상위단계 합성에서 데이터 저장을 위한 메모리 할당 문제는 중요하게 다루어지는 영역의 하나이다. 이 논문에서는, 다중포트(multiport)메모리 할당 문제에 대한 새로운 방법을 제안한다. 문제의 복잡도를 줄이기 위해, 기존의 연구들은 요약하면, 두 단계의 과정으로 이루어지고 있다. 첫 번째 단계에서는 변수들을 몇 개씩 묶어서 하나의 메모리를 형성한다. (즉 메모리 최적화 문제를 푼다.) 두 번째 단계에서는 메모리들과 기능모듈들 간의 연결선을 최적화시킨다. (즉, 연결선 최적화 문제를 푼다) 이 경우 심각한 단점은 연결선의 비용을 최소화하는 데는 한계가 있다는 것이다. 다시 말해, 연결선의 비중이 점점 중요하게 되어지는 설계 추세에서 기존의 방법은 다중포트 메모리 사용을 통해 얻을 수 있는 연결선 최소화를 극대화하는데 한계가 있음을 뜻한다. 이를 극복하기 위해, 우리는 새로운 할당 방법을 제시한다. 구체적으로 먼저, 연결선 최소화를 해결하고, 그 다음에, 메모리 최적화를 시도한다. 또한 제안한 알고리즘은 연결선 최소화 과정 동안 다음 단계에서 결정될 메모리 비용도 적절히 고려한다. 우리는 다양한 실험을 통해, 우리의 제안한 방법이 기존의 연구보다 상당히 효율적인 것임을 보인다.
Field-Programmable Gate Arrays는 사용자가 프로그램이 가능한 혁신적인 대규모 집적 회로이며 값싸고 빠르게 주문자가 원하는 VLSI 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 특정 목적의 프로그램의 속도가 증가했을 때 FPGA가 연산하는 동안의 전력 소모와 연결선의 지연이 FPGA를 프로그램 하는데 중요한 문제점이 된다. 특히 기존 구조에서 사용되는 내부연결선이 전체 FPGA의 전력 중 65%를 소모한다. 이로 인하여 내부연결선이 전력 소모에 큰 영향을 주기 때문에 배선 시 연결선의 길이와 블록 간의 연결선을 줄임으로써 전력 소모를 줄일 수 있다. 배선 시 내부연결선을 줄이기 위한 방안으로 3차원 FPGA가 제안되었다. 하지만 구조의 복잡해짐으로써 오히려 스위치에서 물리적인 연결선들은 더욱 증가하고 스위치의 면적이 증가하는 문제점을 가지게 되었다. 본 논문에서는 복잡성을 낮추어서 물리적인 내부 연결선의 길이를 줄이고, 배선시의 연결선의 길이를 3차원 FPGA만큼 줄일 수 있는 FPGA구조를 제안한다. 그리고 ISE 의 FPGA Editor와 배선 시 길이를 예측하는 프로그램을 사용하여 Xilinx사의 Virtex II FPGA와 3D FPGA의 연결선 구성을 비교한다.
현재까지 연결선을 타이밍(timing) 관점에서 해석하려는 시도들은 많았지만, 전력 소모의 관점에서 해석하려는 시도는 많지 않았다. 그러나 지금은 연결선의 저항 성분과 신호의 상승 시간이 점차 증가하는 추세에 따라 회로 연결선에서의 전력 소모가 증가하고 있는 시점이다. 특히, 클럭 신호선의 경우 칩 전체 전력 소모 중 30% 이상을 차지하고 있다. 따라서 회로 연결선에서의 전력 소모를 효과적으로 계산하는 방법이 필요하며, 본 논문에서는 회로 연결선의 동적 전력 소모를 계산하는 간단하면서도 정확한 방법을 제시하고자 한다. 사이즈가 큰 연결선의 동적 전력 소모를 계산하기 위한 축소 모형을 제안하고, 이 축소모형을 구성하는 방법을 제시한다. 제안한 축소 모형의 해석을 통해 연결선 전체의 동적 전력 소모를 근사할 수 있음을 보이고, 이를 간단히 계산하는 방법을 제안 하고자 한다. 노드 수 100∼1000개까지 RC 회로에 대해 제안한 방법을 적용한 결과 연결선의 전력 소모는 HSPICE에 비해 1.86%의 평균 상대 오차 및 9.82%의 최대 상대 오차를 보였다.
철도 네트워크를 효율적으로 사용하는 방법 중 하나는 연결선 건설을 통해 여러 노선이 하나의 선로를 공유하는 방법인데, 국내에서도 이미 사용하고 있거나 사업화 추진 중인 노선이 존재한다. 본 연구는 철도 연결선 건설시 사업화 단계가 아닌 계획 단계에서 연결선 건설의 위치 선정, 우선순위 산정 등에 필요한 연결선 설계 모형을 구축하고 이에 대한 해법을 제시하였다. 모형은 연결선건설비용, 노선운영비용, 이용자 총통행비용을 최소화하기 위한 비선형 최적화문제로 구축하였고, 결정변수로는 연결선 건설여부 및 방향, 노선의 열차 운행 빈도로 설정하였다. 본 연구에서는 문제 풀이 알고리즘과 경로선택 알고리즘을 각각 제시하였고, 예제네트워크에 적용을 통하여 모형의 실용성을 검증하였다. 향후 현실을 반영한 실제네트워크와 파라미터를 설정하여 연구의 결과를 발전시킬 여지가 있다.
본 논문은 3차원 연결선 모형을 이용하여 효율적으로 회로 연결선에 기생하는 커패시턴스 성분을 추출하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 경험식에 의한 방법 중 2차원 연결선 모형의 커패시턴스를 추출하는 알고리즘을 이용하여 수행시간을 개선하였고, 정확도의 오차를 줄이기 위하여 3차원 커패시턴스 추출에서 이용되는 모형화 방법을 적용하였다. 이 방법은 FastCap을 이용하여 실험한 결과와 비교하면 1.8%의 오차 범위에서 952배의 시간 이득을 얻을 수 있다. 제안한 방법은 VLSI 시스템의 칩 내 외부 연결선의 전기적 변수 추출에 효과적으로 이용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 ground bounce 영향과 지연고장 검출을 함께 고려한 효율적인 보드레벨 연결선 테스트 생성 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 IEEE 1149.1의 연결선 테스트, ground bounce 영향에 의한 바운더리 스캔의 오동작 방지, 그리고 연결선의 지연고장 검출 능력을 포함한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 기존의 기법에 비해 연결선의 지연고장 검출능력을 새롭게 추가하였지만, 연결선 테스트에 필요한 총 테스트 패턴 수는 기존의 기법과 비교해서 큰 차이를 보이지 않음을 실험결과에서 확인할 수 있다.
빠르고 정확한 결과를 얻기 위해서 타이밍 수준에서의 회로 해석이 이루어지며, 게이트와 연결선에서의 신호 지연 해석은 회로의 설계 검증을 위하여 필수적이다. 본 논문에서는 CMOS 회로 게이트에서의 지연 시간과 연결선의 지연 해석을 위한 초기 천이 시간을 동시에 계산할 수 있는 방법을 제시한다. 회로 연결선의 유효 커패시턴스 개념을 이용하여 게이트의 지연 시간과 게이트에서의 구동 저항을 고려한 연결선 선형 전압원의 천이 시간을 계산한다. 게이트 지연과 연결선 선형 전압원의 천이 시간을 구하는 과정은 예비 특성화된 게이트 타이밍 데이터를 이용하여 반복적인 연산과정을 통하여 동시에 구하게 된다. 기존의 게이트 지연 계산 알고리즘은 연결선 선형 전압원의 천이 시간을 위해 별도의 게이트 특성 데이터를 필요로 하였으나, 본 논문에서 제시하는 방법은 계산 과정 중에 생성된 데이터를 이용함으로써 현재의 예비 특성화 방법을 수정하지 않고서도 효율적인 타이밍 수준의 게이트 및 연결선 지연 시간 예측이 가능하도록 하였다.
본 논문은 인덕턴스 성분을 포함한 단일 도선 및 트리 구조 RLC 연결선의 버퍼 삽입 방법을 제시한다. 이를 위해 먼저 CMOS 버퍼가 구동하는 단일 RLC 도선에 대한 시간 지연의 대수식을 제시한다. 이 수식은 현재의 서브마이크로미터 공정을 위한 n-th power law 기반에서 유도되었으며, 다양한 RLC 부하를 가지고 실험해 본 결과, 실제 SPICE 시뮬레이션 결과에 비해 최대 9% 오차를 갖는 것으로 나타났다. 본 논문은 이 지연 시간 수식을 바탕으로 단일 도선 RLC 연결선을 여러 개로 나누는 버퍼 삽입에 관한 수식과 RLC 트리 연결선의 시간 지연을 최적화하기 위해 삽입될 버퍼의 사이즈를 결정하는 알고리듬을 제시한다. 제시된 버퍼 삽입 알고리듬은 0.25㎛ CMOS 공정의 트리 연결선에 적용하였으며, HSPICE 결과를 이용하여 정확도를 검증하였다.
본 논문에서는 FPGA 연결선을 위한 고장 진단 방안을 제안한다. 제안된 고장 진단 방안은 FPGA의 연결선에 존재하는 모든 고장을 진단한다. 또한 이는 최신의 FPGA 장치인 Xilinx Virtex FPGA에 적용이 가능하다. 제안된 고장 진단 방안은 기존의 고장 진단 방안에 비하여 훨씬 짧은 시간동안 고장 진단을 수행한다.
반도체 공정의 발달로 인해 칩의 집적도가 높아졌으며, 연결선 사이의 간격 또한 좁아지게 되었다. 그로 인해 연결선 내에 존재하는 커패시턴스와 인덕턴스가 증가하게 되었고, 특히 전역 연결선들에서는 자신의 그라운드 커패시턴스보다 인접한 다른 연결선과의 결합 커패시턴스가 더욱 커지는 경향을 보이게 되었다. 이러한 현상으로 인해 발생하는 유도성 결합과 용량성 결합은 인접한 연결선의 신호 간섭으로 심각한 문제를 야기할 수 있다. 본 논문에서는 추가적인 연결선을 이용하여 신호 무결성을 저해시키는 누화잡음을 제거하면서, 입력 데이터의 확률을 고려하여 동적 전력 소모를 최소화하는 코드워드 생성 기법을 제안하였다. 제안한 기법의 성능평가를 위해 FastCap 및 FastHenry 프로그램과 HSPICE를 이용하여 실험한 결과, 소모 전력에서 기존 기법보다 평균 15% 정도의 감소를 보임을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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