• 전자공학회논문지
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• 제53권4호
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• pp.59-67
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• 2016

각종 계량기, 웨어러블 디바이스 등의 사물에 통신기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 사물인터넷 (Internet of Things or IoT) 기술의 발전과 함께, 이에 사용 가능한 소면적 임베디드 프로세서에 대한 수요가 증가하고 있다. 본 논문에서는 이러한 사물인터넷 분야에 사용 가능한 소면적 32-bit 파이프라인 프로세서인 Juno를 소개한다. Juno는 즉치 값 확장이 편리한 EISC (extendable instruction set computer) 구조이며, 파이프라인의 데이터 의존성을 줄이기 위해 2/3단 파이프라인 구조를 택하였다. PC (program counter) 레지스터와 두 개의 파이프라인 레지스터만을 컨트롤함으로써 전체 파이프라인을 컨트롤할 수 있는 간단한 구조의 소면적 파이프라인 컨트롤러를 갖는다. 무선 통신에 필요한 암호화 등의 연산을 수행하기 위한 $32{\times}32=64$ 곱셈 연산, 64/32=32 나눗셈 연산, $32{\times}32+64=64$ MAC 연산, 32*32=64 Galois 필드 곱셈 연산을 모두 지원하지만, 모든 연산기를 선택적으로 구현하여 필요에 따라서는 면적을 줄이기 위해 일부 연산기를 제외하고도 프로세서를 재합성할 수 있다. 이 경우 정수 코어의 gate count는 12k~22k 수준이고, 0.57 DMIPS/MHz와 1.024 Coremark/MHz의 성능을 보인다.

• 정보보호학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.201-211
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• 2012

본 논문에서는 단일 FPGA를 이용한 SATA 하드디스크용 Full Disk Encryption 연산기를 제안하고, 해당 연산기를 FPGA기반 테스트용 보드에 구현하여 실험한 결과를 제시한다. 제안하는 연산기는 크게 디스크 암호화 표준알고리즘인 IEEE P1619 (XTS-AES) 연산블록과, SATA Host (PC)와 Device (HDD)간의 정합 기능을 담당하는 SATA 인터페이스 블록으로 구성된다. 고속 암복호 연산기능을 담당하는 XTS-AES 암호 연산블록은 암복호 기능추가로 인한 속도저하를 최소화하기 위해 매 4 클록 사이클마다 1 블록 암호화를 처리하도록 4단 파이프라이닝구조로 설계하여 최대 4.8Gbps의 암복호 성능을 가진다. 또한 전체 연산기를 Xilinx사의 ML507 FPGA 개발보드에 구현하여, Windows XP 32비트 환경에서 SATA II 하드디스크(7200rpm)에 대해 암호화 장치없이 직접 연결했을 때와 동등한 속도인 최대 140MB/sec 읽기/쓰기 성능을 나타내었다. 따라서, 제안하는 연산기는 단일 FPGA를 이용하여 속도저하 없는 Full Disk Encryption 기능 구현이 가능함을 확인하였다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제43권5호
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• pp.44-59
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• 2006

DNA 컴퓨터의 계산 수준을 분자 수준으로 끌어내려 막대한 병렬성을 확보하고, 보다 효율적인 정보 처리를 가능케 해 차세대 컴퓨팅 기법으로서의 위치를 확고히 하고 있다. 그러나 DNA 컴퓨팅은 실제 실험을 통해 계산 모델 및 알고리즘을 검증하기 때문에 많은 연산 시간을 필요로 한다. 따라서 빠른 계산 모델 및 알고리즘의 검증을 위해 시뮬레이터인 NACST가 개발되었다. 그러나 NACST에 포함된 서열생성 시스템의 반복적인 연산 특징 때문에 이 또한 많은 연산시간을 필요로 하게 되었다. 따라서 시뮬레이션 시간 단축을 위한 서열생성 시스템의 효율적인 하드웨어 구조가 요구된다. 이에 본 논문은 DNA 코드 최적화 부분의 연산시간이 NACST 연산시간의 약 95% 이상을 차지한다는 점을 착안하여 DNA 서열 생성 시스템에 병렬 기법과 Pipeline 기법을 적용하였고 적합도 함수 간 연산을 공유시켜 연산의 양을 대폭 줄이고 분배해 시뮬레이션 시간을 크게 줄일 수 있는 하드웨어 구조를 제안하고 검증하였다. 실험 결과 제안된 하드웨어는 기존 소프트웨어에 비해 약 467배 이상의 연산시간 감소를 보였으며 DNA 서열 생성 성능은 기존과 동일함을 보였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권10호
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• pp.61-69
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• 2009

본 논문은 저 복잡도와 높은 throughput을 지원하는 LDPC 부호화기의 구조에 대하여 제안한다. LDPC 부호화기가 갖는 높은 복잡도 문제를 해결하기 위하여 기존의 복잡도가 높은 행렬 곱셈 연산기 대신에 간소화된 행렬 곱셈 연산기가 제안되었다. 또한 높은 throughput을 지원하기 위하여 행렬 곱셈 연산시 행 방향 연산 및 부분 병렬처리 연산을 적용하였다. 제안된 부호화기 구조의 로직 게이트와 메모리 사용량은 기존의 5단 파이프라인 부호화기의 구조에 비하여 각각 37.4%와 56.7%씩 감소하였다. 또한 40MHz 클럭 주파수에 대해 기존의 부호화기에 비하여 3배 이상의 throughput인 최대 800Mbps의 throughput을 지원한다.

• 한국통신학회논문지
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• 제30권1A호
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• pp.104-112
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• 2005

본 논문에서는 고속, 저전력 8-비트 ADC를 설계하는 기법들을 제안하였다. 비교적 적은 전력 소모를 가지면서 고속으로 동작 시키기 위해 기존의 파이프라인 구조인 MDAC를 이용한 폐쇄형 구조 대신에 개방형 구조를 채택하였다. 또한 Distributed THA와 캐스캐이드 형태의 구조를 이용하여 높은 샘플링 속도에 최적화 하였다. 제안한 각 단의 크로싱 지점을 판별하는 기법은 증폭기의 개수를 줄일 수 있도록 함으로서 저전력과 좁은 면적의 ADC 구현을 가능하게 하였다. 모의 실험 결과 500-MHz의 샘플링 속도와 1.8V 전원 전압에서 테스트에 필요한 디지털 회로까지 포함, 210mW의 전력을 소비함을 확인 할 수 있었다. 또한 1.2Vpp(Differential) 입력 범위와 200-MHz까지의 입력 주파수에서 8-비트에 가까운 ENOB를 가짐을 볼 수 있었다. 설계된 ADC는 $0.18{\mu}m$ 6-Metal 1-Poly CMOS 공정을 이용, $900{\mu}m{\times}500{\mu}m$의 면적을 차지한다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제39권5호
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• pp.65-73
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• 2002

본 논문에서는 순차적 입력 데이터 처리방식을 이용하여 2048 point FFT/IFFT를 단일 칩으로 구현하는 방법을 제안하고 검증하였다. 순차적으로 입력되는 2028개의 복소 데이터를 처리하기 위해서는 입력 데이터를 저장하는 버퍼가 필요하고 이 입력 버퍼로는 DRAM 회로를 이용한 지연 변환기 (delay commutator)를 사용하여 전체 칩 면적을 35% 이상 줄일 수 있었다. 전체 FFT/IFFT는 16 point FFT를 기본 블록으로 사용하며, radix-4 구조를 가지는 다섯 단계와 radix-2 구조를 가지는 하나의 단계로 이루어져 있다. 각 단계마다 연산을 수행하면서 증가되는 결과 S/N 비를 유지하면서 비트 라운딩을 하기 위해 convergent block floating point (CBFP) 알고리즘을 적용하여 digital audio broadcasting(DAB)을 위한 단일 칩 설계에 기여하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제10권5호
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• pp.865-870
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• 2006

셀룰러 신경회로망(Cellular Neural Networks: CNN)은 그 구조가 간단함에도 불구하고 강력한 연산능력을 가지고 있어 영상처리에 이용되어 왔다. 그러나 실제의 대규모 영상에 포함된 화소의 양과 같은 막대한 셀들을 필요로 하는 CNN하드웨어를 구현하는 것은 불가능하다. 본 논문에서는 시 다중화 처리 기법으로 대규모 실영상을 처리할 수 있는 $5\times5$ CNN 하드웨어와 전 후 처리기를 구현하였다. 구현된 $5\times5$ CNN 하드웨어와 전 후 처리기의 성능을 평가하기 위해 $ 레나영상에 대해 윤곽선 검출을 수행하였으며, 약 4,000번의 시다중화 블록처리와 각 블록 마다 10번의 제어 펄스에 의한 파이프라인 동작에 의해 영상처리가 수행되었다. 따라서 본 논문에서 구현된 $5\times5$ CNN 하드웨어와 전 후 처리기를 실영상 처리에 이용할 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제27권1C호
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• pp.112-121
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• 2002

본 논문에서는 미국과 한국의 해쉬 함수 표준인 SHA-1과 HAS-160 해쉬 알고리즘, 그리고 SHA-1을 이용한 의사 난수 발생기를 구현한 프로세서를 설계하였다. SHA-1과 HAS-160이 동일한 단계 연산을 가지므로, 한 단계 연산만을 구현하여 공유함으로써 하드웨어 리소스를 감소시켰다. 그리고 메시지 변수의 사전 계산과 단계 연산을 두 단계의 파이프라인 구조로 구현함으로써 한 개의 클럭으로 한 단계 연산을 수행하는 방식보다 최장지연경로는 1/2로 줄고, 총 단계 연산에 필요한 클럭 수는 하나만 증가하므로 성능은 약 2배 향상되었다. 그 결과, 설계한 해쉬 프로세서는 삼성 0.5 um CMOS 스탠다드 셀 라이브러리를 근거로 산출할 때, 100 MHz의 동작 주파수에서 약 624 Mbps의 성능을 얻을 수 있다. 그리고 의사 난수 발생기로 사용될 때는 약 195 Mbps의 난수 발생 성능을 가진다. 이러한 성능은 지금까지 상용화된 국내외의 어느 해쉬 프로세서보다 빠른 처리 시간을 가지는 것으로 판단된다.

• 한국정보처리학회논문지
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• 제1권4호
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• pp.469-478
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• 1994

이 연구에서는 고해상도 컬러 그래픽, 디지탈 영상신호처리, HDTV 등에 적합한 10비트 이상의 고해상도, 100 MHz이상의 변환 속도를 갖는 고속, 고정밀 정보처리용 D/A변환기를 설계하였다. 고속 동작을 위해 매트릭스 형태의 전류원 배열, 파이프 라인을 사용하지 않는 래치, 그리고 트랜스미션 함수 이론을 이용한 이차원 구조의 디 코더를 설계하였다. 이러한 구조는 정확성 및 선형성에서 우수한 특성을 보이며, 빠른 변환속도, 저전력 구현에 적합하다. 실리콘 면적의 소비를 줄이고 정밀도를 유지하기 위해 매트릭스 전류원을 가중 전류원과 비가중 전류원으로 분리하여 구성하였다. 고정 밀도를 얻기 위한 방안으로 글리치를 억제하는 새로운 전류원을 설계하고, 선형성을 개선하기위한 방안으로, 특정 시스템에서 최적의 스위칭 순서를 결정할 수 있고, grade error, 대칭적 오차 어느 것도 최대가 되지 않도록 제한하는 새로운 스위칭 알고리즘 을 제안하였다. 설계된 회로는 5V 공급 전원에 대하여 130mW의 전력소비 특성을 보이 고, 10 비트 이상의 분해능, 100MHz 이상의 속도로 동작할 수 있다.

• 한국정보처리학회논문지
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• 제1권4호
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• pp.517-530
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• 1994

본 논문에서는 연구용 VHDL 및 CAD 툴을 사용하여 톱다운 설계방식에 의하여 소 형 마이크로프로세서(MPU;microprocessor unit)의 설계를 수행한다. 이를 위하여 기본 MPU와 이의 파이프라인화 구조를 제안한다. 설계목표와 명령어, 아키텍쳐가 결정되면, 이를 우선 C 언어로 모의실험하여 동작을 확인하며, 다음 VHDL 모의실험의 경우, 주어 진 입력에 대하여 내부 레지스터의 내용을 점검하여 동작을 확인한다. 다음에, 이를 연구용 CAD 툴에 의해 완전주문형(full-custom)/반주문형(semi-custom) 설계방식에 의해 레이아웃을 수행하며 관련 모의 실험을 수행한다. 이어 성능개선을 위하여 제안 한 파이프라인 구조를 모의실험을 통하여 타당성을 확인하며 아울러 관련 문제점 및 향후 연구방향에 관해 논한다. 결론적으로, 본 논문을 통하여 MPU의 설계방법을 정립 하였으며, 아울러 성능개선을 위한 아키텍쳐의 설계변화가 가능하였다.