• 센서학회지
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• 제32권4호
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• pp.246-251
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• 2023

Internet of Things (IoT) systems process signals from various sensors using signal processing algorithms suitable for the signal characteristics. To analyze complex signals, these systems usually use signal processing algorithms in the frequency domain, such as fast Fourier transform (FFT), filtering, and short-time Fourier transform (STFT). In this study, we propose a multi-mode sensor signal processor (SSP) accelerator with an FFT-based hardware design. The FFT processor in the proposed SSP is designed with a radix-2 single-path delay feedback (R2SDF) pipeline architecture for high-speed operation. Moreover, based on this FFT processor, the proposed SSP can perform filtering and STFT operation. The proposed SSP is implemented on a field-programmable gate array (FPGA). By sharing the FFT processor for each algorithm, the required hardware resources are significantly reduced. The proposed SSP is implemented and verified on Xilinxh's Zynq Ultrascale+ MPSoC ZCU104 with 53,591 look-up tables (LUTs), 71,451 flip-flops (FFs), and 44 digital signal processors (DSPs). The FFT, filtering, and STFT algorithm implementations on the proposed SSP achieve 185x average acceleration.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권4호
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• pp.94-104
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• 2008

본 논문에서는 고속의 곱셈-누적 연산을 수행할 수 있는 새로운 MAC의 구조를 제안한다. 곱셈과 누적 덧셈 연산을 통합하고 하이브리드 형태의 CSA 구조를 고안하여 임계경로를 감소시키고 출력율을 개선하였다. 즉, 가장 큰 지연시간을 갖는 누적기 자체를 제거하고 누적기의 기능을 CSA에 포함시킴으로써 전체적인 성능을 향상시킨다. 제안된 CSA 트리는 1의 보수 기반의 MBA 알고리즘을 이용하고, 연산자의 밀도를 높이고자 부호비트를 위한 수정된 배열형태를 갖는다. 또한 최종 덧셈기의 비트수를 줄이기 위해서 CSA 트리 내에 2비트 CLA를 사용하여 하위 비트의 캐리를 전파하고 하위 비트들에 대한 출력을 미리 생성한다. 또한 파이프라인의 효율을 최적화시켜 출력율을 증가시키고자 최종 덧셈기의 출력이 아닌 합과 캐리 형태의 중간 연산결과들을 누적시킨다. 제안한 하드웨어를 설계한 후에 $250{\mu}m,\;180{\mu}m,\;130{\mu}m$, 그리고 90nm CMOS 라이브러리를 이용하여 합성하였다. 이론 및 실험적인 결과를 토대로 제안한 MAC의 하드웨어 자원, 지연시간, 그리고 파이프라인 등의 결과에 대해 분석하였다. 지연시간은 수정된 Sakurai의 alpha power low를 이용하였다. 결과를 살펴보면 제안한 MAC은 표준 설계에 대해서는 여러 측면에서 매우 우수한 특성을 보였고, 최근 연구와 비교할 때 클록속도는 거의 유사하면서 성능은 두 배로 우수하였다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 1999년도 하계종합학술대회 논문집
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• pp.914-917
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• 1999

The paper describes a 17 $\times$ 17-b multiplier using the Radix-4 Booth’s algorithm. which is suitable for 32-bit RISC/DSP microprocessors. To minimize design area and achieve improved speed, a 2-stage pipeline structure is adopted to achieve high clock frequency. Each part of circuit is modeled and optimized at the transistor level, verification of functionality and timing is performed using HSPICE simulations. After modeling and validating the circuit at transistor level, we lay it out in a 0.35 ${\mu}{\textrm}{m}$ 1-poly 4-metal CMOS technology and perform LVS test to compare the layout with the schematic. The simulation results show that maximum frequency is 330MHz under worst operating conditions at 55$^{\circ}C$ , 3V, The post simulation after layout results shows 187MHz under worst case conditions. It contains 9, 115 transistors and the area of layout is 0.72mm by 0.97mm.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.270-276
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• 2018

This paper presents a low area 256-point pipelined FFT architecture, especially for IEEE 802.16a WiMAX systems. Radix-24 algorithm and single-path delay feedback (SDF) architecture are adopted in the design to reduce the complexity of twiddle factor multiplication. A new cascade canonical signed digit (CSD) complex multipliers are proposed for twiddle factor multiplication, which has lower area and less power consumption than conventional complex multipliers composed of 4 multipliers and 2 adders. Also, the proposed cascade CSD multipliers can remove look-up table for storing coefficient of twiddle factors. In hardware implementation with Cyclone 10LP FPGA, it is shown that the proposed FFT design method achieves about 62% reduction in gate count and 64% memory reduction compared with the previous schemes.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2017년도 추계학술대회
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• pp.621-622
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• 2017

본 논문에서 배열 안테나 기반 협대역 간섭신호 제거를 위한 저면적 FFT 프로세서 구조를 제안하고 5채널 64/128/512-point FFT 프로세서를 하드웨어로 구현 및 검증하였다. 제안된 flexible-Multipah Delay Commutator(MDC) 방식을 이용하여 5채널 입력 데이터를 하나의 FFT 프로세서로 처리했으며, 제안된 Mixed Radic-4/2/4/2/4/2 분해 방법을 통해 복잡도 측면에서 가장 큰 비중을 차지하는 비단순 승산의 수를 줄임으로써 복잡도를 크게 낮추었다. 제안된 FFT 프로세서는 Xilinx system generator로 설계한 후, Xilinx Virtex-7 FPGA에 기반하여 구현하였다. 구현 결과 slices 17508개, DSP48s(dedicated multiplier) 108개로 구현 가능함을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권7호
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• pp.53-61
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• 2004

본 논문에서는 고속의 곱셈-누적 연산을 수행할 수 있는 새로운 MAC(Multiplier- Accumulator)의 구조를 제안하였다. 부분 곱의 생성을 위해서 1의 보수 기반의 고속 Booth 알고리즘(Modified Booth Algorithm, MBA)를 이용하였고 다수의 부분 곱을 더하기 위해서 CSA(Carry Save Adder)를 이용하였다. 부분 곱을 더하는 과정에서 Booth 인코딩 시 이용한 1의 보수 체계를 2의 보수 체계로 보상하고 이전 합과 캐리를 누적하는 연산을 수행하여 고속의 누적 연산이 가능한 구조를 제안한다. 또한 부분 곱의 덧셈에서 하위 비트들을 2 비트 CLA(Carry Look-ahead Adder)를 이용하여 연산함으로써 최종 덧셈기의 입력 비트수를 줄임으로써 전체적인 임계경로를 감소시켰다. 제안된 MAC을 JPEG2000을 위한 DWT (Discrete Wavelet Transform) 필터링 연산에 적용하여 고속의 디지털 신호처리가 가능함을 보였고 기존의 연구와 비교하여 향상된 성능을 보이는 것을 확인하였다.

• ETRI Journal
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• 제42권4호
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• pp.596-607
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• 2020

Scaling is an important operation because of the iterative nature of arithmetic processes in digital signal processors (DSPs). In residue number system (RNS)-based DSPs, scaling represents a performance bottleneck based on the complexity of intermodulo operations. To design an efficient RNS scaler for special moduli sets, a body of literature has been dedicated to the study of the well-known moduli sets {2ⁿ - 1, 2ⁿ, 2ⁿ + 1} and {2ⁿ, 2ⁿ - 1, 2ⁿ⁺¹ - 1}, and their extension in vertical or horizontal forms. In this study, we propose an efficient programmable RNS scaler for the arithmetic-friendly moduli set {2^n+p, 2ⁿ - 1, 2ⁿ⁺¹ - 1}. The proposed algorithm yields high speed and energy-efficient realization of an RNS programmable scaler based on the effective exploitation of the mixed-radix representation, parallelism, and a hardware sharing technique. Experimental results obtained for a 130 nm CMOS ASIC technology demonstrate the superiority of the proposed programmable scaler compared to the only available and highly effective hybrid programmable scaler for an identical moduli set. The proposed scaler provides 43.28% less power consumption, 33.27% faster execution, and 28.55% more area saving on average compared to the hybrid programmable scaler.

• 한국통신학회논문지
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• 제27권9C호
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• pp.861-870
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• 2002

본 논문에서는 RSA 암호 알고리즘의 연산속도 문제에 초점을 맞추어 동작속도를 향상시키고 가변길이 암호화가 가능하도록 하는 새로운 구조의 1024-비트 RSA 암호시스템을 제안하고 이를 하드웨어로 구현하였다. 제안한 암호시스템은 크게 모듈러 지수승 연산 부분과 모듈러 곱셈 연산 부분으로 구성되었다. 모듈러 지수승 연산은 제곱 연산과 단순 곱셈 연산을 병렬적으로 처리할 수 있는 RL-이진 방법을 개선하여 적용하였다. 그리고 모듈러 곱셈 연산은 가변길이 연산과 부분 곱의 수를 감소하기 위해서 Montgomery 알고리즘에 4 단계 CSA 구조와 기수-4Booth 알고리즘을 적용하였다. 제안한 RSA 암호시스템은 하이닉스 0.35$\mu\textrm{m}$ Phantom Cell Library를 사용하여 하드웨어로 구현하였고 최대 1024-비트까지 가변길이 연산이 가능하였다. 또한 소프트웨어로 RSA 암호시스템을 구현하여 하드웨어 시스템의 검증에 사용하였다. 구현된 하드웨어 RSA 암호시스템은 약 190K의 게이트 수를 나타내었으며, 동작 클록 주기는 150MHz이었다. 모듈러스 수의 가변길이를 고려했을 때, 데이터 출력률은 기존 방법의 약 1.5배에 해당한다. 따라서 본 논문에서 제안한 가변길이 고속 RSA 암호시스템은 고속 처리를 요구하는 각종 정보보호 시스템에서의 사용 가능성을 보여주었다.

• 정보보호학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.21-34
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• 2002

본 논문에서는 최근 발표된 멱승방법인 나눗셈 체인을 적용한 새로운 모듈로 멱승기의 하드웨어 구조를 제안하였다. 나눗셈 체인은 제수(divisor) d=2 또는 $d=2^I +1$ 과 그에 따른 나머지(remainder) r을 이용하여 지수 I를 새롭게 변형하는 방법으로 전체 멱승 연산이 평균 약 1.4$log_2$E 번의 곱셈으로 가능한 알고리즘이다. 이것은 Binary Method가 하드웨어 구현 시 항상 worst case인 $2log_2$E의 계산량이 필요한 것과 비교할 때 상당한 성능개선을 의미한다. 전체 구조는 파이프라인 동작이 가능한 선형 시스톨릭 어레이 구조로 설계하였으며, DG(Dependence Graph)를 수평으로 매핑하여 k비트의 키 사이즈에 대해 두 개의 k 비트 프레임이 k/2+3 개의 PE(Processing Element)로 구성된 두 개의 곱셈기 모듈을 통해 병렬로 동시에 처리되어 100% 처리율을 이루게 하였다. 또한, 규칙적인 데이터 패스를 가질 수 있도록 나눗셈체인을 새롭게 코딩하는 방법을 제안하였다. ASIC 구현을 위해 삼성 0.5um CMOS 스탠다드 셀 라이브러리를 이용해 합성한 결과 최장 지연 패스는 4.24ns로 200MHz의 클럭이 가능하며, 1024비트 데이터 프레임에 대해 약 140kbps의 처리속도를 나타낸다. 복호화 시에는 CRT(Chinese Remainder Theorem)를 적용하여 처리속도를 560kbps로 향상시켰다. 전자서명의 검증과정으로 사용되기도 하는 암호화 과정을 수행할 때 공개키 E는 3,17 혹은 $2^{16} +1$의 사용이 권장된다는 점을 이용하여 E를 17 비트로 제한할 경우 7.3Mbps의 빠른 처리속도를 가질 수 있다.