• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권1호
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• pp.68-75
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• 2009

최근 마이크로프로세서의 성능이 빠르게 향상됨에 따라 주 메모리의 접근 시간이 증가하고 있어 캐쉬의 필요성이 증대되고 있다. 직접사상 캐쉬는 주 메모리의 각각의 블록이 하나의 캐쉬 라인에 사상되는 구조로서 사상되는 규칙이 간단하지만 서로 다른 블록이 하나의 캐쉬 라인에 사상될 경우 블록의 충돌에 의한 접근 실패율이 집합연관 캐쉬에 비해 높아진다. 본 논문에서는 OpenRISC 코어의 직접사상의 단점을 개선하기 위해 사원 집합연관 캐쉬 구조를 제시한다. 제시한 캐쉬는 주 메모리의 네 개의 블록이 하나의 캐쉬 라인에 사상되는 구조로서 직접사상 캐쉬에 비해 접근 실패율이 감소한다. 또한 라인 교체 방식으로 Pseudo-LRU 방식을 채택하여 LRU 정보를 저장하는 비트 수를 감소시켰다. FPGA 에뮬레이션을 이용하여 사원 집합연관 캐쉬를 포함한 OpenRISC 코어를 검증하였고, 테스트 프로그램을 이용하여 성능을 측정한 결과, 사원 집합연관 캐쉬를 포함한 OpenRISC 코어의 성능이 기존의 OpenRISC 코어의 성능에 비해 약 50% 향상되었고, 미스율은 15%이상 감소하였다.

• 스마트미디어저널
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• 제3권4호
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• pp.9-15
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• 2014

버츄얼 플랫폼은 SoC를 구성하는 프로세서 코어 및 주변장치들을 소프트웨어로 모델링한 것으로, 현재 국내외 대기업에서는 버츄얼 플랫폼을 활용한 Top-Down 설계 플로우를 기반으로 최적 SW+SoC 융합시스템 구조 설계 및 IP 재활용을 통해 개발한 다양한 플랫폼을 제품 개발에 활용하고 있다. 본 논문에서는 오픈 IP인 OpenRISC 프로세서 코어 기반의 버츄얼 플랫폼을 제안한다. 제안된 버츄얼 플랫폼은 타겟 코드를 호스트 코드로 변환하여 수행하는 코드 변환 기법을 사용하여 약 20 MIPS 급의 고속 에뮬레이션을 지원한다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제17권10호
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• pp.11-23
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• 2012

본 논문에서는 OpenRISC 프로세서의 코드 크기를 저감하는 새로운 압축 명령어 집합 구조를 제시한다. 새로운 명령어와 형식은 기존 명령어들의 사용 빈도와 용법에 대한 프로파일 정보에 의해 결정된다. 제시된 기법에서는 기존의 32비트 명령어들과 연속적인 명령어들을 각각 대체하는 새로운 16비트 명령어와 32비트 명령어를 도입한다. 제시된 명령어는 세 유형으로 분류할 수 있다. 첫 번째는 사용 빈도가 높은 기존의 덧셈, 로드, 저장, 분기 명령어 등의 32비트 명령어들을 대체하는 새로운 16비트 명령어들이다. 두 번째 유형은 사용 빈도가 높은 두 개의 연속적인 로드 명령어, 두 개의 연속적인 저장 명령어, 32비트 데이터 이동 명령어를 압축하는 새로운 32비트 명령어들이다. 마지막으로 함수 프롤로그와 에필로그 명령어들을 각각 하나로 압축하는 두 개의 새로운 32비트 명령어가 제시된다. 추가된 명령어들을 디코딩하기 위해서 OpenRISC 하드웨어 디코더 부분이 확장된다. OpenRISC 1200프로세서에서 실험을 수행한 결과, 성능 저하 없이 30.4%의 코드 크기를 절감한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.453-461
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• 2010

본 논문에서는 임베디드 RISC 코어의 성능 및 전력 소모 개선을 위해 동적 분기예측 구조, 4원 집합연관 캐쉬 구조, ODC 연산을 이용한 클록 게이팅 기법을 제시한다. 동적 분기 예측 구조는 분기 명령에 대해 다음에 실행될 명령에 대한 예측 주소를 저장하는 BTB (Branch Target Buffer)를 사용한다. 4원 집합연관 캐쉬는 네 개의 메모리 블록을 한 개의 캐쉬 블록에 사상되는 구조로서 직접사상 캐쉬에 비해 접근 실패율이 낮고 라인 교체 방식으로 Pseudo-LRU 방식을 채택하여 LRU 정보를 저장하는 비트 수를 감소시킨다. ODC를 이용한 클록게이팅 기법은 논리합성 개념인 무관조건의 입출력 ODC 조건을 찾아 클록 게이팅 로직을 삽입함으로써 동적 소비전력을 줄인다. 제시한 구조들을 임베디드 RISC 코어인 OpenRISC 코어에 적용하여 성능을 측정한 결과, 기존 OpenRISC 코어 대비 실행시간이 약 29% 향상 되었고, Chartered $0.18{\mu}m$ 라이브러리를 이용하여 동적 전력을 측정한 결과, 기존 OpenRISC 코어 대비 소비전력이 16% 이상 감소하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.239-245
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• 2019

RISC-V는 프로세서의 혁신을 위하여 개방형 표준 협력을 통하여 개발된 무료이며 개방된 명령어집합 아키텍처 프로세서이다. 산업체와 학계의 협동으로 태동한 RISC-V는 프로세서 구조에 새로운 수준의 하드웨어 및 소프트웨어의 자유를 가져다주면서 확장 가능하기 때문에, 향후 50 년의 컴퓨터 설계와 혁신에 견인차 역할을 할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 RISC-V가 개발되고 도입됨에 따라, 산술논리, 메모리, 분기, 제어 및 상태레지스터, 환경호출 및 중단점으로 구성된 명령어 아키텍처를 고찰하고 특징을 살펴보았다. 또한 Verilog를 이용하여 설계된 RISC-V 프로세서를 ModelSim으로 모의실행하고 Quartus-II로 합성한 결과, RISC-V의 38 개 명령어를 성공적으로 수행할 수 있었다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 추계종합학술대회 B
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• pp.281-284
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• 2008

본 논문에서는 멀티미디어 SoC 플랫폼의 ASIC 설계에 대해 기술한다. 구현된 플랫폼은 32비트 OpenRISC1200 마이크로프로세서, WISHBONE 온 칩 버스, VGA 제어기, 디버그 인터페이스, SRAM 인터페이스 및 UART로 구성된다. 32 비트 OpenRISC1200 프로세서는 명령어 버스와 데이터 버스가 분리된 하버드 구조와 5단 파이프라인 구조를 가지고 VGA 제어기는 메모리로부터 읽은 이미지 파일에 대한 데이터를 RGB 값으로 CRT 혹은 LCD에 출력한다. 디버그 인터페이스는 플랫폼에 대한 디버깅 기능을 지원하고 SRAM 인터페이스는 18비트 어드레스 버스와 32비트 데이터 버스를 지원한다. UART는 RS232 프로토콜을 지원하는 시리얼 통신 기능을 제공한다. 본 플랫폼은 Xilinx VIRTEX-4 XC4VLX80 FPGA에 설계 및 검증되었다. 테스트 코드는 크로스 컴파일러로 생성되었고 JTAG 유틸리티 소프트웨어와 gdb를 이용하여 패러럴 케이블을 통해 FPGA 보드로 다운로드 하였다. 이 플랫폼은 최종적으로 Chartered 0.18um 공정을 이용하여 단일 ASIC 칩으로 구현 되었으며 100MHz 클록에서 동작함을 확인하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제23권5호
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• pp.115-121
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• 2023

RISC-V는 오픈소스 명령어집합 아키텍처로, 누구나 자유롭게 RISC-V 마이크로프로세서를 설계하고 구현할 수 있다. 본 논문에서는 RISC-V 아키텍처를 설계하고 시뮬레이션한 후, FPGA에 구현 및 합성하고 로직아날라이저(ILA)를 이용하여 검증하였다. RISC-V 코어는 SystemVerilog로 작성되어 효율적인 설계와 높은 재사용성을 나타내며, 다양한 응용 분야에서 사용 가능하다. Vivado를 사용하여 Ultra96-V2 FPGA보드에 합성함으로써 RISC-V 코어를 하드웨어로 구현하였고, 통합로직아날라이저(ILA)를 통해 설계의 정확성과 동작을 검증하였다. 실험 결과, 설계된 RISC-V 코어는 기대한 동작을 수행함을 확인하였으며, 이러한 연구 결과는 RISC-V 기반 시스템 설계와 검증에 중요한 기여를 할 수 있다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 추계종합학술대회 B
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• pp.289-292
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• 2008

본 논문에서는 OpenRISC 프로세서의 성능 및 전력 소모 개선을 위해 동적 분기예측 기법, 사원 집합연관 캐시 구조, ODC를 이용한 클럭 게이팅 기법을 제안한다. 동적 분기 예측 기법은 분기 명령에 대해 다음에 실행될 명령에 대한 예측 주소를 저장하는 BTB를 사용하였다. 사원 집합연관 캐시는 네 개의 메모리 블록을 한 개의 캐시 블록에 사상되는 구조로 되어있어 직접사상 캐시에 비해 접근 실패율이 낮다. ODC를 이용한 클럭게이팅 기법은 논리합성 개념인 무관조건의 입출력 ODC조건을 찾아 클럭 게이팅 로직을 삽입함으로써 동적 소비전력을 줄일 수 있다. 테스트 프로그램을 이용하여 제안한 기법들을 적용한 OpenRISC 프로세서의 성능을 측정한 결과, 기존 프로세서 대비실행시간이 8.9% 향상 되었고, 삼성 $0.18{\mu}m$ 라이브러리를 이용하여 동적 전력을 측정한 결과, 기존 프로세서 대비 소비전력을 13.9% 이상 감소하였다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제10권1호
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• pp.78-84
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• 2012

This paper presents a branch prediction algorithm and a 4-way set-associative cache for performance improvement of an embedded RISC core and a clock-gating algorithm with observability don’t care (ODC) operation to reduce the power consumption of the core. The branch prediction algorithm has a structure using a branch target buffer (BTB) and 4-way set associative cache that has a lower miss rate than a direct-mapped cache. Pseudo-least recently used (LRU) policy is used for reducing the number of LRU bits. The clock-gating algorithm reduces dynamic power consumption. As a result of estimation of the performance and the dynamic power, the performance of the OpenRISC core applied to the proposed architecture is improved about 29% and the dynamic power of the core with the Chartered 0.18 ${\mu}m$ technology library is reduced by 16%.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2024년도 춘계학술발표대회
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• pp.358-361
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• 2024

2010 년 UC Berkely 에서 개발한 RISC-V ISA 는 x86, Arm 과 다르게 Free Open-source 라는 장점으로 인해 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. RISC-V ISA 는 RISC 명령어셋을 활용하며 서버 및 데스트탑 CPU 부터 IoT 디바이스까지 여러 방면에서 상용을 위한 노력이 계속되고 있다. 하지만 상용 CPU 에 비해 부채널 공격 방어 기법이 제한적으로 구현되어 있는 것을 확인하였고 특히 부채널 공격 중 전력 분석(Power Analysis)에 대한 방어 기법이 부족한 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서는 RISC-V 를 포함한 여러 아키텍처에 대해 전력 분석 및 하드웨어 방어 기법을 분석하고, RISC-V에 추가적으로 적용되어야 할 방어 기법에 대해 서술한다.