• 한국정보통신학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.736-743
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• 2020

모듈러 곱셈은 타원곡선 암호 (elliptic curve cryptography; ECC), RSA 등의 공개키 암호에서 중요하게 사용되는 산술연산 중 하나이며, 모듈러 곱셈기의 성능은 공개키 암호 하드웨어의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 요소가 된다. 본 논문에서는 워드기반 몽고메리 모듈러 곱셈 알고리듬의 효율적인 하드웨어 구현에 대해 기술한다. 본 논문의 모듈러 곱셈기는 SEC2 ECC 표준에 정의된 소수체 GF(p)와 이진체 GF(2k) 상의 11가지 필드 크기를 지원하여 타원곡선 암호 프로세서의 경량 하드웨어 구현에 적합하도록 설계되었다. 제안된 곱셈기 구조는 부분곱 생성 및 가산 연산과 모듈러 축약 연산이 파이프라인 방식으로 처리하며, 곱셈 연산에 소요되는 클록 사이클 수를 약 50% 줄였다. 설계된 모듈러 곱셈기를 FPGA 디바이스에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, 65-nm CMOS 표준셀로 합성한 결과 33,635개의 등가 게이트로 구현되었고, 최대 동작 클록 주파수는 147 MHz로 추정되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제24권11호
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• pp.1470-1476
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• 2020

모바일 장치와 IoT의 보안 프로토콜 구현에 적합한 경량 보안 SoC 설계에 대해 기술한다. Cortex-M0을 CPU로 사용하는 보안 SoC에는 타원곡선 암호 (elliptic curve cryptography) 코어, SHA3 해시 코어, ARIA-AES 블록 암호 코어 및 무작위 난수 생성기 (TRNG) 코어 등의 하드웨어 크립토 엔진들이 내장되어 있다. 핵심 연산장치인 ECC 코어는 SEC2에 정의된 20개의 소수체와 이진체 타원곡선을 지원하며, 부분곱 생성 및 가산 연산과 모듈러 축약 연산이 서브 파이프라인 방식으로 동작하는 워드 기반 몽고메리 곱셈기를 기반으로 설계되었다. 보안 SoC를 Cyclone-5 FPGA 디바이스에 구현하고 타원곡선 디지털 서명 프로토콜의 H/W-S/W 통합 검증을 하였다. 65-nm CMOS 셀 라이브러리로 합성된 보안 SoC는 193,312 등가 게이트와 84 kbyte의 메모리로 구현되었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.291-298
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• 2023

SRAM 기반 인 메모리 컴퓨팅은 폰 노이만 구조의 병목 현상을 해결하는 기술 중 하나이다. SRAM 기반의 인 메모리 컴퓨팅을 구현하기 위해서는 효율적인 SRAM 비트 셀 설계가 필수적이다. 본 논문에서는 전력 소모를 감소시키고 회로 성능을 개선시키는 저 전력 차동 감지 8+T SRAM 비트 셀을 제안한다. 제안하는 8+T SRAM 비트 셀은 SRAM 읽기와 비트 연산을 동시에 수행하고 각 논리 연산을 병렬로 수행하는 리플 캐리 가산기에 적용한다. 제안하는 8+T SRAM 기반 리플 캐리 가산기는 기존 구조와 비교 하여 전력 소모는 11.53% 감소하였지만, 전파 지연 시간은 6.36% 증가하였다. 또한 이 가산기는 PDP(: Power Delay Product)가 5.90% 감소, EDP(: Energy Delay Product)가 0.08% 증가하였다. 제안한 회로는 TSMC 65nm CMOS 공정을 이용하여 설계하였으며, SPECTRE 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.769-776
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• 2023

본 논문에서는 저 전력 CAM(: Content Addressable Memory)을 위한 MLSA(: Match-line Sense Amplifier)를 설계하였다. 설계한 회로는 MLSA와 사전충전 (precharge) 제어기를 통해 선택적 매치라인 충전기법으로 CAM 동작 중 미스매치 상태에서 발생하는 전력 소모를 감소시켰고, 검색동작 중 미스매치가 발생했을 때 사전 충전을 조기 종료시킴으로써 단락 전류로 인한 전력 소모를 추가적으로 감소시켰다. 기존 회로와 비교했을 때, 전력 소모와 전파 지연 시간이 6.92%, 23.30% 감소하였고, PDP(: Product-Delay-Product)와 EDP(: Energy Delay Product)가 29.92%, 52.31% 감소하는 우수한 성능을 보였다. 제안한 회로는 TSMC 65nm CMOS 공정을 사용하여 구현되었으며 SPECTRE 시뮬레이션을 통해 그 타당성을 입증하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.777-784
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• 2023

감지 증폭기는 메모리 설계에 필수적인 주변 회로로서, 작은 차동 입력 신호를 감지하여 디지털 신호로 증폭하기 위해 사용된다. 본 논문에서는 인 메모리 컴퓨팅 회로에서 활용 가능한 고속 감지 증폭기를 제안하였다. 제안하는 회로는 추가적인 방전 경로를 제공하는 트랜지스터 Mtail을 통해 감지 지연 시간을 감소시키고, m-GDI(:modified Gate Diffusion Input)를 적용하여 감지 증폭기의 회로 성능을 개선하였다. 기존 구조와 비교했을 때 감지 지연 시간은 16.82% 감소하였으며, PDP(: Power Delay Product)는 17.23%, EDP(: Energy Delay Product)은 31.1%가 감소하는 결과를 보였다. 제안하는 회로는 TSMC의 65nm CMOS 공정을 사용하여 구현하였으며 SPECTRE 시뮬레이션을 통해 본 연구의 타당성을 검증하였다.

• International journal of advanced smart convergence
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• 제9권1호
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• pp.172-176
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• 2020

The implementation of a low phase noise voltage controlled oscillator (VCO) is important for the signal integrity of wireless communication terminal. A low phase noise wideband VCO for a wireless local area network (WLAN) application is presented in this paper. A 6-bit coarse tune capacitor bank (capbank) and a fine tune varactor are used in the VCO to cover the target band. The simulated oscillation frequency tuning range is from 8.6 to 11.6 GHz. The proposed VCO is desgned using 65 nm CMOS technology with a high quality (Q) factor bondwire inductor. The VCO is biased with 1.8 V VDD and shows 9.7 mA current consumption. The VCO exhibits a phase noise of -122.77 and -111.14 dBc/Hz at 1 MHz offset from 8.6 and 11.6 GHz carrier frequency, respectively. The calculated figure of merit(FOM) is -189 dBC/Hz at 1 MHz offset from 8.6 GHz carrier. The simulated results show that the proposed VCO performance satisfies the required specification of WLAN standard.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제17권2호
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• pp.98-104
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• 2017

This work describes the development and comparison of two phase-locked loops (PLLs) based on a 65-nm CMOS technology. The PLLs incorporate two different topologies for the output voltage-controlled oscillator (VCO): LC cross-coupled and differential Colpitts. The measured locking ranges of the LC cross-coupled VCO-based phase-locked loop (PLL1) and the Colpitts VCO-based phase-locked loop (PLL2) are 119.84-122.61 GHz and 126.53-129.29 GHz, respectively. Th e output powers of PLL1 and PLL2 are -8.6 dBm and -10.5 dBm with DC power consumptions of 127.3 mW and 142.8 mW, respectively. Th e measured phase noise of PLL1 is -59.2 at 10 kHz offset and -104.5 at 10 MHz offset, and the phase noise of PLL2 is -60.9 dBc/Hz at 10 kHz offset and -104.4 dBc/Hz at 10 MHz offset. The chip sizes are $1,080{\mu}m{\times}760{\mu}m$ (PLL1) and $1,100{\mu}m{\times}800{\mu}m$ (PLL2), including the probing pads.

• 한국전자파학회논문지
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• 제29권10호
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• pp.758-765
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• 2018

본 논문은 65-nm Complemetary Metal-Oxide-Semiconductor(CMOS) 공정으로 설계한 송신 1채널, 수신 2채널을 내장한 24 GHz 송수신 칩과 이 칩을 이용하여 제작한 24 GHz Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW) 레이다 모듈을 제시한다. CMOS 송수신 칩은 14체배기, 저잡음 증폭기, 하향 변환 믹서, 전력 증폭기를 포함하고 있다. 송신 출력은 23.8~24.36 GHz 대역에서 10 dBm 이상이며, 위상 잡음은 1 MHz 오프셋에서 -97.3 dBc/Hz이다. 수신기는 25.2 dB의 변환 이득과 -31.7 dBm의 $P_{1dB}$를 갖는다. 송수신 칩은 모두 합해 295 mW를 소모하고 $1.63{\times}1.6mm^2$의 면적을 차지한다. 레이다 시스템은 FR4 기판과 저손실 듀로이드 기판을 적층하여, 저손실 기판위에 칩과 안테나 및 고주파 전송선을 배치하고, 바이어스 회로와 이득 블록, FMCW 신호 발생 블록은 FR4 기판에 집적하여 하나의 레이다 모듈을 구성하였다. 안테나는 패치 형태로 송신 안테나는 $4{\times}4$ 패치 안테나로 14.76 dBi의 안테나 이득을 수신 안테나는 $4{\times}2$ 패치 안테나로 11.77 dBi의 안테나 이득을 구현하였다. 코너 리플렉터를 사용하여 거리 및 방위각 탐지 실험을 수행하였고, 정상 동작을 확인하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.285-290
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• 2023

압축 회로는 고속 전자 시스템에서 널리 사용되며 곱셈기의 피연산자 수를 감소시키기 위해 사용된다. 본 논문에서 설계한 압축 회로는 m-GDI(: modified Gate-Diffusion Input) 기술을 사용하여 회로의 성능을 향상시켰으며, 4-2, 5-2 및 6-2 압축 회로를 각각 8비트 Dadda 곱셈기 사용하여 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 5-2 압축 회로를 사용한 곱셈기는 4-2 압축 회로와 6-2 압축 회로를 사용한 곱셈기에 비해 전파 지연 시간이 각각 13.99%와 16.26% 감소하였고, PDP(: Power Delay Product)가 각각 4.99%와 28.95% 절감되였다. 하지만 5-2 압축 회로를 사용한 곱셈기는 4-2 압축 회로를 사용한 곱셈기에 비해 소비 전력이 10.46% 증가하였다. 결과적으로 5-2 압축 회로를 사용한 곱셈기가 4-2 및 6-2 압축 회로를 사용한 곱셈기보다 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 설계한 회로는 TSMC 65nm CMOS 공정을 사용하여 구현되었으며 SPECTER 시뮬레이션을 통해 그 가능성을 검증하였다.

• ETRI Journal
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• 제45권5호
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• pp.910-921
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• 2023

In this study, we designed a 6T-SRAM cell using 16-nm CMOS process and analyzed the performance in terms of read-speed latency. The temperaturedependent Cu and multilayered graphene nanoribbon (MLGNR)-based nanointerconnect materials is used throughout the circuit (primarily bit/bit-bars [red lines] and word lines [write lines]). Here, the read speed analysis is performed with four different chip operating temperatures (150K, 250K, 350K, and 450K) using both Cu and graphene nanoribbon (GNR) nano-interconnects with different interconnect lengths (from 10 ㎛ to 100 ㎛), for reading-0 and reading-1 operations. To execute the reading operation, the CMOS technology, that is, the16-nm PTM-HPC model, and the16-nm interconnect technology, that is, ITRS-13, are used in this application. The complete design is simulated using TSPICE simulation tools (by Mentor Graphics). The read speed latency increases rapidly as interconnect length increases for both Cu and GNR interconnects. However, the Cu interconnect has three to six times more latency than the GNR. In addition, we observe that the reading speed latency for the GNR interconnect is ~10.29 ns for wide temperature variations (150K to 450K), whereas the reading speed latency for the Cu interconnect varies between ~32 ns and 65 ns for the same temperature ranges. The above analysis is useful for the design of next generation, high-speed memories using different nano-interconnect materials.