High-Performance Integrated Circuits (HPIC) Design Laboratory는 한양대학교 ERICA캠퍼스 전자공학부에 소속된 연구실로, 고성능 집적회로 및 시스템 설계 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 고속, 저전력, 저잡음 특성을 갖춘 집적회로(IC) 및 시스템의 설계와 최적화에 중점을 두고 있으며, 최신 CMOS 공정 기술을 활용한 다양한 회로 및 시스템의 혁신적인 설계 방법론을 개발하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야는 고성능 컴퓨팅 및 통신 시스템을 위한 클럭 및 데이터 복원 회로, 위상 잠금 루프(PLL), 주입 잠금 오실레이터(ILO), 고속 데이터 통신용 등화기 등 핵심 회로 블록의 설계 및 최적화입니다. Injection-Locked PLL, Digital CDR, Voltage-Controlled Oscillator(VCO) 등은 본 연구실의 대표적인 연구 성과로, 관련 논문과 특허를 통해 그 우수성이 입증되고 있습니다. 또한, 강화학습 기반의 자동화 설계 플랫폼을 도입하여 집적회로 설계의 효율성과 정확성을 높이고 있습니다.
본 연구실은 프로세싱 인 메모리(PIM) 및 인공지능 하드웨어 아키텍처 분야에서도 활발한 연구를 진행하고 있습니다. DRAM, SRAM 등 다양한 메모리 기반의 PIM 셀 및 아키텍처를 개발하여, 메모리 내에서 연산을 직접 수행함으로써 데이터 이동에 따른 에너지 소모와 지연을 최소화하는 기술을 연구합니다. ADC-Free PIM, 2T DRAM PIM, 6T SRAM 기반 PIM 등 다양한 구조를 실제 칩 설계 및 검증을 통해 실용화하고 있습니다.
이외에도, 하드웨어와 소프트웨어의 협력 시뮬레이션 방법론, 저정밀 신경망에서의 양자화 효과 분석, 신뢰성 및 방사선 내성 강화 등 차세대 PIM 기술의 실용화에 필요한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 인공지능 반도체, 엣지 컴퓨팅, 우주 및 특수 환경용 시스템 등 다양한 분야에 적용 가능한 혁신적인 기술을 개발하고 있으며, 인공지능 하드웨어 센터와의 협력, 국가 연구과제 수행 등을 통해 산업 및 학계에 기여하고 있습니다.
HPIC Design Laboratory는 앞으로도 고성능, 저전력, 저잡음 집적회로 및 시스템 설계, 그리고 차세대 인공지능 하드웨어 및 PIM 기술 개발을 통해 미래 지능형 시스템 반도체 분야를 선도하는 연구실로 자리매김할 것입니다.
고성능 집적회로 및 시스템 최적화는 현대 정보통신 및 컴퓨팅 시스템의 핵심 기술로, 본 연구실은 고속, 저전력, 저잡음 특성을 갖춘 집적회로(IC) 및 시스템 설계에 중점을 두고 있습니다. 특히, 고성능 컴퓨팅 환경에서 요구되는 높은 연산 속도와 신뢰성을 동시에 만족시키기 위해 다양한 회로 구조와 최적화 기법을 연구합니다. 이를 위해 최신 CMOS 공정 기술을 활용하여, 집적회로의 물리적 한계를 극복하고, 시스템 전체의 성능을 극대화하는 설계 방법론을 개발하고 있습니다.
본 연구실은 클럭 및 데이터 복원 회로, 위상 잠금 루프(PLL), 주입 잠금 오실레이터(ILO), 고속 데이터 통신용 등화기 등 다양한 핵심 회로 블록의 설계 및 최적화에 대한 연구를 수행합니다. 예를 들어, Injection-Locked PLL, Digital CDR, Voltage-Controlled Oscillator(VCO) 등은 고속 신호 처리와 데이터 전송에 필수적인 요소로, 본 연구실의 주요 논문과 특허에서 그 우수성이 입증되고 있습니다. 또한, 강화학습 기반의 자동화 설계 플랫폼을 도입하여, 집적회로 설계의 효율성과 정확성을 높이고 있습니다.
이러한 연구를 통해, 차세대 반도체 및 시스템온칩(SoC) 분야에서 요구되는 고성능, 저전력, 저잡음 특성을 갖춘 집적회로 및 시스템을 실현하고, 광통신, 인공지능 하드웨어, 고속 데이터 통신 등 다양한 응용 분야에 적용 가능한 혁신적인 기술을 개발하고 있습니다.
프로세싱 인 메모리(PIM) 및 인공지능 하드웨어 아키텍처
프로세싱 인 메모리(PIM) 및 인공지능 하드웨어 아키텍처는 데이터 중심의 컴퓨팅 패러다임에서 점점 더 중요한 역할을 차지하고 있습니다. 본 연구실은 DRAM, SRAM 등 다양한 메모리 기반의 PIM 셀 및 아키텍처를 개발하여, 메모리 내에서 연산을 직접 수행함으로써 데이터 이동에 따른 에너지 소모와 지연을 최소화하는 기술을 연구합니다. 이를 통해, 대규모 인공지능 신경망 연산, 빅데이터 분석 등에서 요구되는 고성능 및 저전력 특성을 동시에 달성할 수 있습니다.
특히, 본 연구실은 ADC-Free PIM, 2T DRAM PIM, 6T SRAM 기반 PIM 등 다양한 구조를 제안하고, 실제 칩 설계 및 검증을 통해 그 성능을 입증하고 있습니다. 또한, 하드웨어와 소프트웨어의 협력 시뮬레이션 방법론, 저정밀 신경망에서의 양자화 효과 분석, 신뢰성 및 방사선 내성 강화 등 차세대 PIM 기술의 실용화에 필요한 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 인공지능 반도체, 엣지 컴퓨팅, 우주 및 특수 환경용 시스템 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
더불어, 본 연구실은 인공지능 하드웨어 센터와의 협력, 국가 연구과제 수행 등을 통해, 실제 산업 및 학계에서 요구되는 첨단 인공지능 하드웨어 기술의 개발과 확산에 기여하고 있습니다. 이를 통해, 미래 지능형 시스템 반도체 분야에서 선도적인 연구 역량을 확보하고 있습니다.
