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Hardware Approach to Fuzzy Inference―ASIC and RISC―

  • Watanabe, Hiroyuki
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.975-976
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    • 1993
  • This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}

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입체선형의 주행속도를 고려한 편경사 안전율 산정에 관한 연구 (Estimation of the Superelevation Safety Factor Considering Operating Speed at 3-Dimensional Alignment)

  • 박태훈;김중효;박제진;박주원;하태준
    • 대한교통학회지
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    • 제23권7호
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    • pp.159-163
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    • 2005
  • 도로를 건설하는 궁극적인 목적은 운전자의 편의성을 고려해야 함에도 불구하고 지금까지의 도로선형설계시 도로 이용자인 운전자를 고려하지 않고 있는 실정이다. 운전자의 편의성은 시간적 측면에서 정시성 및 신속성을 고려하고 있지만, 더불어 부가적으로 고려되어야 할 요소로서 사고에 대한 안전성을 감안해야만 한다. 본 연구에서는 지방부 일반국도 4차선 단곡선부의 1차로를 대상으로 입체선형의 주행속도특성을 고려한 편경사 안전율을 산정하고자 한다. 첫째, 기하구조의 영향을 분석하기 위해 선행차에 의해 영향을 받지 않은 승용차의 주행속도를 조사하였다. 둘째, 종단선형의 영향과 평면선형의 영향을 조합하여 6개 구간, 즉 12개 지점에서 주행속도를 측정하여 주행속도 특성을 기초 통계 분석하였다. 섯째, 기초 통계 분석 결과를 바탕으로 최대편경사를 새로운 안전율(${\alpha}$)개념을 도입하여 주행속도를 고려한 편경사값을 산정하였다. 연구결과, 입체선형에서 승용차의 주행특성을 알 수 있었고, 이를 고려한 안전율을 제시할 수 있었다. 최대편경사를 산정함에 있어 본 연구의 결과인 3차원적 입체선형을 고려한 안전율을 적용한다면 도로설계시 운전자의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 더불어, 본 연구의 범위를 확장하여 다양한 기하구조를 가진 도로구간에 대한 수집 분석한 후, 3차원적 입체선형을 고려한 모델이 개발되어야 할 것으로 판단된다.

지하주차장 리모델링 공사시 주동진입방법 선정 모델 개발 (The Development of a Model for Selecting Method of Entry for Apartment in Remodeling an Underground Parking Lot)

  • 송낙현;정인수;이찬식
    • 한국건설관리학회논문집
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    • 제10권2호
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    • pp.65-74
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    • 2009
  • 20년 이상 경과된 노후 공동주택의 세대수는 향후 10년 이내에 350만 세대 이상으로 급격히 증가될 전망이고 이에 대한 대책으로 리모델링이 활성화되고 있다. 주차장확대는 리모델링에 대한 요구사항 중 큰 비중을 차지하고 있다. 주차장확대 중 지하주차장에서 공동주택의 주동으로 진입하는 방법(이하 '주동진입방법'이라고 함)은 기존 엘리베이터의 수직 확장, 주차공간의 대소, 공사기간과 공사비 등에 매우 큰 영향을 미친다. 그러나 공동주택의 지하주차장 확대 시 단지특성, 주동과 주차장의 연계성, 주민의 요구 등에 대한 정확한 평가 없이 경험적인 방법으로 주동진입방법이 결정되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 체계적이고 합리적인 방법과 절차에 따라 주동진입방법을 선정하여 지하주차장을 확대할 필요가 있다. 본 연구에서는 합리적인 의사결정을 위해 '지하주차장 리모델링 공사시 주동진입방법 선정 모델'을 제시하였다. 연구방법은 주차장확대 방식과 주동진입방법에 대해 조사하였다. 조사된 자료를 바탕으로 전문가들과의 심층면담을 통해 주동진입방법별 특징을 분석하였고 주동진입방법 선정 영향요인을 도출하였다. 영향요인은 시공성, 편의성, 경제성이 도출되었다. 그 후 AHP기법을 적용하여 선정된 영향요인에 대한 가중치를 산정하였다. 가중치 산정 결과 편의성이 가장 높은 값을 받아 주동 진입방법 선정에 제일 중요한 고려사항임을 밝혔다. 또 리모델링이 가능한 단지를 선정하여 주동진입방법별 현장적용성을 평가한 후 단지에 가장 적합한 주동진입방법을 제시하였다. 본 연구는 노후공동주택의 지하주차장 리모델링 공사시 주동진입방법 선택을 위한 참고자료로 활용될 것이다.

사고실험 - 상상의 작용과 한도에 대해 (Thought Experiments: on the Working Imagination and its Limitation)

  • 황희숙
    • 철학연구
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    • 제146권
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    • pp.307-328
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    • 2018
  • 과학을 비롯한 여러 학문분야에서 사고실험(thought experiments)의 사용은 오랜 역사가 있다. 특히 현대 분석철학의 문헌들 속에서 빈번하게 등장하는 사고실험들은 반사실적인 상황에 대한 시나리오로 구성되는데, 여기서 직관과 상상이 상식적 지식과 결합하여 작동하고 있는 것을 볼 수 있다. 사고실험은 논변 구성자에게 필요한 결론을 유도해 내기 위한 개념 분석적 장치다. 그런데 과연 철학의 사고실험들이 지식의 생산에 기여하며 불가피하고도 유익한 것인지에 대해서는 의문의 여지가 있다. 특정한 사고실험이 제시되었을 때, 이를 대면하고 있는 우리가 그 논변의 유도방향에 대해 어떤 무력감이나 속임수의 느낌을 받는다면, 이는 주목해야할 현상일 것이다. 필자는 이에, 사고실험의 적절성 문제를 유명한 사고실험 세 가지 즉, 톰슨의 '병든 바이올리니스트', 퍼트남의 '통속의 뇌', 설의 '중국어 방' 사고실험을 놓고 논의한다. 사고실험에 대해 느끼는 불편함의 원인은 무엇일까? '상상적인 사고실험'들은 실재에 대한 판단 및 정보가 틈새를 보이는 상황에서 구축되어 제시되는 바, 가상적 상황에 대한 논변이다. 그런데 사고실험에서 유관한 배경적 조건들에 대해 부적절하거나 불확실한 바가 있거나, 임의적으로 기술된 요소가 있다면 그 사고실험은 의구심을 불러일으킬 수 있다. 사고실험의 추론이 실제 철학적 문제들에 어떤 적실성과 유효성을 가질 수 있는지를 따져보아야 한다. 호프스태터가 보여주듯이 사고실험의 시뮬레이션 속에 포함된 여러 요소들의 설정을 바꿈으로써 즉 '노브 설정(knob setting)'을 달리함으로써 구성자의 결론과는 다른 결론이 나올 수도 있다. 이렇듯 사고실험의 시나리오에는 철학자의 상상과 이론적 편향이 들어있으며, 그 상상이라는 도구는 오직 제한적으로만 사용되어야 한다는 것이 이 글의 주장이다.