• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제12권4호
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• pp.397-404
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• 2012

Thermal generation by power dissipation of the highly integrated System on Chip (SoC) device is irregularly distributed on the intra chip. It leads to thermal increment of the each thermally different region and effects on the propagation timing; consequently, the timing violation occurs due to the misestimated number of buffers. In this paper, the timing budgeting methodology considering thermal variation which contains buffer insertion with wire segmentation is proposed. Thermal aware LUT modeling for cell intrinsic delay is also proposed. Simulation results show the reduction of the worst delay after implementing thermal aware buffer insertion using by proposed wire segmentation up to 33% in contrast to the original buffer insertion. The error rates are measured by SPICE simulation results.

• ETRI Journal
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• 제36권4호
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• pp.635-642
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• 2014

Three-dimensional integrated circuits (3D ICs) implement heterogeneous systems in the same platform by stacking several planar chips vertically with through-silicon via (TSV) technology. 3D ICs have some advantages, including shorter interconnect lengths, higher integration density, and improved performance. Thermal-aware design would enhance the reliability and performance of the interconnects and devices. In this paper, we propose thermal-aware floorplanning with min-cut die partitioning for 3D ICs. The proposed min-cut die partition methodology minimizes the number of connections between partitions based on the min-cut theorem and minimizes the number of TSVs by considering a complementary set from the set of connections between two partitions when assigning the partitions to dies. Also, thermal-aware floorplanning methodology ensures a more even power distribution in the dies and reduces the peak temperature of the chip. The simulation results show that the proposed methodologies reduced the number of TSVs and the peak temperature effectively while also reducing the run-time.

• ETRI Journal
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• 제37권1호
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• pp.118-127
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• 2015

The power consumption of 3D many-core processors can be reduced, and the power delivery of such processors can be improved by introducing voltage island (VI) design using on-chip voltage regulators. With the dramatic growth in the number of cores that are integrated in a processor, however, it is infeasible to adopt per-core VI design. We propose a 3D many-core processor architecture that consists of multiple voltage clusters, where each has a set of cores that share an on-chip voltage regulator. Based on the architecture, the steady state temperature is analyzed so that the thermal characteristic of each voltage cluster is known. In the voltage scaling and task scheduling stages, the thermal characteristics and communication between cores is considered. The consideration of the thermal characteristics enables the proposed VI formation to reduce the total energy consumption, peak temperature, and temperature gradients in 3D many-core processors.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2012년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.39 No.1(D)
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• pp.369-371
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• 2012

Wireless sensor networks have taken immense interest in healthcare systems in recent years. One example of it is in an in vivo sensor that is deployed in critical and sensitive healthcare applications like artificial retina, cardiac pacemaker, drug delivery, blood pressure, internal heat calculation, glucosemonitoring etc. In vivo sensor nodes exhibit temperature that may be very dangerous for human tissues. However, existing in vivo thermal aware routing approaches suffer from hotspot creation, delay, and computational complexity. These limitations motivate us toward an in vivo virtual backbone, a small subset of nodes, connected to all other nodes and involved in routing of all nodes, -based solution. A virtual backbone is lightweight and its fault-tolerant version allows in vivo sensor nodes to disconnect hotspot paths and to use alternative paths. We have formulated the problem as m-connected k-dominating set problem with minimum temperature cost in in vivo sensor network. This is a combinatorial optimization problem and we have been motivated to use evolutionary approach to solve the problem.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제10권6호
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• pp.786-798
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• 2007

As we go about our daily lives, people often collect surrounding information and adapt to the situation. Computer development trends show that one wants computers to work like human beings, i.e. computers can sense its context and adapt corresponding to context changes. To implement this expectation, a context aware service layer is needed. In this layer, sensors capture its environment and send this information to the service center. Considering received information as its context, the service center seeks the suitable operation according to the context. Tills paper presents a context aware service which is applied in controlling air-conditioner. The air-conditioner includes sensors which are installed at some special positions in a room. Each of these sensors gathers comfort-influenced information like temperature, humidity and sends them to air-conditioner. The air-conditioner adapts its operation to the environment according to the sensed information. To control the air-conditioner effectively, we use a genetic algorithm which is suitable in adaptation issues. The simulation shows that the room condition can be maintained at a comfortable level by using context-aware services in the operation of the air-conditioning system.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제16권2호
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• pp.212-216
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• 2010

마이크로프로세서의 온도 관리를 위해 사용되는 대표적인 기술인 동적 온도 관리 기법이 적용되면 임계온도 이상의 발열 발생시 온도를 제어하기 위해 성능이 저하되는 단점이 있다. 따라서 마이크로프로세서의 발열 온도를 낮추면 동적 온도 관리 기법을 통해 온도를 제어하는 시간이 줄어들면서 성능 저하를 최소화 시킬 수 있다. 본 논문에서는 유닛의 발열 제어를 위해 사용되는 연산 이관시 유닛을 선택하는 기준에 대한 다양한 기법들을 모의 실험을 통하여 비교 분석함으로써 유닛의 발열 현상으로 인한 마이크로프로세서의 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 방안을 도출하고자 한다. 모의 실험 결과, 동적 연산 이관 기법에서 임계 온도와 유닛 온도 사이의 차이를 기준으로 동작할 유닛을 선택하는 기법이 발열에 가장 효과적으로 대응하여 성능이 우수하다는 것을 확인할 수 있다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제35권12호
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• pp.540-551
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• 2008

오늘날 마이크로프로세서의 설계는 전력 소모 문제만이 아닌 온도 문제에서도 자유롭지 않다. 제조 공정의 미세화와 고밀도 회로 집적화가 칩의 전력 밀도를 높이게 되어 열성 현상을 발생시키기 때문이다. 이를 해결하기 위해 제안된 동적 온도 제어 기술은 냉각 비용을 줄이는 동시에 칩의 온도 신뢰성을 높인다는 장점을 가지지만, 냉각을 위해 프로세서의 성능을 희생해야 하는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 프로세서의 성능 저하를 최소화하면서 온도를 제어하기 위해 듀얼 레지스터 파일 구조를 제시한다. 온도 제어를 고려하였을 때 가장 관심을 끄는 것은 레지스터 파일 유닛이다. 특히 정수형 레지스터 파일 유닛은 그 빈번한 사용으로 인하여 프로세서 내부에서 가장 높은 온도를 가진다. 듀얼 레지스터 파일 구조는 정수형 레지스터 파일에 대한 읽기 접근을 두 개의 레지스터 파일에 대한 접근으로 분할하는데, 이는 기존 레지스터 파일이 소모하는 동적 전력을 감소시켜 열성 현상을 제거하는 효과를 가져온다. 그 결과 동적 온도 제어 기법에 의한 프로세서 성능 감소를 완화시키는데, 평균 13.35% (최대 18%)의 성능 향상을 확인할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.5-9
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• 2015

3차원 적층 반도체에서의 열관리를 위한 연구 동향에 대해서 살펴보았다. 적층 구조는 평면구조와 달리 단위 패키지당 발열량 증가, 단위 바닥면적당 전력 소비량 증가, 이웃 칩의 영향으로 과열 가능성의 증가, 냉각구조 추가의 어려움, 국부 열원의 발달 등으로 발열 문제가 매우 심각해질 수 있으며, 특히 국부 열원은 적층을 위해 칩 두께가 얇아짐으로 더욱 심화되고 있어 이를 고려한 발열관리가 필요하다. 구리 TSV는 높은 열전도도를 이용하여 열원의 열을 효과적으로 주변으로 배출하는 역할을 하며 범프 및 gap 충진 재료, 적층 순서와 함께 적층 반도체의 열확산에 큰 영향을 미친다. 이는 실험으로나 수치해석으로 확인되고 있으며, 향후 적층 구조의 각 구성 요소들의 열 특성을 반영한 회로 설계가 이루어질 것으로 예상된다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.1-9
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• 2010

집적회로 공정기술이 급속도로 발달하면서 멀티코어 프로세서를 설계하는데 있어서 내부 연결망 (interconnection)은 성능 향상을 방해하는 주요 원인이 되고 있다. 멀티코어 프로세서의 내부 연결망에서 발생하는 병목 (bottleneck) 현상을 해결하기 위한 방안으로 최근에는 2D 평면 구조에서 3D 적층 구조로 설계 방식을 변경하는 기법이 주목을 받고 있다. 3D 구조는 칩 내부의 와이어 길이를 크게 감소시킴으로써 성능 향상과 전력 소모 감소의 큰 이점을 가져오지만, 전력 밀도 증가로 인한 온도 상승의 문제를 발생시킨다. 따라서 효율적인 3D 구조 멀티코어 프로세서를 설계하기 위해서는 내부의 온도 문제를 해결할 수 있는 설계 기법이 우선적으로 고려되어야 한다. 본 논문에서는 실험을 통해 다양한 측면에서 3D 구조 멀티코어 프로세서 내부의 온도 분포를 분석하고자 한다. 3D 구조 멀티코어 프로세서에서 수행되는 프로그램의 특성, 냉각 효과, 동적 주파수 조절 기법 적용에 따른 각 코어의 온도 분포를 상세하게 분석함으로써 저온도 3D 구조 멀티코어 프로세서 설계를 위한 가이드라인을 제시하고자 한다. 실험 결과, 3D 구조 멀티코어 프로세서의 온도를 효과적으로 관리하기 위해서는 더 높은 냉각 효과를 갖는 코어를 상대적으로 더 높은 동작 주파수로 작동 시켜야 하고 온도에 영향을 많이 주는 작업 또한 더 높은 냉각 효과를 갖는 코어에 할당해야 함을 알 수 있다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제16권9호
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• pp.1-10
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• 2011

동작 주파수의 증가는 싱글코어 프로세서의 성능을 크게 향상시키는 반면 전력 소모 증가와 높은 온도로 인한 신뢰성 저하 문제를 유발하고 있다. 최근에는 싱글코어 프로세서의 한계점을 극복하기 위한 대안으로 멀티코어 프로세서가 주로 사용되고 있다. 하지만, 멀티코어 프로세서를 2차원 구조로 설계하는 경우에는 내부 연결망에서의 전송 지연 현상으로 인해 프로세서의 성능 향상이 제약을 받고 있다. 내부 연결망에서의 전송 지연을 줄이기 위한 방안으로 멀티코어 프로세서를 3차원 구조로 설계하는 연구가 최근 큰 주목을 받고 있다. 2차원 구조 멀티코어 프로세서와 비교하여 3차원 구조 멀티코어 프로세서는 성능 향상과 전력 소모 감소의 장점을 지닌 반면, 높은 전력 밀도로 인해 발생된 발열 문제가 프로세서의 신뢰성을 위협하는 문제가 되고 있다. 3차원 멀티코어 프로세서에서 발생되는 발열 문제에 대한 상세한 분석이 제공된다면, 프로세서의 신뢰성을 확보하기 위한 연구 진행에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 그러므로 본 논문에서는 3차원 멀티코어 프로세서의 온도에 밀접하게 연관된 요소인 작업량, 방열판과의 거리, 그리고 적층되는 다이의 개수와 온도 사이의 관계를 자세히 살펴보고 높은 온도가 프로세서의 성능에 미치는 영향 또한 분석하고자 한다. 특히, 2차원 구조 멀티코어 프로세서와 3차원 구조 멀티코어 프로세서에서의 온도 문제를 함께 분석함으로써, 온도 측면에서 효율적인 프로세서 설계를 위한 가이드라인을 제시하고자 한다.