• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.329-334
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• 2014

본 논문에서는 4가지의 TU를 동일한 사이클에 처리하는 고성능 다중모드 2D 변환기의 하드웨어 구조를 제안한다. HEVC의 변환 기술은 고해상도, 고화소의 영상을 높은 효율로 압축하기 위해 4가지의 화소 단위 TU를 지원하여 각각의 변환 연산을 수행한 후 최적의 모드를 찾는다. 제안하는 변환기는 변환 행렬 계수들 간의 관계를 분석하여 공통 연산기를 사용한 구조로 설계하여 4가지의 TU 모드 행렬 연산을 처리하는 사이클 수가 동일하게 35cycle로 처리된다. TSMC 018nm CMOS 공정 라이브러리를 사용해 합성한 결과 $4k(3840{\times}2160)@30fps$의 영상을 기준으로 최대 동작주파수는 400MHz이고 총 게이트 수는 214k가 소요되었으며, 10-Gpels/cycle의 처리량을 갖는다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2017년도 추계학술대회
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• pp.543-545
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• 2017

본 논문에서는 고성능 루프내 필터를 위한 SAO 하드웨어 구조 설계에 대해 기술한다. SAO는 루프내 필터 내부 모듈이며, 블록 단위 영상 압축 및 양자화 등에서 발생하는 정보의 손실을 보상하는 기술이다. 하지만, HEVC의 SAO는 픽셀 단위 연산을 수행하기 때문에 높은 연산 시간을 요구한다. 따라서 본 논문에서 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 고속연산을 위해 $4{\times}4$ 블록 연산과 2단 파이프라인 구조를 기반으로 한다. SAO 연산을 위한 정보생성 및 offset 연산구조는 병렬구조로 설계하여 연산시간을 최소화 하였다. 제안하는 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC 칩 공정 130nm 및 65nm 셀 라이브러리로 합성을 진행하였다. 130nm에서 최대 동작 주파수는 476MHz이고, 전체 게이트 수는 163k이다. 65nm에서 최대 동작 주파수는 312.5MHz이고, 전체 게이트 수는 193.6k이다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.386-392
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• 2015

영상압축코덱은 데이터를 일정한 블록크기로 나누어 처리하며 블록크기로 나누어진 데이터는 필요에 따라 처리 순서가 바뀌게 되므로 블록단위의 순서 재배열을 위해서는 블록의 크기에 해당하는 데이터를 메모리에 저장한 후 새로운 순서로 읽는다. 처리 속도를 유지하기 위해서는 두 개의 메모리를 이용하여 입력 데이터를 저장하는 동시에 이전에 저장된 데이터를 읽는 방법을 사용한다. 본 논문에서는 단일 메모리를 적용한 불규칙한 입출력 순서 변환의 경우에도 주소의 변화가 유한한 갱신 횟수 안에 반복되는 예측 가능한 규칙성을 가짐을 보이고 하드웨어 구현을 위한 효율적인 방법을 제안한다. 제시한 방법은 HDL로 설계하여 TSMC 0.18 CMOS 공정 라이브러리를 이용하여 합성하였고 다양한 입출력 순서변환 스캔블록에 대해 40%이상의 면적 절감효과가 있음을 확인하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.169-177
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• 2015

본 논문에서는 HEVC(High Efficiency Video Coding) 부호기를 위한 효율적인 SAO(Sample Adaptive Offset)의 저면적 하드웨어 구조를 제안한다. SAO는 HEVC 영상 압축 표준에서 채택된 새로운 루프 내 필터 기술로서 최적의 오프셋 값들을 화소 단위로 적용하여 영역 내 평균 화소 왜곡을 감소시킨다. 하지만 표준 SAO는 화소 단위 연산을 수행하기 때문에 초고해상도 영상을 처리하기 위해서 많은 연산시간과 연산량을 요구한다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 SAO의 연산시간을 감소시키기 위해서 한번에 4개의 입력 화소들을 병렬적으로 처리하며, 2단계 파이프라인 구조를 갖는다. 또한 하드웨어 면적을 최소화하기 위해서 휘도 성분과 색차 성분에 대해 단일 구조를 가지며, 하드웨어에 적합한 연산기 및 공통 연산기를 사용한다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC $0.13{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 약 190k개의 게이트로 구현되었다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 200MHz의 동작주파수에서 4K UHD@60fps 영상의 실시간 처리가 가능하며, 최대 250MHz까지 동작 가능하다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권9호
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• pp.1158-1165
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• 2021

본 논문은 메모리의 사이즈를 줄이기 위해 Pooling Layer가 MAC에 통합된 구조의 최적화된 CNN가속기를 설계하는 것을 제안한다. 메모리와 데이터 전달 회로의 최소화를 위해 MNIST를 이용하여 학습된 32bit 부동소수점 가중치 값을 8bit로 양자화하여 사용하였다. 가속기칩 크기의 최소화를 위해 MNIST용 CNN 모델을 1개의 Convolutional layer, 4*4 Max Pooling, 두 개의 Fully connected layer로 축소하였고 모든 연산에는근사화 덧셈기와 곱셈기가 들어간 특수 MAC을 사용한다. Convolution 연산과 동시에 Pooling이 동작하도록 설계하여 내장 메모리를 94% 만큼 축소하였으며, pooling 연산의 지연 시간을 단축했다. 제안된 구조로 MNIST CNN 가속기칩을 TSMC 65nm GP 공정으로 설계한 결과 기존 연구결과의 절반 크기인 0.8mm x 0.9mm = 0.72mm²의 초소형 가속기 설계 결과를 도출하였다. 제안된 CNN 가속기칩의 테스트 결과 94%의 높은 정확도를 확인하였으며, 100MHz 클럭 사용시 MNIST 이미지당 77us의 빠른 처리 시간을 획득하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.577-583
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• 2022

위상고정루프에 대해 선형 위상-도메인 모델링을 진행하여 시스템의 안정성을 고려한 각 블록의 설계 매개 변수들을 설정한 이후 빠른 동작 특성을 확인하기 위해 Verilog-HDL 기반의 모델링을 수행할 수 있다. 이때 단순한 동작 특성뿐 아니라 위상잡음 및 비선형 특성까지 모델링에 반영할 수 있는데, 본 논문에서는 디지털-시간 변환기(DTC)의 비선형 특성 및 디지털 조정 발진기(DCO)의 위상잡음 모델링을 추가로 소개한다. 동작 모델을 사용하여 시스템 레벨의 설계를 마치면 시간-도메인 영역에서 과도 응답 시뮬레이션을 진행하여 설계 타당성을 확인할 수 있으며, 출력 신호 결과를 위상잡음 그래프로 나타내어 이를 이상적인 위상잡음 그래프와 비교함으로써 동작과 성능에 대한 검증이 가능함을 나타내었다. 시간-도메인 영역에서 시뮬레이션 소요시간 비교를 위해 TSMC 0.18-㎛ 공정을 사용한 아날로그 위상고정루프의 설계 결과와 비교하였으며, 6 us의 과도 응답 해석을 진행했을 때 1.43초로 트랜지스터 레벨의 아날로그 설계 방식(692초) 대비 484배 빠른 시뮬레이션 시간을 나타내었다.

• 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.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.459-461
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• 2022

Network-on-Chip (NoC) 이 오프칩 네트워크 기반의 기존 병렬처리 시스템과 가장 크게 다른 점은 데이터 패킷 라우팅을 중앙 제어 방식(Centralized control scheme)으로 수행한다는 점이다. 이러한 환경에서 Best-effort 패킷 라우팅 문제는 데이터 패킷이 해당 코어에 도달 및 처리되는 시간을 Cost 로 하는 실시간 최소화 할당 문제(Assignment problem)가 된다. 본 논문에서는 할당 문제의 선형 대수 방정식에 대한 대표적인 연산 복잡도 저감 알고리즘인 헝가리안 알고리즘을 하드웨어 가속기 형태로 구현하였다. TSMC 0.18um 표준 셀라이브러리를 이용하여 논리 합성한 결과 헝가리안 알고리즘의 연산과정을 그대로 구현한 하드웨어 회로보다 Cost 분포에 대한 Case 분석을 통하여 구현한 것이 면적은 약 16%, Propagation delay는 약 52% 감소한 것으로 나타났다.

• 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.