• 전기전자학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.38-45
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• 2018

ARIA, AES 블록암호와 Whirlpool 해시함수를 단일 하드웨어 구조로 통합하여 효율적으로 구현한 크립토 프로세서에 대해 기술한다. ARIA, AES, Whirlpool의 알고리듬 특성을 기반으로 치환계층과 확산계층의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. Whirlpool 해시의 라운드 변환과 라운드 키 확장을 위해 라운드 블록이 시분할 방식으로 동작하도록 설계하였으며, 이를 통해 하드웨어 경량화를 이루었다. ARIA-AES-Whirlpool 통합 크립토 프로세서는 Virtex5 FPGA에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 68,531 GE로 구현되었다. 80 MHz 클록 주파수로 동작하는 경우에, ARIA, AES 블록암호는 각각 602~787 Mbps, 682~930 Mbps, 그리고 Whirpool 해시는 512 Mbps의 성능을 갖는 것으로 예측되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제4권5호
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• pp.1143-1150
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• 2000

단정도 (single-precision) 승산과 배정도 (double-precision) 승산을 연산할 수 있는 이중 모드 승산기 (dual mode multiplier; DMM)를 $0.25-\mum$ 5-metal CMOS 공정으로 설계하였다. 단정도 승산기 회로를 사용하여 배정도 승산을 연산할 수 있는 효율적인 알고리듬을 제안하였으며, 이는 배정도 승산을 4개의 단정도 부분 승산으로 분할하여 순차적인 승산-누적 연산으로 처리하는 방법을 기초로 한다. 제안된 방법은 배정도 승산기에 비해 latency와 throughput cycle은 증가하나, 회로 복잡도를 약 113로 감소시킬 수 있어 칩 면적과 전력소모 측면에서 장점을 갖는다. 설계된 DMM은 radix-4 Booth receding과 redundant binary(RB) 연산을 적용하여 설계된 $28-b\times28-b$ 단정도 승산기, 누적기 그리고 동작모드 선택을 위한 단순한 제어회로 등으로 구성되며, 약 25,000개의 트랜지스터와 $0.77\times0.40-m^2$의 면적을 갖는다. 시뮬레이션 결과, 2.5-V 전원전압에서 200-MHZ의 클록 주파수로 안전하게 동작할 수 있을 것으로 예상되며, 평균 전력소모는 배정도 승산모드에서 약 130-㎽이 다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.943-949
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• 2010

본 논문은 하드웨어 곱셈 연산을 최적화하여 리프팅 기반의 9/7 웨이블릿 필터의 개선된 VLSI의 구조를 제안한다. 제안한 구조는 범용 곱셈기를 사용하는 기존의 리프팅 기반의 웨이블릿 필터와 비교하여 화질의 열화 없이 보다 적은 로직과 전력소모를 갖는다. 본 논문은 Pattern search 기반의 Lefevre 알고리즘을 이용하여 하드웨어 구조를 개선한다. 제안한 구조는 범용의 곱셈기를 단순한 shift-add 연산으로 대체하여 하드웨어 구현을 단순하게 하고 계산 속도를 빠르게 한다. 제안한 구조와 기존의 구조를 Verilog HDL을 이용하여 구현하고 비교 실험하였다. 두 구조는 0.18um 디지털 CMOS 공정의 스탠다드 셀을 이용하여 합성된다. 제안한 구조는 200MHz의 합성 타겟 클록 주파수에서 기존의 구조에 비해 면적, 전력소모와 최대 지연시간이 각각 약 51%, 43%와 30%로 감소하였다. 구현 결과를 통해 제안한 구조가 범용의 곱셈기 블록을 사용한 기존의 구조보다 스탠다드 셀을 이용한 ASIC 구현에 보다 적합하다는 것을 보여준다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권10호
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• pp.45-53
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• 2006

본 논문에서는, H.264/AVC의 블록현상 제거필터의 병렬 하드웨어 구조를 제안한다. 블록현상 제거필터는 H.264/AVC에 있어서 고화질을 보장해주고 있지만, 높은 연산량을 필요로 하기 때문에 임베디드 환경에서는 하드웨어 구현이 필수적이다. 본 논문에서는 실시간 영상 처리를 위해 2개의 1-D 필터를 적용하고, Dual-port SRAM을 사용한 병렬 하드웨어 구조를 적용하였다. 구현된 하드웨어 구조는 Verilog-HDL로 나타내고 Synopsys Design Compiler와 Hynix 0.25um CMOS Cell Library를 이용하여 합성하였다. 구현된 크기는 27.3k의 하드웨어 로직 리소스를 사용하고(내부 SRAM 제외) 최대 동작 주파수는 약 100Mhz가 되었다. 제안한 병렬 구조는 하나의 매크로블록을 처리하는데 258클록이 소요되며, 이는 HD 1080P(1920화소${\times}$1080화소) 의 영상을 초당 47.8프레임으로 처리가 가능함을 말한다. 이는 하드웨어 기반의 H.264/AVC 실시간 부/복호화 시스템에 적합한 구조임을 보여준다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.727-736
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• 2009

본 논문에서는 모바일 벡터 그래픽 가속기용 역코사인 연산 회로를 설계하였다. 모바일 그래픽스 응용은 기존 데스크 톱 컴퓨터에 비해 면적, 연산 시간, 전력 소모와 정밀도 측면에서 제약이 크다. 설계한 역코사인 함수 회로는 연산시간과 정밀도 조건을 만족하기 위해 IEEE 표준 부동 소수점 데이터 형식을 사용하며, 계수 테이블을 사용하는 2차 다항식 근사 기법을 채택하였으며, 하드웨어 공유 기법을 통해 면적을 감소시켰다. 역코사인 회로는 약 15,280개의 게이트로 구성되며, $0.35{\mu}m$ CMOS 공정 조건에서 약 125 Mhz의 동작 주파수를 가진다. 7개의 클록 사이클에 역코사인 함수를 구현하므로, 설계된 회로는 약 17.85 MOPS의 연산 성능을 갖고 있어서 OpenVG 프로세서에 적용이 가능하다. 또한 융통성 있는 구조 특성으로 설계된 회로는 ROM 내용의 교체와 속규모의 하드웨어 변경을 통해 지수함수, 삼각함수, 로그 함수와 같은 다른 초월함수에 적용이 가능하다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.2627-2635
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• 2013

본 논문에서는 새로운 MPPT 제어기능을 갖는 빛에너지 하베스팅 회로를 제안한다. 기존의 빛 에너지 하베스팅 회로에서는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 구현하기 위해 전력 변환기(power converter)를 동작시키기 위한 클록의 주파수나 듀티 싸이클(duty cycle)을 지속적으로 변화시키는 방법을 사용하고 있다. 본 논문에서는 전력변환기에 전력 공급을 위한 전력 스위치의 듀티 싸이클을 제어하여 MPPT 기능을 구현하는 새로운 방법을 제안한다. 제안된 회로는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계 되었으며 칩 면적은 패드를 포함하여 $770{\mu}m{\times}800{\mu}m$이다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.774-780
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• 2017

본 논문은 HEVC의 엔트로피 코딩방법인 CABAC 부호화기를 위한 효율적인 이진 산술 부호화기 하드웨어 구조를 제안한다. CABAC은 HEVC 표준에서 사용되는 엔트로피 코딩 방법으로 통계적 중복성을 제거하여 영상의 높은 압축률을 지원한다. 하지만 이진 산술 부호화(Binary Arithmetic Encode)는 데이터 간의 의존 관계가 높아 병렬처리가 어렵고 실시간 처리의 지연이 발생 된다. 제안하는 이진 산술 부호화기는 입력으로 들어오는 빈을 고속으로 처리하기 위하여 재정규화 과정을 분리 시켜 동작하도록 설계한다. 기존의 반복적인 알고리즘을 병렬적으로 처리함으로써 최대지연시간(Critical Path)을 최적으로 줄일 수 있는 4단계의 파이프라인 구조로 설계하였다. 또한, 멀티-빈 구조를 적용하여 클록 사이클 당 3개의 빈을 처리한다. 제안하는 CABAC의 이진 산술 부호화기는 Verilog-HDL로 설계하였으며 65nm 공정으로 합성하였다. 합성 결과 게이트수는 8.07K 이며 최대 동작주파수는 769MHz로 최대 빈 처리량은 2307Mbin/s이다. 제안하는 하드웨어 구조는 기존의 이진 산술 부호화기와 비교하여 최대 빈 처리량이 26% 만큼 증가 하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권12호
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• pp.67-74
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• 2004

AES는 인터넷 프로토콜의 대칭키 보안 알고리즘으로 널리 사용된다. 무선 내장형 시스템들이 점점 더 전통적인 유선 네트워크 프로토콜을 많이 사용하고 있으므로 이들 무선 내장형 시스템을 위한 저비용 AES 알고리즘 구현은 매우 중요하다. 가장 기본적인 AES 아키텍처는 키 스케줄을 포함하여 20개의 S-box를 사용하는 하나의 cipher 라운드로 구성되어 있다. 암호화는 동일한 라운드를 반복하여 완료된다. 근래에 이 방법의 구현 비용을 더욱 줄이기 위하여 오직 8개의 S-box만 사용하는 folded architecture가 제안되었다. 본 논문에서는 folded architecture를 이용하여 무선 통신 기술을 위한 저비용 AES 구현 구조에 대하여 연구한다. 먼저 folded architecture를 개선하여 16 바이트의 추가적인 상태 메모리 사용을 줄였다. 구현 비용을 더욱 줄이기 위하여 데이터 암호화에 하나의 S-box만 사용하는 single byte architecture를 구현하였다. Single byte architecture는 암호화에 352 클록이 소요된다. FPGA 구현 시 최대 동작 주파수는 40MHz에 도달하였다. 따라서 암호화 속도는 13Mbps 이상으로 3G 무선통신에 충분하다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.159-164
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• 2016

무선통신시스템은 한정된 에너지를 갖는 배터리를 사용하기 때문에 저전력 회로로 구현되어야 하며, 이를 위하여 주파수와 상관없이 일정한 전력을 나타내는 전류모드 회로가 연구되어왔다. 본 논문에서는 초저전력 동작이 가능하도록 Dynamic Voltage Scaling 전원을 유도하며, 전류모드 신호처리 중 메모리 동작에서 저장된 에너지가 누설되는 Clock-Feedthrough 문제를 최소화하는 전류메모리 회로를 제안한다. $0.35{\mu}m$ 공정의 BSIM3 모델로 Near-threshold 영역의 전원 전압을 사용한 시뮬레이션을 진행한 결과, 1MHz의 스위칭 동작에서 $2{\mu}m$의 메모리 MOS Width, $0.3{\mu}m$의 스위치 MOS Width, $13{\mu}m$의 Dummy MOS Width로 설계할 때, Clock-Feedthrough의 영향을 최소화시킬 수 있었으며 1.2V의 Near-threshold 전원전압에서 소비전력은 $3.7{\mu}W$가 계산되었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제9권9호
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• pp.1043-1049
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• 2014

본 논문은 원격제어 기능의 디지털 LCD 초시계를 설계하고 구현한다. LCD 초시계와 중앙제어기는 ATMEL의 대표적인 AVR계열 중에서 ATmega8 프로세서를 이용하며 8MHz의 크리스털 발진기의 클록 신호를 바탕으로 구현하였고, 기본 통신모듈은 ZBS-100으로 2.4GHz의 ISM 주파수대역을 이용하였다. 제안한 원격제어 초시계는 세 가지 문제를 해결할 수 있다. 첫째, 중앙에 설치된 대형 LCD 초시계 모니터 주시에 따른 토론자와 방송카메라 간의 시각 편차를 해결할 수 있다. 둘째, 카메라 교차 촬영방식의 번거로움을 피할 수 있으며, 셋째, 공개방송에서 방송카메라의 좌우이동 동작에 따른 시청자의 시야방해를 최소화할 수 있다.