• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.87-97
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• 2013

Negative bias temperature instability (NBTI) and positive bias temperature instability (PBTI) are critical circuit reliability issues in highly scaled CMOS technologies. In this paper, we analyze the impacts of NBTI and PBTI on SRAM $V_{MIN}$, and present a design solution for mitigating the impact of NBTI and PBTI on SRAM $V_{MIN}$. Two different types of SRAM $V_{MIN}$ (SNM-limited $V_{MIN}$ and time-limited $V_{MIN}$) are explained. Simulation results show that SNM-limited $V_{MIN}$ is more sensitive to NBTI while time-limited $V_{MIN}$ is more prone to suffer from PBTI effect. The proposed NBTI/PBTI-aware control of wordline pulse width and woldline voltage improves cell stability, and mitigates the $V_{MIN}$ degradation induced by NBTI/PBTI.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권2호
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• pp.184-188
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• 2014

There is a trade-off between read stability and writability under a full-/half-select condition in static random access memory (SRAM). Another trade-off in the minimum operating voltage between the read and write operation also exists. A new peripheral circuit for SRAM arrays, called a variation sensor, is demonstrated here to balance the read/write margins (i.e., to optimize the read/write trade-off) as well as to lower the minimum operation voltage for both read and write operations. A test chip is fabricated using an industrial 45-nm bulk complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process to demonstrate the operation of the variation sensor. With the variation sensor, the word-line voltage is optimized to minimize the trade-off between read stability and writability ($V_{WL,OPT}=1.055V$) as well as to lower the minimum operating voltage for the read and write operations simultaneously ($V_{MIN,READ}=0.58V$, $V_{MIN,WRITE}=0.82V$ for supply voltage $(V_{DD})=1.1V$).

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권3호
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• pp.21-32
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• 2006

본 논문에서는 누설전력 소비뿐만 아니라 스위칭 전력 소비를 동시에 줄일 수 있는 새로운 저전력 SRAM 회로를 제안한다. 제안된 저전력 SRAM은 대기모드와 쓰기동작에서는 셀의 소스라인 전압을 $V_{SSH}$로 증가시키고 읽기동작에서만 소스라인 전압을 다시 $V_{SS}$가 되도록 동적으로 조절한다. SRAM 셀의 소스라인 전압을 동적으로 조절하면 reverse body-bias 효과, DIBL 효과, 음의 $V_{GS}$ 효과를 이용하여 셀 어레이의 누설전류를 1/100 까지 감소시킬 수 있다. 또한 누설전류를 억제하기 위해 사용된 소스라인 드라이버를 이용하여 SRAM의 쓰기동작에서 비트라인 전압의 스윙 폭을 $V_{DD}-to-V_{SSH}$로 감소시킴으로써 SRAM의 write power를 대폭 감소시킬 수 있고 쓰기동작 중에 있는 셀들의 누설 전류 소비도 동시에 줄일 수 있다. 이를 위해 새로운 write driver를 사용하여 low-swing 쓰기동작 시 성능 감소를 최소화하였다. 누설전력 소비 감소 기법과 스위칭 전력 소비 감소 기법을 동시에 사용함으로써 제안된 SRAM은 특히 미래의 큰 누설전류가 예상되는 70-nm 이하 급 초미세 공정에서 유용할 것으로 예측된다. 70-nm 공정 파라미터를 이용해서 시뮬레이션한 결과 누설전력 소비의 93%와 스위칭 전력 소비의 43%를 줄일 수 있을 것으로 보인다. 본 논문에서 제안된 저전력 SRAM의 유용성과 신뢰성을 검증하기 위해서 $0.35-{\mu}m$ CMOS 공정에서 32x128 bit SRAM이 제작 및 측정되었다. 측정 결과 기존의 SRAM에 비해 스위칭 전력이 30% 적게 소비됨을 확인하였고 사용된 메탈 차폐 레이어로 인해서 $V_{DD}-to-V_{SSH}$ 전압이 약 1.1V 일 때까지 오류 없이 동작함을 관측하였다. 본 논문의 SRAM 스위칭 전력감소는 I/O의 bit width가 증가하면 더욱 더 중요해질 것으로 예상할 수 있다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2004년도 하계종합학술대회 논문집(2)
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• pp.343-346
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• 2004

This paper proposes a leakage-suppressed SRAM with dynamic power saying scheme for the future leakage-dominant sub-70-nm technology. By dynamically controlling the common source-line voltage ($V_{SL}$) of sleep cells, the sub-threshold leakage through these sleep cells can be reduced to be 1/10-1/100 due to the reverse body-bias effect, dram-induced barrier lowering (DIBL) and negative $V_{GS}$ effects. Moreover, the bit-ling leakage which mar introduce a fault during the read operation can be completely eliminated in this new SRAM. The dynamic $V_{SL}$ control can also reduce the bit-line swing during the write so that the dynamic power in write can be reduced. This new SRAM was fabricated in 0.35-${\mu}m$ CMOS process and more than $30\%$ of dynamic power saying is experimentally verified in the measurement. The leakage suppression scheme is expected to be able to reduce more than $90\%$ of total SRAM power in the future leakage-dominant 70-nm process.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권1호
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• pp.417-420
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• 2007

A 12k-bit SRAM has been developed for line memory of system-on-glass (SoG) with lowtemperature poly-silicon (LTPS) thin film transistor (TFT). For accurate sensing even with the large variation and mismatches in the characteristics of LTPS TFT, mismatch immune sense amplifier is developed. The SRAM shows 30ns read access time with 7V supply voltage while dissipating 4.05mW and 1.75mW for write and read operation, respectively

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제6권1호
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• pp.22-29
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• 2006

We demonstrate highly manufacturable Multi-channel Field Effect Transistor (McFET) on bulk Si wafer. McFET shows excellent transistor characteristics, such as $5{\sim}6 times higher drive current than planar MOSFET, ideal subthreshold swing, low drain induced barrier lowering (DIBL) without pocket implantation and negligible body bias dependency, maintaining the same source/drain resistance as that of a planar transistor due to the unique feature of McFET. And suitable threshold voltage ($V_T$) for SRAM operation and high static noise margin (SNM) are achieved by using TiN metal gate electrode.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.388-396
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• 2017

얼굴 검출에는 다양한 포즈, 빛의 세기, 얼굴이 가려지는 현상 등의 많은 변수가 존재하므로, 높은 성능의 검출 시스템이 요구된다. 이에 영상 분류에 뛰어난 Convolutional Neural Network (CNN)이 적절하나, CNN의 많은 연산은 고성능 하드웨어 자원을 필요로한다. 그러나 얼굴 검출을 위한 소형, 모바일 시스템의 개발에는 저가의 저전력 환경이 필수적이고, 이를 위해 본 논문에서는 소형의 FPGA를 타겟으로, 얼굴 검출에 적절한 3-Stage Cascade CNN 구조를 기반으로하는 CPU-FPGA 통합 시스템을 설계 구현한다. 가속을 위해 알고리즘 단계에서 Adaptive Region of Interest (ROI)를 적용했으며, Adaptive ROI는 이전 프레임에 검출된 얼굴 영역 정보를 활용하여 CNN이 동작해야 할 횟수를 줄인다. CNN 연산 자체를 가속하기 위해서는 FPGA Accelerator를 이용한다. 가속기는 Bottleneck에 해당하는 Convolution 연산의 가속을 위해 FPGA 상에 다수의 FeatureMap을 한번에 읽어오고, Multiply-Accumulate (MAC) 연산을 병렬로 수행한다. 본 시스템은 Terasic사의 DE1-SoC 보드에서 ARM Cortex A-9와 Cyclone V FPGA를 이용하여 구현되었으며, HD ($1280{\times}720$)급 입력영상에 대해 30FPS로 실시간 동작하였다. CPU-FPGA 통합 시스템은 CPU만을 이용한 시스템 대비 8.5배의 전력 효율성을 보였다.