• 전자공학회논문지
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• 제51권11호
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• pp.83-93
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• 2014

최근 수년간 전기적 상호 연결 (electrical interconnect, EI) 기반 네트워크-온-칩 (Network-on-Chip, NoC) 에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 궁극적으로 금속 배선은 대역폭, 응답 시간(latency), 전력 소모 등에서 물리적 한계에 직면할 것으로 예상된다. 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 기술 발전으로 광학적 상호 연결(optical interconnect, OI)을 결합한 하이브리드 광학 네트워크-온-칩(Hybrid Optical NoC, HONoC)이 이러한 문제를 극복하기 위한 유망한 해결책으로 부각되고 있다. 한편 시스템-온-칩(System-on-Chip, SoC)은 높은 에너지 효율을 위하여 이기종 멀티 코어(Heterogeneous multi-core)로 구성되고 있어서 정형화된 토폴로지 기반 NoC 아키텍처의 확장이 필요하다. 본 논문에서는 타깃 애플리케이션 트래픽 특성을 고려한 에너지 및 응답 시간 최적화 하이브리드 광학 네트워크-온-칩의 토폴로지 설계 기법을 제안한다. 유전자 알고리즘을 이용하여 구현하였고, 실험 결과 평균 전력손실은 13.84%, 평균 응답 시간은 28.14% 각각 감소하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권2호
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• pp.86-94
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• 2007

네트워크-온-칩(NoC, network-on-chip) 기술은 SoC (system-on-a-chip) 설계에서 증가되는 온칩 통신의 복잡성을 해결하고 높은 확장성을 제공할 수 있는 기술이다. NoC를 이용한 설계는 많은 수의 IP들과 통신 네트워크들을 사용하기 때문에 동작이 복잡하고 설계 공간이 커서 많은 전력을 소모 한다. 그러나 기존의 분석적인 방법은 NoC응용의 큰 설계 공간 및 동작의 복잡성에 비해 상대적으로 간소화된 모델을 사용하여 현실적인 설계요소를 반영하지 못하거나 복잡한 시뮬레이션에 따른 많은 노력 및 시간 요구로 사용에 많은 제약이 있었다. 따라서 본 논문에서는 현실적이고 정확한 NoC의 전력 소모 분석을 위해 FPGA 프로토타입(prototype)을 개발하고 이에 대한 전력 소모를 분석을 할 수 있는 싸이클별 전력 소모 측정 기법 및 도구를 소개한다. 또한 사례 연구로서 NoC기술을 이용한 JPEG 압축기를 구현하고 이에 대한 전력 소모를 분석하여 그 효용성을 입증한다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권6호
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• pp.832-841
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• 2016

The voltage-frequency island (VFI) design paradigm has strong potential for achieving high energy efficiency in communication centric manycore system-on-chip (SoC) design called network-on-chip (NoC). However, because of the diminished scaling of wire-dimension and supply voltage as well as threshold voltage in modern CMOS technology, the vulnerability to link failure in VFI NoC is becoming a crucial challenge. In this paper, we propose an energy-optimized topology generation technique for VFI NoC to cope with permanent link failures. Based on the energy consumption model, we exploit the on-chip communication traffic patterns and characteristics of link failures in the early design stage to accommodate diverse applications and architectures. Experimental results using a number of multimedia application benchmarks show the effectiveness of the proposed three-step custom topology generation method in terms of energy consumption and latency without any degradation in the fault coverage metric.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제32권9호
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• pp.465-474
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• 2005

고집적 SoC 설계시에 버스방식의 온칩 통신은 대역폭이 제한되는 문제점이 있고 NoC (Network-on-Chip) 방식에서는 구현의 복잡도가 증가하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 극복하는 새로운 온칩 통신 규격인 SNP(Soc Network Protocol)를 소개한다. SNP는 기존 버스의 신호선들을 세 가지 그룹인 제어(control), 주소(address), 데이타(data)로 나눈 뒤 하나의 채널을 통해 전송함으로써 신호선의 수를 줄인다. SNP 채널은 대칭구조로 사용되기 때문에 마스터-슬레이브 통신 방식뿐만 아니라 마스터-마스터 통신도 효율적으로 지원한다. 하나의 전송에 필요한 신호 그룹의 진행 규칙을 SNP 규격으로 정의하고, 동일한 정보가 반복적으로 전달되는 것을 방지하는 페이즈 복원 기능을 제안하여 통신대역을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다. 산업계 표준 규격인 AMBA AHB와 비교한 결과 멀티미디어 타입의 데이타 전송시에 $54\%$의 신호선수만으로도 대등한 대역폭을 지원할 수 있음을 보인다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권8호
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• pp.80-88
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• 2007

매우 복잡한 시스템의 보다 효율적인 설계를 위한 차세대 SoC를 위해 중요한 것은 시스템의 고적용성과 고확장성이다. 이를 위해 최근 들어 급속히 관심이 높아지는 것이 계산 모듈중심의 시스템 설계를 탈피하여 통신 중심으로 시스템 설계를 보는 communication-based 설계 방법론이며, 그 중 대표적으로 많은 관심을 모으고 있는 것이 Network-on-Chip (NoC)이다. 이는 모듈간의 직접적인 연결에 의한 데이터의 통신 구조를 가진 일반적인 SoC 설계에서의 취약한 확장성과 통신 구조의 고정성을 극복하기 위해, 데이터를 패킷화하고, 이를 네트워크 인터페이스 및 라우터에 의한 가변적인 구조에 의해 전송함으로써 통신 구조의 적용성과 확장성을 제공하려는 노력이다. 하지만 확장성과 적용성에 치중하다 보면 성능과 면적에 대한 비용이 너무 커져서 실제로 기존의 연결 방법과 비교하여 실용성이 없을 수 있다. 그래서 본 연구에서는 통신 패턴의 면밀한 분석을 통하여 매우 성능에 중요하고 또 빈번한 통신 패턴에 대해서는 기존의 연결 방식을 고수하면서, 전체적인 연결성 및 확장성을 유지하는 알고리즘을 제시한다. 이 방법을 통해서 최소 30%의 네트워크 인터페이스 및 라우터 구조가 훨씬 간단한 구조로 바뀔 수 있었으며, 이로 인한 연결성 (connectivity) 및 확장성에 대한 손실은 거의 없었다. 시뮬레이션 결과에 의하면 통신 구조의 최적화를 통해서 연결에 소요되는 시간적 성능은 49.19% 향상되었고 면적의 측면에서도 24.03% 향상되었음이 입증되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.117-123
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• 2008

본 논문에서는 규칙적인 형태의 NoC 중 mesh 구조를 기반으로 한 어플리케이션 코어 매핑 알고리즘 연구 내용을 소개한다. 제안된 알고리즘은 ant colony optimization(ACO) 기법을 이용하여 주어진 SoC 내장 코어 및 NoC 특성 정보를 대상으로 가장 효과적인 코어 배치 결과를 도출한다. 설계 목적으로 사용된 네트워크 지연 시간 측정을 위해 평균 흡수 계산 결과를 이용하였으며 제한 조건으로는 NoC 대역폭을 기준으로 하였다. 12개의 코어로 구성되는 실제 기능 블럭을 대상으로 실험한 결과 계산 시간이나 매핑 결과 모두 우수함을 확인할 수 있었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제34권8B호
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• pp.812-821
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• 2009

본 논문은 다양한 멀티미디어 어플리케이션을 수행하는 hybrid NoC 시스템을 위한 새로운 동적 재구성 가능한 스위치를 제안한다. 기존의 고정된 스위치와 job 분배 알고리듬을 사용하는 hybrid NoC 구조는 효과적인 동작을 위하여 해당 NoC 시스템에서 수행될 어플리케이션을 정확히 예측해야 한다. 본 논문은 NoC 시스템에서 수행되는 다양한 멀티미디어 어플리케이션에 대하여 버퍼 오버플로우를 최소화할 수 있는 재구성 가능한 스위치 구조를 제안한다. 제안된 시스템의 검증을 위하여 임베디드 시스템에서 사용되는 다양한 멀티미디어 어플리케이션 중 MPEG4 동영상 재생, MP3재생, GPS 위치 계산, OFDM 복조를 대상으로 실험하였다. 버퍼 오버플로우는 단일구조의 서브 클러스터로 mesh 토폴로지와 star 토폴로지를 갖는 NoC와 비교하여 각각 평균 41.8%와 29.0%의 감소를 보인다. 전력 소모에서는 고정된 스위치를 사용한 hybrid NoC 구조와 비교하여 평균 2.3%의 증가를 보인다. 면적에서는 서브 클러스터의 구조에 따라 -0.6% ${\sim}$ 5.7% 의 증가를 보인다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.459-461
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• 2022

Network-on-Chip (NoC) 이 오프칩 네트워크 기반의 기존 병렬처리 시스템과 가장 크게 다른 점은 데이터 패킷 라우팅을 중앙 제어 방식(Centralized control scheme)으로 수행한다는 점이다. 이러한 환경에서 Best-effort 패킷 라우팅 문제는 데이터 패킷이 해당 코어에 도달 및 처리되는 시간을 Cost 로 하는 실시간 최소화 할당 문제(Assignment problem)가 된다. 본 논문에서는 할당 문제의 선형 대수 방정식에 대한 대표적인 연산 복잡도 저감 알고리즘인 헝가리안 알고리즘을 하드웨어 가속기 형태로 구현하였다. TSMC 0.18um 표준 셀라이브러리를 이용하여 논리 합성한 결과 헝가리안 알고리즘의 연산과정을 그대로 구현한 하드웨어 회로보다 Cost 분포에 대한 Case 분석을 통하여 구현한 것이 면적은 약 16%, Propagation delay는 약 52% 감소한 것으로 나타났다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권2호
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• pp.93-100
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• 2008

본 논문에서는 NoC 기반 SoC의 테스트 시간을 감소시키기 위하여 NoC를 TAM으로 재활용하는 구조를 바탕으로 하는 새로운 형태의 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 제안한 방식에서는 기존 연구된 NoC 테스트 플랫폼을 사용하여 스케줄링 문제를 rectangle packing 문제로 변환하고 이를 simulated annealing(SA) 기법을 적용하여 향상된 스케줄링 결과를 유도한다. ITC'02 벤치회로를 이용한 실험 결과 제안한 방법이 기존 방법에 비해 최대 2.8%까지 테스트 시간을 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권8호
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• pp.22-30
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• 2009

네트워크 온 칩 (Network-on-Chip, NoC) 기술은 기존 시스템-온-칩(System-on-Chip, SoC) 설계에서 IP 블록 수 증가와 이에 수반된 상호 연결 네트워크 복잡화 및 데이터 대역폭 제한 등의 문제점을 해결하기 위한 새로운 설계 패러다임이다. 더불어 동작 주파수 증가에 따른 급격한 전력 소모 클럭 신호의 분배와 동기화 문제 역시 중요한 이슈이며, 이에 대한 대안으로 광역적으로는 비동기, 국부적으로는 동기식 (Globally Asynchronous Locally Synchronous, GALS) 인 시스템 설계 방법론이 저전력 기술과 결합되어 에너지 소모를 줄이고 모듈적인 설계를 위해서 고려되어 왔다 GALS 방식의 설계 스타일은 정밀한 시스템 수준 전력 관리를 적용하기 위해 최근 소개되고 있는 전압 주파수 구역 (Voltage-Frequency-Island, VFI) 의 개념과 매우 잘 어울린다. 본 논문에서는 VFI를 적용한 NoC 시스템에서 최적의 전압선택을 통해 에너지 소모를 최소화하는 효율적인 알고리즘을 제시한다. 최적의 코어(또는 처리 소자) 전압과 VFI를 찾기 위해 통신량을 고려한 코어 그래프 분할, 통신-경쟁 시간을 고려한 타일 매핑, 전력 변화량을 고려한 코어의 동적 전압 조절 그리고 효율적인 VFI 병합 및 VFI 동적 전압 재 조절을 포함한다. 본 논문에서 제안한 설계 방법론은 기존 연구결과 대비 평균적으로 10.3%의 에너지 효율 향상이 있다는 것을 실험 결과를 통해 보여준다.