JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권1호
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pp.143-146
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2016
A new area-efficient multi-phase clock frequency multiplier is presented. The proposed fractional-ratio frequency multiplying DLL (FFMDLL) is implemented in a 65 nm CMOS process and occupies an active area of just $0.01mm^2$. The proposed FFMDLL provides 8-phase output clocks and achieves a frequency range of 0.6-1.0 GHz with programmable multiplication ratios of N/M, where N = 4, 5, 8, 10 and M = 1, 2, 3. It achieves an effective peak-to-peak jitter of 5 ps and dissipates 3.4 mW from a 1.0 V supply at 1 GHz.
단열회로를 이용한 8-b×8-b 파이프라인 승산기와 4가지 위상을 가지는 전원클럭을 공급하기 위한 개선 된 구조의 전원클럭 발생기를 설계하였다. 전원클럭 신호선의 전하는 복원되어 에너지 소모를 줄인다. 단열회로는 ECRL 형태를 기본으로 하였으며 0.6㎛ CMOS 공정을 사용하여 설계하였다. 개선된 전원클럭 발생기는 기존회로보다 4∼11% 정도 효율이 높았다. 모의실험결과 제안하는 단열회로 승산기는 CMOS 승산기보다 2.6∼3.5배 정도의 에너지를 감소시켰다.
Low Density Parity Check codes(LDPC)는 최근 우수한 성능으로 통신 분야에서 채널 코딩의 중요한 블록으로 주목받고 있다. 그리하여 Wibro를 포함한 여러 표준에서 LDPC 부호를 채널 코딩으로 채택하고 있다. 이러한 LDPC 부호의 Encoder를 구현하는데 있어서의 약점은 기존의 이진 Matrix Vector Multiplier가 throughput의 감소의 원인이 되는 clock cycle이 많다는 것이다. 본 논문은 표준에서 사용되는 H 행렬이 Circulant Permutation Matrix(CPM)로 정의되어 있다는 점을 이용하여 인코더의 구현에 있어서 기존의 Matrix Vector Multiplier 대신에 cyclic shift register와 exclusive-OR을 사용하는 설계구조를 제안한다. 또한, 제안한 구조를 이용하여 WiBro에 포함되는 다양한 부호율에 적용가능한 인코더를 설계하였다. 제안된 WiBro LDPC의 인코더는 기존보다 적은 clock cycle을 가지므로 높은 throughput에 도달한다.
본 논문에서는 유한체 GF$(2^m)$상에서 두 다항식의 승산을 실현하는 병렬-입력 및 병렬-출력을 갖는 셀 배열 병렬 승산기를 제시한다 이 승산기는 승산연산부, 기약다항식연산부. MOD연산부로 구성한다. 승산연산부는 AND 게이트와 XOR 게이트로 설계한 기본 셀의 배열로 이루어지며, 기약다항식연산부는 XOR 게이트와 D 플림플롭회로를 사용하여 구성하며, MOD연산부는 AND 게이트와 XOR 게이트에 의한 기본 셀을 배열하여 구성하였다. 제시한 승산기는 PSpice 시뮬레이션을 통하여 동작특성을 보였으며, 클럭신호의 주기를 l${\mu}\textrm{s}$로 하였다. 제시한 셀 배열 병렬 승산기는 m=4인 경우에 AND 게이트의 수가 24개, XOR 게이트의 수가 32개 필요하며, D 플립플롭회로가 4개 필요하다. 또한, AOP 기약 다항식을 사용하면 AND 게이트와 XOR 게이트의 수가 24개 필요하며 D 플립플롭은 사용되지 않는다. 셀 배열 병렬 승산기의 승산연산부의 동작시간은 1 단위시간(클럭시간)이 소비되고, 기약다항식연산부에 의한 MOD연산부의 동작시간은 m 단위시간(클럭시간)이 소비되어 전체 동작시간은 m+1 단위시간(클럭시간)이 소비된다. 본 논문에서 제시한 셀 병렬 승산기는 회선경로 선택의 규칙성, 간단성, 배열의 모듈성과 병렬동작의 특징을 가지며, 특히 차수 m이 매우 큰 유한체강의 두 다항식의 승산에서 확장성을 갖는다.
안티-하모닉락 기능을 가지는 고속-락킹 MDLL 기반의 디지털 클락 주파수 증배기를 소개한다. 제안하는 디지털 주파수 증배기는 하모닉락 문제 없이 빠른 락킹 시간을 구현하기 위하여 새로운 MSB-구간 검색 알고리즘을 사용한다. 제안하는 디지털 MDLL 주파수 증배기는 65nm CMOS 공정으로 설계되었으며, 1 GHz ~ 3 GHz의 출력 동작주파수 영역을 가진다. 제안하는 디지털 MDLL은 프로그래머블한 N/M (N=1, 4, 5, 8, 10, M=1, 2, 3)의 분수배 주파수 증배 기능을 제공한다. 제안하는 MDLL은 1GHz에서 3.52 mW의 전력을 소모하고, 14.07 ps의 피크-투-피크 (p-p) 지터를 갖는다.
유한체 연산기는 생성 기약다항식과 원소의 표현 방법에 따라 효율성에 많은 영향을 받는다. 본 논문에서는 홀수 소수 p에 대한 확장체 GF$(p^n)$ 위의 곱셈에 대한 두 가지 직렬곱셈기를 제안한다. 기약 이항 다항식을 이용한 직렬 곱셈기는 (2n+5)개의 레지스터, 2개의 MUX, 2개의 GF(p)곱셈기, 1개의 GF(p) 덧셈기를 사용하여 $n^2+n$ 클럭 싸이클 이후에 곱셈 결과를 얻는 구조이다. 기약 AOP를 이용한 직렬 곱셈기는 (2n+5)개의 레지스터, 1개의 MUX, 1개의 GF(p)곱셈기, 1개의 GF(p) 덧셈기를 사용하여 $n^2$+3n+2 클럭 싸이클 이후에 곱셈결과를 얻는다.
We propose floating point arithmetic units for geometry operation of mobile 3D graphic processor. The proposed arithmetic units conform to the single precision format of IEEE standard 754-1985 that is a standard of floating point arithmetic. The rounding algorithm applies the nearest toward zero form. The proposed adder/subtraction unit and multiplier have one clock cycle latency, and the inversion unit has three clock cycle latency. We estimate the required numbers of arithmetic operation for Viewing transformation. The first stage of geometry operation is composed with translation, rotation and scaling operation. The translation operation requires three addition and the rotation operation needs three addition and six multiplication. The scaling operation requires three multiplication. The viewing transformation is performed in 15 clock cycles. If the adder and the multiplier have their own in/out ports, the viewing transformation can be done in 9 clock cycles. The error margin of proposed arithmetic units is smaller than $10^{-5}$ that is the request in the OpenGL standard. The proposed arithmetic units carry out operations in 100MHz clock frequency.
모듈러 곱셈은 ECC의 점 스칼라 곱셈을 위한 핵심 연산이며, ECC 프로세서의 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이다. 본 논문에서는 3-way Toom-Cook 곱셈 알고리듬과 수정된 고속 축약 알고리듬을 적용한 256-비트 모듈러 곱셈기 설계에 대해 기술한다. 90-비트 곱셈기 1개와 264-비트 가산기 3개가 사용되었으며, 하드웨어 크기와 소요 클록 사이클 수 사이의 최적화를 이루었다. Zynq UltraScale+ MPSoC 디바이스에 구현하여 모듈러 곱셈기를 검증하였으며, 모듈러 곱셈 연산에 15 클록 사이클이 소요된다.
본 논문에서는 낮은 분주비의 분주기를 갖는 위상고정루프에 주파수 체배기를 이용하여 잡음 특성을 개선한 위상고정루프 클럭 발생기를 제안하였다. 전압제어발진기에서 각 지연단의 지연 정도를 지연변화-전압 변환기를 이용하여 전압의 형태로 출력한다. 평균값 검출기를 이용하여 지연변화-전압 변환기 출력 전압의 평균값을 만들어 지연단의 위상 흔들림을 제어하는 전압으로 인가하여 지터를 줄일 수 있다. 제안된 클럭 발생기는 1.8V $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 시뮬레이션은 출력 신호의 peak-to-peak 지터값은 11.3 ps이었다.
The finite-field multiplication can be applied to the wide range of applications, such as signal processing on communication, cryptography, etc. However, an efficient algorithm and the hardware design are required since the finite-field multiplication takes much time to compute. In this paper, we propose a radix-4 systolic multiplier on $GF(2^m)$ with comparative area and performance. The algorithm of the proposed standard-basis multiplier is mathematically developed to map on low-cost systolic cell, so that the proposed systolic architecture is suitable for VLSI design. Compared to the bit-serial and digit-serial multipliers, the proposed multiplier shows relatively better performance with low cost. We design and synthesis $GF(2^{193})$ finite-field multiplier using Hynix $0.35{\mu}m$ standard cell library and the maximum clock frequency is 400MHz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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