 gate equivalents (GEs), and the estimated clock frequency was 67 MHz when synthesized with a 180-nm CMOS cell library.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.18
no.6A
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pp.39-49
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2008
AEA and ARIA are next generation standard block cipher of US and Korea, respectively, and these algorithms are used in various fields including smart cards, electronic passport, and etc. This paper addresses the first efficient unified hardware architecture of AES and ARIA, and shows the implementation results with 0.25um CMOS library. We designed shared S-boxes based on composite filed arithmetic for both algorithms, and also extracted common terms of the permutation matrices of both algorithms. With the $0.25-{\mu}m$ CMOS technology, our processor occupies 19,056 gate counts which is 32% decreased size from discrete implementations, and it uses 11 clock cycles and 16 cycles for AES and ARIA encryption, which shows 720 and 1,047 Mbps, respectively.
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.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.6
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pp.850-858
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2022
To deploy Gate Recurrent Units (GRU) on resource-constrained embedded devices, this paper presents a reconfigurable FPGA-based GRU accelerator that enables structured compression. Firstly, a dense GRU model is significantly reduced in size by hybrid quantization and structured top-k pruning. Secondly, the energy consumption on external memory access is greatly reduced by the proposed reuse computing pattern. Finally, the accelerator can handle a structured sparse model that benefits from the algorithm-hardware co-design workflows. Moreover, inference tasks can be flexibly performed using all functional dimensions, sequence length, and number of layers. Implemented on the Intel DE1-SoC FPGA, the proposed accelerator achieves 45.01 GOPs in a structured sparse GRU network without batching. Compared to the implementation of CPU and GPU, low-cost FPGA accelerator achieves 57 and 30x improvements in latency, 300 and 23.44x improvements in energy efficiency, respectively. Thus, the proposed accelerator is utilized as an early study of real-time embedded applications, demonstrating the potential for further development in the future.
In this paper, an automotive ECU (electronic control unit) with Kalman filter accelerator is designed and implemented. RISC-V is exploited as a processor core. Accelerator for Kalman filter matrix operation, CAN (controller area network) controller for in-vehicle network, and LIN (local interconnect network) controller are designed and embedded. Kalman filter operation consists of time update process and measurement update process. Current state variable and its error covariance are estimated in time update process. Final values are corrected from input measurement data and Kalman gain in measurement update process. Usually floating-point multiplication is exploited in software implementation, but fixed-point multiplier considering accuracy analysis is exploited in this paper to reduce hardware area. In 28nm silicon fabrication, its operating frequency, area, and gate counts are 100MHz, 0.37mm2, and 760k gates, respectively.
The field-programmable gate array (FPGA) is gaining popularity in industrial automation such as nuclear power plant instrumentation and control (I&C) systems due to the benefits of having non-existence of operating system, minimum software errors, and minimum common reason failures. Separate functions can be processed individually and in parallel on the same integrated circuit using FPGAs in comparison to the conventional microprocessor-based systems used in any plant operations. The use of FPGAs offers the potential to minimize complexity and the accompanying difficulty of securing regulatory approval, as well as provide superior protection against obsolescence. Wireless sensor networks (WSNs) are a new technology for acquiring and processing plant data wirelessly in which sensor nodes are configured for real-time signal processing, data acquisition, and monitoring. ZigBee (IEEE 802.15.4) is an open worldwide standard for minimum power, low-cost machine-to-machine (M2M), and internet of things (IoT) enabled wireless network communication. It is always a challenge to follow the specific topology when different Zigbee nodes are placed in a large network such as a plant. The research article focuses on the hardware chip design of different topological structures supported by ZigBee that can be used for monitoring and controlling the different operations of the plant and evaluates the performance in Vitex-5 FPGA hardware. The research work presents a strategy for configuring FPGA with ZigBee sensor nodes when communicating in a large area such as an industrial plant for real-time monitoring.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.23
no.1
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pp.177-182
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2023
The Act on the Promotion of Mobility for the Transportation Vulnerable stipulates that the transportation vulnerable should be able to enjoy convenience when using public transportation. However, this law is not being implemented properly enough to bring up a petition saying, "Please allow the visually impaired to take a bus." Even if you try to use a call taxi for the disabled instead of public transportation, you have to apply and wait two to three hours. Therefore, this paper aims to design and implement systems for the vulnerable and their guardians, such as increasing the opening time of the ticket gate more than usual if the cane rings a notification on the bus and subway station designated using Bluetooth. Accordingly, it is expected to bring about effects such as the availability of public transportation, economic savings, safety guarantees, and prevention of missing children for the vulnerable.
Byeong-Ok, Lim;Joo-Seoc, Go;Keun-Kwan, Ryu;Sung-Chan, Kim
Journal of IKEEE
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v.26
no.4
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pp.722-727
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2022
In this paper, we present the design and characterization of a power amplifier (PA) monolithic microwave integrated circuit (MMIC) in the X-band. The device is designed using a 0.25 ㎛ gate length AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) on SiC process. The developed X-band AlGaN/GaN power amplifier MMIC achieves small signal gain of over 21.6 dB and output power more than 46.11 dBm (40.83 W) in the entire band of 9 GHz to 10 GHz. Its power added efficiency (PAE) is 43.09% ~ 44.47% and the chip dimensions are 3.6 mm × 4.3 mm. The generated output power density is 2.69 W/mm2. It seems that the developed AlGaN/GaN power amplifier MMIC could be applicable to various X-band radar systems operating X-band.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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